LF精煉爐溫度預(yù)測(cè)的研究和應(yīng)用

1、    lf精煉爐溫度預(yù)測(cè)的研究和應(yīng)用    孫小強(qiáng)摘 要：鋼水溫度是精煉生產(chǎn)過(guò)程中的重要控制指標(biāo)，本文建立了一種lf精煉爐溫度預(yù)測(cè)方法，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與修正方法相結(jié)合的方式，從能量輸入和輸出平衡的角度出發(fā)，應(yīng)用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)溫度變化進(jìn)行初步預(yù)報(bào)，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝經(jīng)驗(yàn)知識(shí)對(duì)一些特殊情況進(jìn)行處理，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果進(jìn)行修正。與其他預(yù)測(cè)方法相比較，鋼水溫度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性得到了較大提高。關(guān)鍵詞：lf爐；溫度預(yù)測(cè)；bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：tf769 ：a ：1671-2064（2017）14-0062-011 溫度預(yù)測(cè)模型開(kāi)發(fā)應(yīng)用背景l(fā)f精煉爐是煉鋼生產(chǎn)的主要工序，生產(chǎn)中

2、鋼水溫度控制、合金加入、底吹氬氣控制的精度和準(zhǔn)確性，直接影響鋼水的質(zhì)量和工序的順行?，F(xiàn)有的lf爐冶煉過(guò)程控制基本靠崗位工的經(jīng)驗(yàn)。為了滿足煉鋼生產(chǎn)需要，提高自動(dòng)化水平，減少人為因素造成的工藝設(shè)備事故，提高鋼水成分的控制精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，就要對(duì)lf爐的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)“一鍵精煉”。針對(duì)lf爐精煉環(huán)節(jié)鋼水溫度檢測(cè)，國(guó)內(nèi)國(guó)外這方面的探究非常多，其中包含從lf爐能量守恒的視角，探究對(duì)熱效應(yīng)有作用的因子以及提升熱效率的方法1；也有經(jīng)過(guò)lf爐溫度情況的探究，獲得鋼包在不一樣的情況下，鋼水溫度下降速度、鋼水浸泡時(shí)間和鋼水溫度回歸聯(lián)系2；還有探討了不相同鋼包熱情況和預(yù)熱體制下的鋼包吸熱狀況，得到溫

3、度提升速率3；還有借助于lf爐全面熱守恒的方式對(duì)鋼水溫度預(yù)測(cè)模型探討等等。本次研究將承鋼150噸的2座lf精煉爐確定成分析對(duì)象，基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭配一個(gè)修正模型的方式構(gòu)建出150噸lf爐精煉系統(tǒng)溫度預(yù)測(cè)模型，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度預(yù)測(cè)。2 模型設(shè)計(jì)思路和功能實(shí)現(xiàn)2.1 建模對(duì)象的確定由于溫度預(yù)測(cè)主要是針對(duì)鋼包內(nèi)鋼水溫度進(jìn)行，lf爐精煉時(shí)所有物料的加入，以及電極加熱，都是針對(duì)鋼包內(nèi)的鋼水來(lái)操作，我們以鋼包內(nèi)鋼水的溫度變化為研究對(duì)象來(lái)建立溫度預(yù)測(cè)模型。2.2 溫度預(yù)測(cè)方案lf爐精煉過(guò)程異常繁瑣，如果僅通過(guò)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，無(wú)法完成鋼水溫度的有效預(yù)報(bào)。若想讓現(xiàn)場(chǎng)與工藝技術(shù)兩種信息的價(jià)值得到體現(xiàn)，本文將

4、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一個(gè)修正模型搭配在一起，共同進(jìn)行處理。首先利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為溫度變化量進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后通過(guò)一個(gè)修正模型對(duì)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸出溫度變化量 進(jìn)行修正，從而得到一個(gè)修正后的的溫度預(yù)估值，將修正溫度加上進(jìn)站測(cè)量溫度，就得到當(dāng)前的溫度預(yù)測(cè)值t。圖1描述了鋼水溫度預(yù)估模型的邏輯結(jié)構(gòu)。2.3 bp神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)輸入量的確定經(jīng)熱平衡研究，明確了精煉期間的傳熱行為與鋼水溫度的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，以此為前提，分析模型所需要的輸入量：（1）加熱功率：lf精煉爐是通過(guò)三相電極進(jìn)行加熱的，電極通電加熱是精煉爐內(nèi)鋼水升溫的主要來(lái)源。此項(xiàng)可以由變壓器功率表直接測(cè)得。（2）初始溫度：一般將實(shí)際測(cè)量的溫度作為初始溫度，可以采集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫表

5、數(shù)據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐出鋼測(cè)溫，或者在lf爐進(jìn)站測(cè)溫時(shí)，記錄溫度值，也是溫度預(yù)報(bào)必不可少的初始溫度。（3）氬氣量：通過(guò)氬氣處理能夠使?fàn)t內(nèi)鋼水溫度處于均衡狀態(tài)，確保鋼水與后期補(bǔ)充的合金發(fā)生徹底的化學(xué)反應(yīng)，而且能夠使鋼液內(nèi)雜質(zhì)達(dá)到渣層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)成分的調(diào)整。然而，過(guò)多氬氣則會(huì)造成熱量損失，特別是旁吹、強(qiáng)吹氬的過(guò)程匯總，lf爐鋼水溫度出現(xiàn)劇烈變化，所以此項(xiàng)也需要進(jìn)行考慮，吹氬量可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)氬氣流量監(jiān)測(cè)采集。（4）鋼包冷卻時(shí)間：停止加熱的時(shí)間，這時(shí)溫度將會(huì)隨著時(shí)間的變化而降低。分為鋼包等待處理時(shí)間，和鋼包處理時(shí)間兩部分，區(qū)別在于鋼包加蓋保溫，渣層厚度等因素的不同，造成散熱速度不同。此項(xiàng)通過(guò)初始溫度測(cè)量時(shí)刻

6、，以及精煉處理時(shí)間來(lái)確定。（5）鋼水自重：不同爐鋼包內(nèi)鋼水自重始終有著區(qū)別，這也會(huì)使?fàn)t溫發(fā)生相應(yīng)的變化，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果也會(huì)造成影響，所以也要考慮進(jìn)來(lái)。此項(xiàng)可以通過(guò)天車稱重來(lái)采集。（6）渣層厚：渣層能夠避免鋼液溫度大量擴(kuò)散，可以使鋼液、合金之間的化學(xué)反應(yīng)更徹底。由于渣層厚度現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，可以利用崗位工人工確認(rèn)手動(dòng)錄入的方式來(lái)采集，也可以根據(jù)鋼包在連鑄下線后的渣余量來(lái)替代。（7）加入的合金和渣料：加入合金和渣料會(huì)造成溫度的變化，加入量可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)料倉(cāng)稱重?cái)?shù)據(jù)獲得。（8）其他因素：鋼包周轉(zhuǎn)次數(shù)對(duì)散熱的影響，由于季節(jié)原因，造成的環(huán)境溫度差異，以及鋼包是否加蓋，加熱過(guò)程中是否出現(xiàn)埋弧不好，底吹氬氣是否出

7、現(xiàn)大流量翻攪等情況，都有可能能造成鋼包散熱速度的差異，可以將這些因素量化，然后通過(guò)修正模型來(lái)進(jìn)行處理。通過(guò)對(duì)lf爐精煉過(guò)程中能量收支情況的探索，明確了精煉期間的傳熱行為與鋼水溫度的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，以此為前提，將8個(gè)要素定義成bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量：鋼包等待時(shí)間，電極化渣功率，電極加熱功率，鋼水重量，吹氬量，旁吹時(shí)長(zhǎng)，合金加入量，渣料加入量。2.4 修正模型的建立lf爐精煉時(shí)流程較為繁瑣，如果僅通過(guò)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，無(wú)法完成鋼水溫度的有效預(yù)報(bào)。若想讓現(xiàn)場(chǎng)與工藝技術(shù)兩種信息的價(jià)值得到體現(xiàn)，本文利用一個(gè)修正模型對(duì)bp網(wǎng)絡(luò)的輸出進(jìn)行修正，最終得到準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。鋼包的狀態(tài)，冷包，熱包等狀態(tài)，吹氬過(guò)程中的旁

8、吹，電極加熱時(shí)，埋弧的好壞，電流是否平穩(wěn)，等情況與鋼液溫度之間均存在著直接的關(guān)系，所以，全部借助修正模型給予有效分析與修正。3 模型的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用中，采用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。模型計(jì)算軟件采用c#.net編程，具有良好的人機(jī)交互界面，采用sql數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所需的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，與l3系統(tǒng)和檢化驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行接口，能接受l3系統(tǒng)計(jì)劃數(shù)據(jù)和檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)爐次數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配；中間計(jì)算過(guò)程參數(shù)可根據(jù)需要自由調(diào)整。以達(dá)到較好的計(jì)算效果；程序具備自學(xué)習(xí)功能，可以利用已有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算模型。抽取實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，可以看出模型在估測(cè)終點(diǎn)溫度時(shí)，所得結(jié)果精度合理，實(shí)際誤差處于±10以下的數(shù)據(jù)為85%，±15以內(nèi)的數(shù)據(jù)達(dá)到90%。而其中誤差明顯的爐次主要受到現(xiàn)場(chǎng)其他要素的影響，比如，人為因素帶來(lái)的影響以及升溫期間的效率問(wèn)題等?；诂F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，模型基本符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，可以在精煉階段提供合理的技術(shù)支持。4 結(jié)語(yǔ)自模型上線以來(lái)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模型的跟蹤情況可知，預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的因素為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)環(huán)境給模型造成的影響。不難發(fā)現(xiàn)，若想保證模型精度，需要確保工作人員按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)需要利用更加先進(jìn)的輔助技術(shù)協(xié)調(diào)完成，所以，后期需要對(duì)模型精度作進(jìn)一步調(diào)整與優(yōu)化。參考文獻(xiàn)1hoppmann w，fett fn.energy ba