管 煒

（武漢西賽冶金工程有限責(zé)任公司， 湖北 武漢 430073）

0 引言

在連鑄設(shè)備中，結(jié)晶器作為其“心臟”，在一定程度上就決定了連鑄的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程， 同時(shí)也是鑄坯出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的“發(fā)源地”。伴隨著連鑄的高效化發(fā)展，不斷提高澆鑄速度就會(huì)面臨各種質(zhì)量問(wèn)題，如漏鋼。為了解決這一系列的問(wèn)題， 就要求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)，這樣就可以達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)要求。

1 連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介

當(dāng)連鑄機(jī)投入使用之后， 連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)就可以控制漏鋼率，以此來(lái)減少事故的出現(xiàn)。但是在實(shí)際的生產(chǎn)之中也會(huì)有各種問(wèn)題的出現(xiàn)，如經(jīng)常會(huì)發(fā)生漏報(bào)情況、個(gè)別啟動(dòng)相對(duì)頻繁。所以，在對(duì)應(yīng)的投入使用之后就需要多次的進(jìn)行優(yōu)化處理， 并且落實(shí)模型軟件相應(yīng)的升級(jí)處理。不過(guò)因?yàn)闊犭娕急旧淼臄?shù)據(jù)量較為龐大，并且分析與回放不夠便利，就無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)化的分析，因此需要這一基礎(chǔ)上就需要做好對(duì)應(yīng)的優(yōu)化處理。針對(duì)連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)就需要進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)，然后才能夠加以應(yīng)用[1]。

2 連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警技術(shù)分析

針對(duì)板坯連鑄機(jī)的漏鋼事故， 主要是針對(duì)下述的幾個(gè)方面，其中最為頻繁的是中粘結(jié)性漏鋼。 針對(duì)控制結(jié)晶器銅板與坯殼之間產(chǎn)生相互的作用， 這樣就可以實(shí)現(xiàn)漏鋼的有效規(guī)避， 鑄坯的質(zhì)量同時(shí)也直接關(guān)聯(lián)到結(jié)晶器與坯殼之間的對(duì)應(yīng)作用。 針對(duì)結(jié)晶器與坯殼之間的相互作用，其主要是針對(duì)力與熱的基本作用，外在為熱傳遞與摩擦。 因此，就需要做好兩者的監(jiān)測(cè)，這樣才能夠進(jìn)行漏鋼的合理控制， 所以在當(dāng)前的研究分析下就對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)出了各種漏鋼預(yù)報(bào)方法。

2.1 基于結(jié)晶器熱流分析

在粘結(jié)漏鋼產(chǎn)生之前， 就會(huì)有熱點(diǎn)在坯殼的表面形成，也就是當(dāng)坯殼存在較高的溫度時(shí)，就驗(yàn)證了結(jié)晶器本身的傳遞要明顯低于正常的澆鑄，也就是熱流較低。 在出現(xiàn)裂紋漏鋼之前，一般都會(huì)有熱流偏高的問(wèn)題存在。 這樣就可以利用結(jié)晶器四個(gè)面的監(jiān)控， 從而做好實(shí)時(shí)熱流與各面漏鋼鄰接熱流的比對(duì)，成為漏鋼預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)之一。 這一種方法在很早以前就開(kāi)始使用， 但是只能夠針對(duì)因?yàn)閭鳠崃坎蛔銓?dǎo)致的漏鋼事故的預(yù)測(cè)， 但是對(duì)于后續(xù)的漏報(bào)預(yù)警技術(shù)的發(fā)展有著極大的幫助作用， 一般在沒(méi)有漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用的相對(duì)較多[2]。

2.2 熱電偶測(cè)溫

目前，熱電偶測(cè)溫技術(shù)相對(duì)成熟，并且具有較高的預(yù)警準(zhǔn)確率，但是要求測(cè)溫精度在5℃之內(nèi)?；跓犭娕紲y(cè)溫的漏鋼預(yù)警模型，主要包含：①通過(guò)邏輯運(yùn)算的方式對(duì)于是否出現(xiàn)了漏鋼加以判斷；②基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)識(shí)別模式。 就邏輯判斷模型分析， 前后出現(xiàn)了變化速度檢查算式、偏差檢查算式、熱電偶溫度變化的延遲檢查算式等一系列的方式方法，通過(guò)上述的一部分或者是所有的算式進(jìn)行相互之間的組合，這樣就能夠最大限度的提高漏鋼事故的預(yù)警成功率。但是其主要面臨的問(wèn)題在于邏輯判斷模式如何能夠做到最有效、最簡(jiǎn)單的反應(yīng)出精度與速度，能夠?qū)p失降至最低才是關(guān)鍵。

（1）粘結(jié)漏鋼。針對(duì)結(jié)晶器寬面與窄面的第一排熱電偶， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于彎月面區(qū)域溫度的實(shí)際變化情況進(jìn)行檢測(cè)。 在相應(yīng)的澆注過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)將第一排的所有熱電偶檢測(cè)的溫度直接比較其余熱電偶檢測(cè)的溫度，見(jiàn)圖1。針對(duì)彎月面之下的熱電偶， 就要求能夠達(dá)到兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)條件：①針對(duì)某一列第一排的熱電偶X 溫度出現(xiàn)降低的時(shí)候，這一彎月面之下的熱電偶Y 溫度會(huì)逐漸上升，并且會(huì)直接超過(guò)熱電偶X 的溫度。 同時(shí)， 熱電偶Y和熱電偶X 的實(shí)際溫度差異已經(jīng)完全超出了粘結(jié)判斷的界限值；②在最后的一個(gè)檢測(cè)周期之中，對(duì)于熱電偶X 的實(shí)際溫度變化梯度本身已經(jīng)將粘結(jié)判斷的界限值超出。

圖1 粘結(jié)漏鋼判斷Fig.1 Judgment of bond breakout

（2）裂紋和卷（夾）渣漏鋼。當(dāng)坯殼出現(xiàn)了脫方、縱裂、角裂的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致裂紋漏鋼的問(wèn)題出現(xiàn)。如果沒(méi)有進(jìn)行良好的保護(hù)渣熔化處理，或是渣條直接卷入到坯殼，就會(huì)產(chǎn)生漏鋼的問(wèn)題。針對(duì)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，針對(duì)每一個(gè)結(jié)晶器的寬面與窄面， 除開(kāi)第一排之外的熱電偶的實(shí)際溫度變化梯度進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控， 如果兩個(gè)周期之中所監(jiān)測(cè)的變化梯度都要比漏鋼溫度變化的極限大， 那么就可以將其看成“熱點(diǎn)”。對(duì)于兩個(gè)相鄰或者是以上熱點(diǎn)的存在，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，具體見(jiàn)圖2 所示。

圖2 熱點(diǎn)報(bào)警信息Fig.2 Hot spot alarm information

（3）其他漏鋼。 當(dāng)澆注之中拉速相對(duì)較慢或者是開(kāi)澆過(guò)程之中沒(méi)有控制好時(shí)間，那么就會(huì)導(dǎo)致鑄坯過(guò)冷的問(wèn)題出現(xiàn)。結(jié)晶器銅板和坯殼之間就會(huì)有縫隙冷的出現(xiàn)。 通過(guò)熱電偶溫度檢測(cè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)中間的某一列的溫度同周?chē)骄鶞囟戎抵g存在較大的差異，那么就會(huì)預(yù)報(bào)鑄坯過(guò)冷。之后的鋼水在溢出彎月面就會(huì)進(jìn)入到相應(yīng)的縫隙之后凝固，最終導(dǎo)致拉坯阻力不斷增加，引發(fā)不暢的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)拉伸裂紋點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)熱電偶排布位置的時(shí)候， 系統(tǒng)就會(huì)對(duì)溫度頻繁波動(dòng)的情況加以檢測(cè)，最終及時(shí)發(fā)出報(bào)警[3]。

2.3 坯殼與結(jié)晶器銅板的摩擦力

當(dāng)連鑄拉坯的時(shí)候，在鑄坯坯殼體與結(jié)晶器銅板之間就會(huì)有摩擦力的產(chǎn)生，當(dāng)處于恒拉速條件下的摩擦力出現(xiàn)變化，就讓漏鋼預(yù)警存在可行性。但是，無(wú)論是對(duì)于裂紋、粘結(jié)還是對(duì)于卷渣漏鋼來(lái)說(shuō)， 在發(fā)生漏鋼之前結(jié)晶器之中的坯殼都會(huì)有缺陷的存在， 之后也會(huì)對(duì)應(yīng)的改變結(jié)晶器的摩擦力。通過(guò)連鑄液壓振動(dòng)系統(tǒng)的壓力傳感器、位置以及振動(dòng)曲線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)晶器摩擦力的分析。 在兩者之間出現(xiàn)了相互粘結(jié)之后，在結(jié)晶器同伴上，坯殼粘結(jié)就會(huì)伴隨著結(jié)晶器一起進(jìn)行上下的同步振動(dòng)；當(dāng)拉速恒定、結(jié)晶器的液面高度沒(méi)有任何變化的情況下， 坯殼與同伴之間的粘結(jié)在沒(méi)有出現(xiàn)粘結(jié)的時(shí)候， 其相對(duì)的滑動(dòng)面的面積較小，這樣也會(huì)明顯的減少其對(duì)應(yīng)的摩擦應(yīng)力；當(dāng)澆鋼過(guò)程之中瞬間產(chǎn)生裂紋，在受到鋼水靜壓力的作用之后，就會(huì)出現(xiàn)坯殼外鼓的情況，最終增大兩者之間的壓力，同時(shí)也會(huì)突然的增加結(jié)晶器的摩擦力； 如果在坯殼的表面卷入了異物或者是在皮下有大塊夾雜的形成，因?yàn)楫愇锉旧淼哪滔禂?shù)、導(dǎo)熱系數(shù)與鋼水之間存在明顯的差異性，所以就會(huì)導(dǎo)致兩者之間存在裂紋。 伴隨著坯殼的向下運(yùn)動(dòng)，逐漸擴(kuò)大裂紋之后，因?yàn)榕鳉ぬ幱挟愇锏拇嬖?，這樣就會(huì)導(dǎo)致熱流分布不夠均勻， 并且坯殼的厚薄度也會(huì)存在差異， 從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。 在鋼水靜壓力的作用下，坯殼就會(huì)出現(xiàn)外鼓的情況。 所以，這樣就會(huì)對(duì)應(yīng)的增大結(jié)晶器的摩擦力，并且伴隨著異物直接拉出結(jié)晶器，讓摩擦力逐漸減小，并且恢復(fù)正常。但是考慮到諸多因素對(duì)于摩擦力變化情況的限制，其實(shí)際的預(yù)報(bào)精度并不高。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)漏鋼預(yù)報(bào)

對(duì)于漏鋼預(yù)警技術(shù)的實(shí)際發(fā)展而言， 基于熱電偶測(cè)溫的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)漏鋼預(yù)報(bào)已經(jīng)成為其主要的研究方向。 不過(guò)，結(jié)合現(xiàn)階段的生產(chǎn)實(shí)際情況分析，當(dāng)初期欠缺有效數(shù)據(jù)的時(shí)候， 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)就需要與結(jié)晶器的熱流分析結(jié)合起來(lái)，并且還需要明確熱電偶測(cè)溫、坯殼和結(jié)晶器銅板之間的摩擦力監(jiān)測(cè)， 這樣才能夠讓邏輯預(yù)報(bào)系統(tǒng)更加的準(zhǔn)確與高效。 這樣就可以滿(mǎn)足對(duì)于初期頻繁的漏鋼事故加以預(yù)報(bào)，同時(shí)還能夠做好漏鋼數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的收集處理，從而提供數(shù)據(jù)來(lái)支持人工智能方面的發(fā)展。最近幾年，逐漸興起了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的信號(hào)模糊識(shí)別方法，一般會(huì)選擇BP 網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。 針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)模式識(shí)別速度的優(yōu)勢(shì)，再加上其本身具有良好的容錯(cuò)性， 就能夠在各個(gè)領(lǐng)域之中加以推廣。不過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身還是會(huì)有缺陷的存在，一旦缺少訓(xùn)練數(shù)據(jù)，或者是訓(xùn)練數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度偏低，就會(huì)影響預(yù)測(cè)的結(jié)果，導(dǎo)致預(yù)測(cè)精度大幅度的降低。所以，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)系統(tǒng)落實(shí)的前提就在于漏鋼數(shù)據(jù)的全面收集。在本系統(tǒng)中主要是包含了時(shí)間序列網(wǎng)絡(luò)與空間網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于時(shí)間序列網(wǎng)絡(luò)， 主要是針對(duì)單個(gè)熱電偶的溫度變化情況進(jìn)行測(cè)量； 空間網(wǎng)絡(luò)則主要是對(duì)于結(jié)晶器空間撕裂點(diǎn)相應(yīng)傳播趨勢(shì)的集中表現(xiàn)。 系統(tǒng)模型基于熱電偶溫度變化的實(shí)際情況作為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的采集與分析，就可以進(jìn)行摩擦力與熱流分布情況的計(jì)算處理， 然后拉速直接組成基本參數(shù)[4]。

基于漏鋼預(yù)報(bào)方法的合理分析， 奧鋼聯(lián)進(jìn)行了結(jié)晶器專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)， 達(dá)涅利進(jìn)行了MPBs 結(jié)晶器漏鋼系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)， 西馬克-德馬克進(jìn)行了MMs 漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 但是還需要考慮到，基于熱電偶測(cè)溫的漏鋼預(yù)警系統(tǒng)，本身對(duì)于儀表檢測(cè)精度的依賴(lài)度較高，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重依賴(lài)準(zhǔn)確的、大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)才能夠進(jìn)行后續(xù)的分析處理。

3 連鑄機(jī)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)模型的開(kāi)發(fā)研究

針對(duì)漏鋼預(yù)警模型的實(shí)際流程，見(jiàn)圖3?；谌N算法優(yōu)點(diǎn)的綜合化分析，這樣就可以降低誤報(bào)率以及漏報(bào)率。

圖3 漏鋼預(yù)報(bào)模型流程圖Fig.3 Flow chart of breakout prediction model

3.1 邏輯判斷模型

對(duì)于熱電偶測(cè)溫法的連鑄漏鋼預(yù)報(bào)邏輯判斷模型， 本身主要是對(duì)于出現(xiàn)漏鋼溫度變化的模式加以識(shí)別， 也就是需要基于動(dòng)態(tài)波形的模式來(lái)進(jìn)行問(wèn)題的分析與識(shí)別處理。 按照結(jié)晶器銅板與連鑄坯殼產(chǎn)生破裂位置的溫度變化的具體特點(diǎn)，就可以進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的分析與判斷。 一般來(lái)說(shuō)，主要是對(duì)于單個(gè)熱電偶溫度信號(hào)在時(shí)間上的具體變化以及熱電偶在空間上的溫度變化， 這樣就可以對(duì)于漏鋼預(yù)警信息進(jìn)行綜合化的判斷與分析。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型屬于基于誤差反向傳播算法的多層前饋網(wǎng)絡(luò)?；谔荻人阉骷夹g(shù)，可以讓實(shí)際的輸出值與期望輸出值達(dá)到最小化的誤差值， 一般來(lái)說(shuō)包含了輸入層、隱含層和輸出層三個(gè)方面。其中，針對(duì)隱含層，本身通過(guò)節(jié)點(diǎn)，主要是前一層輸出的實(shí)際加權(quán)和。對(duì)于輸出層的輸入，則是針對(duì)前面隱含層輸出的加權(quán)和，針對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，則主要是通過(guò)激勵(lì)函數(shù)的方式來(lái)加以決定的。針對(duì)反向的傳播算法，其包含了正向與反向的兩種傳播。正向傳播主要是通過(guò)輸入層， 利用每一層隱含層來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后傳遞到輸出層。 對(duì)于反向傳播，其本身主要是按照輸出層到輸入層反向的傳播誤差信號(hào)， 進(jìn)而能夠達(dá)到最小的誤差信號(hào)， 能夠針對(duì)每一個(gè)隱含層之中的每一個(gè)神經(jīng)元的權(quán)系數(shù)進(jìn)行反復(fù)的修改處理[5]。

對(duì)于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)漏鋼而言，主要是基于熱電偶的實(shí)際數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立健全。然后直接將拉速、熱電偶溫度和等數(shù)據(jù)直接作為網(wǎng)絡(luò)輸入，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，從而針對(duì)輸出信息與輸入項(xiàng)之間的相互映射關(guān)系加以分析， 這樣就能夠識(shí)別漏鋼征兆的波形， 并且網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出就是溫度變化模式的相應(yīng)結(jié)果。 基于模型預(yù)警結(jié)構(gòu)分析，見(jiàn)圖4，可以對(duì)于單點(diǎn)的熱電偶溫度特征的識(shí)別進(jìn)行分析。

圖4 連鑄漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of continuous casting breakout prediction system

3.3 空間網(wǎng)絡(luò)模型

對(duì)于空間網(wǎng)絡(luò)模型而言，主要是判別粘結(jié)漏鋼的空間傳遞性，其根本作用在于：基于時(shí)序網(wǎng)絡(luò)鎖檢測(cè)到的熱電偶某一點(diǎn)粘結(jié)漏鋼溫度變化模式之后， 就能夠針對(duì)這一種模式是否在空間相鄰熱電偶之間存在傳播加以判別。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)晶器銅板上的熱電偶探頭的具體分布情況加以分析，針對(duì)性的記錄每一次測(cè)溫，并且結(jié)合時(shí)間順序來(lái)做好相對(duì)應(yīng)的安排，可以直接將每一爐鋼直接組合成為三維的空間數(shù)組。 在采集到一定的數(shù)據(jù)之后，就可以結(jié)合不同的冷卻模式以及不同的過(guò)熱度來(lái)進(jìn)行劃分。對(duì)于漏鋼的實(shí)際情況來(lái)分析其數(shù)據(jù)形態(tài)，利用模糊聚類(lèi)、圖像處理的方式來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的分析與統(tǒng)計(jì)。 按照實(shí)際情況，找準(zhǔn)漏鋼的具體規(guī)律，在獲取漏鋼時(shí)粘接點(diǎn)縱橫向擴(kuò)散的一般性規(guī)則之后， 可以直接選擇相關(guān)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)模型的建立健全。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展， 現(xiàn)階段為了能夠滿(mǎn)足連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警的實(shí)際需求， 就需要做好針對(duì)性的連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，這樣才能夠滿(mǎn)足實(shí)際的生產(chǎn)需求，同時(shí)也能夠避免在預(yù)警之中出現(xiàn)各種突發(fā)情況， 影響預(yù)警系統(tǒng)的有效應(yīng)用。 所以， 在今后的研究與分析進(jìn)程之中，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究與分析，以此來(lái)讓連鑄機(jī)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)變得更加完善。