連鑄坯質(zhì)量判定專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

連鑄坯質(zhì)量判定專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

近幾十年來，連鑄造連鑄造熱擠加工和連鑄造連升技術(shù)已成為最活躍的研究領(lǐng)域。這些技術(shù)的開發(fā)大大降低了設(shè)備的投資和生產(chǎn)能力，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。但是,由于目前的連鑄技術(shù)還不能徹底消除缺陷鑄坯的產(chǎn)生,因此在熱裝熱送和直接軋制過程中必然存在缺陷,從而導(dǎo)致生產(chǎn)率的下降。如果能對(duì)缺陷鑄坯進(jìn)行檢測(cè)判定并及時(shí)分揀下線,不僅能提高最終產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能、尺寸公差和表面質(zhì)量,而且還是保證連續(xù)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。尤其是近年來,連鑄坯質(zhì)量判定系統(tǒng)已引起很多學(xué)者和工程人員的注意。比如東北大學(xué)的連鑄坯質(zhì)量判定模糊專家系統(tǒng)、北京科技大學(xué)的連鑄板坯質(zhì)量判定與質(zhì)量控制研究、武漢科技大學(xué)與武漢鋼鐵集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)的板坯表面質(zhì)量預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)、重慶大學(xué)的連鑄坯質(zhì)量判定專家系統(tǒng),以及國(guó)外比較成熟的曼內(nèi)斯——德馬克冶金公司的質(zhì)量評(píng)估專家系統(tǒng)XQE、奧鋼聯(lián)(VAI)的計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制系統(tǒng)CAQC(ComputerAssistantQualityControl)等。1連綿劑的缺陷類型和影響因素所謂連鑄坯質(zhì)量是指得到合格產(chǎn)品所允許的鑄坯缺陷的嚴(yán)重程度。對(duì)連鑄坯質(zhì)量的評(píng)價(jià)包括4個(gè)方面:純凈度、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量和外觀形狀。1.1鋼液制備的氧化合物連鑄坯的純凈度是指鑄坯中夾雜物含量的水平,通?？捎娩摰目傃趿勘硎?。連鑄坯中夾雜物的類型是由所澆鑄的鋼種和脫氧方法所決定的。在連鑄坯中較常見的夾雜物有以Al2O3和SiO2為主并含有Al2O3、MnO和CaO的硅酸鹽;以及以Al2O3為主并含有SiO2、CaO和CaS等的鋁酸鹽;此外還有硫化物如MnS、FeS等。一般將尺寸小于50μm的夾雜物稱為顯微夾雜,而將尺寸大于50μm的夾雜物稱為宏觀夾雜。顯微夾雜多為脫氧產(chǎn)物,而宏觀夾雜除來源于耐火材料的熔損外,主要是由鋼液的二次氧化形成的。影響純凈度的因素有:①鑄機(jī)機(jī)型和曲率半徑;②鋼液成分和脫氧;③鋼水爐外處理;④中間包。1.2鑄坯熱送和直接軋焦的研究鑄坯表面質(zhì)量的好壞決定了在熱加工之前是否精整,它是影響金屬收得率和成本的重要因素,也是鑄坯熱送和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的類型如圖1所示,其產(chǎn)生的原因是極其復(fù)雜的,不過從總體上可以說,主要是受鋼水在結(jié)晶器凝固過程控制的。1坯殼拉破過程中,實(shí)驗(yàn)是否會(huì)出現(xiàn)遺跡振痕結(jié)晶器上下運(yùn)動(dòng)時(shí),在鑄坯表面上會(huì)造成周期性的沿整個(gè)周邊的橫紋模樣的痕跡,這被稱為振動(dòng)痕跡(振痕),它被認(rèn)為是周期性的坯殼拉破和重新焊合過程造成的。若振痕很淺,且很規(guī)則,在進(jìn)一步的加工時(shí)不會(huì)引起缺陷的產(chǎn)生。若結(jié)晶器振動(dòng)狀況不佳,鋼液面波動(dòng)劇烈和渣粉選擇不當(dāng),會(huì)使振痕加深,或在振痕谷底處形成橫裂紋、夾渣和針孔等缺陷,這種振痕會(huì)對(duì)隨后加工和成品造成危害。2抗裂裂損傷的部位按裂紋方向和所處位置的不同,表面裂紋可分為表面縱裂紋、角部縱裂紋、表面橫裂紋和角部橫裂紋。此外,在連鑄坯表面上還常見到一種無明顯方向和位置的成組的晶間裂紋,一般都稱之為星狀裂紋。3坯殼表面裂紋的產(chǎn)生機(jī)理連鑄坯表面縱裂紋是最常見,也是數(shù)量最多的一種缺陷。其發(fā)生的主要原因是,在結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼厚度不均勻,在坯殼薄的地方應(yīng)力集中,當(dāng)應(yīng)力超過高溫坯殼的抗拉強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生了裂紋。但在結(jié)晶器內(nèi)的坯殼表面上產(chǎn)生的裂紋很小,出結(jié)晶器后在二冷區(qū)縱裂紋會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展。影響表面縱裂紋產(chǎn)生的因素[13,14,15,16,17,18,19,20,21]主要有:①鋼水質(zhì)量;②拉速;③保護(hù)渣液渣層厚度;④結(jié)晶器液面波動(dòng);⑤結(jié)晶器熱流和冷卻;⑥結(jié)晶器結(jié)構(gòu);⑦結(jié)晶器振動(dòng);⑧浸入式水口插入深度和出口傾角;⑨出結(jié)晶器下口后的冷卻;⑩板坯寬度。角部縱裂常常位于鑄坯角部10～15mm處。板坯角部是寬面和窄面的二維傳熱,結(jié)晶器角部鋼水凝固比其他地方要快,初生坯殼收縮最早。在角部形成不均勻氣隙后,熱阻增加,凝固減慢,當(dāng)坯殼薄弱處不能抵抗張應(yīng)力時(shí)就會(huì)形成角部縱裂紋。4角部橫裂紋產(chǎn)生因素橫裂紋產(chǎn)生于結(jié)晶器初始坯殼形成振痕的波谷處,振痕越深,則橫裂紋越嚴(yán)重。當(dāng)鑄坯表面有龜裂紋時(shí),由于受矯直力的作用,這些細(xì)小的裂紋為缺口擴(kuò)展就會(huì)形成橫裂紋;若細(xì)小龜裂紋處于角部,則會(huì)形成角部橫裂紋。影響橫裂紋產(chǎn)生的因素[13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27]主要有:①鋼水成分;②結(jié)晶器狀態(tài);③保護(hù)渣性能;④二冷強(qiáng)度;⑤出結(jié)晶器后的機(jī)械應(yīng)力。5影響星形裂紋的因素表面星形裂紋又稱表面龜裂,這種缺陷產(chǎn)生的原因是高溫鑄坯表面吸收了結(jié)晶器的銅,而銅熔化為液體沿奧氏體晶界滲透,導(dǎo)致鑄坯表面高溫晶界強(qiáng)度惡化而產(chǎn)生裂紋。此外,鑄坯表面鐵的選擇性氧化會(huì)使鋼中殘余元素(Cu、Sn)富集在表面并沿晶界滲透形成熱脆性裂紋。由于局部過冷或過大的冷卻間歇或局部再加熱等原因產(chǎn)生的熱應(yīng)力也可形成星形裂紋。影響星形裂紋的主要因素有:①鋼水成分;②結(jié)晶器因素;③二冷水量;④其他因素,如鋼種、厚度和過熱度等。6存在表面缺陷夾渣是連鑄坯上的一種常見缺陷,在組成上多為Si-Mn系夾渣,外觀大而淺;而皮下夾渣多為Al2O3系組成,外觀細(xì)小且分散,深度一般在2～10mm。前者會(huì)造成成品表面條紋缺陷,后者往往是深沖薄板鋼表面質(zhì)量降低的主要原因。夾渣的導(dǎo)熱性低于鋼,致使夾渣處坯殼生長(zhǎng)緩慢,凝固殼薄弱,這往往是拉漏的起因。表面夾渣的成因主要有:澆鑄過程中結(jié)晶器保護(hù)渣的流動(dòng)性惡化;保護(hù)渣吸收浮渣和夾雜物的能力降低;結(jié)晶器內(nèi)鋼水表面的波動(dòng)大,鋼水的流動(dòng)不合理,造成結(jié)晶器保護(hù)渣的卷入。7防止氧、氫、氮等元素形成的內(nèi)壓環(huán)境由于發(fā)生的位置不同,通常把裸露于鑄坯表面的氣泡稱為表面氣泡,而把潛伏在鑄坯表面下邊而又靠近表面的氣泡稱為皮下氣泡。氣泡形成的原因,一般認(rèn)為是在凝固過程中,鋼中的氧、氫、氮和碳等元素在凝固界面富集。當(dāng)其生成CO、H2、N2等氣體的總壓力大于鋼水靜壓力和大氣壓力之和時(shí),就會(huì)有氣泡形成。脫氧不良是造成氣孔、氣泡的重要原因之一。鋼中熔解w[Al]>0.008%就可防止CO的生成。用油做潤(rùn)滑劑或保護(hù)渣、鋼包或中間包覆蓋劑,保護(hù)渣、鋼包、中間包或絕熱板干燥不良會(huì)導(dǎo)致H2逸出。用清潔切屑和廢鋼塊放在結(jié)晶器內(nèi)的引錠頭上,中間包襯和浸入式水口材質(zhì)不使用含有放氣的黏結(jié)劑也是防止皮下氣泡的有效措施。8鑄坯表面出現(xiàn)的缺陷結(jié)晶器內(nèi)的鋼水初始凝固時(shí),坯殼厚度的增長(zhǎng)是不均勻的,一般坯殼與結(jié)晶器壁之間會(huì)周期性地接觸和收縮。在鑄坯表面嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)山谷狀的凹陷,這種凹陷也被稱作凹坑。凹陷有橫向和縱向之分。在橫向凹陷的情況下,由于沿拉坯方向的結(jié)晶器摩擦阻力的作用,很容易產(chǎn)生橫向裂紋。這時(shí),鋼水可能滲漏出來,一直到在結(jié)晶器壁上重新凝固為之,這就是所謂的“重皮”。9般保護(hù)渣內(nèi)的碳表面增碳也是一種偏析,它有兩種情況:一是在油潤(rùn)滑澆鑄的情況下,在結(jié)晶器潤(rùn)滑油燃燒后,殘留的碳素物質(zhì)與鋼反應(yīng)造成表面增碳;另一種是在保護(hù)渣澆鑄的情況下,一般保護(hù)渣內(nèi)的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%,其中大部分在熔化時(shí)被消耗掉了,但總有一些殘留的碳聚集在液態(tài)渣子上面的界面內(nèi),這個(gè)富碳層造成接近彎月面處的固態(tài)渣圈有碳的富集,當(dāng)液面上升時(shí),鋼水就會(huì)與這個(gè)富碳渣圈接觸并導(dǎo)致彎月面處增碳,特別是渣粉中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)>6%時(shí)會(huì)更嚴(yán)重。另一種表面偏析現(xiàn)象是在振動(dòng)痕跡的底部富集合金元素,而此種表面偏析(如Si、Mn、Ni、Mo)的大小和深度隨負(fù)滑脫時(shí)間的增加而加重,即隨振痕深度的加深而增加。1.3坯中心致密度鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要取決于其中心致密度,而影響連鑄坯中心致密度的缺陷是各種內(nèi)部裂紋、中心偏析、中心疏松及鑄坯內(nèi)部的宏觀非金屬夾雜物?？偟膩砜?鑄坯內(nèi)部質(zhì)量是與二冷區(qū)的冷卻和支承輥系統(tǒng)密切相關(guān)的。1影響內(nèi)部裂紋的因素連鑄板坯內(nèi)部裂紋是由于鑄坯凝固過程中各種外部應(yīng)力和鋼水凝固時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部引力作用在固液交界及附近區(qū)域上而形成的。當(dāng)綜合應(yīng)力超過該鋼種的固相線溫度附近的臨界強(qiáng)度時(shí),固液界面處的坯殼已不能抵抗應(yīng)力的作用而產(chǎn)生開裂并向固相擴(kuò)展,由于鋼液己成半凝固態(tài)或固態(tài)時(shí)鋼水無法補(bǔ)充,故裂紋得以在鑄坯內(nèi)部形成。影響內(nèi)部裂紋的因素就是能產(chǎn)生各種作用在坯殼的應(yīng)力(如鼓肚力、擠壓力、熱應(yīng)力、組織力)和影響鑄坯高溫強(qiáng)度(如鋼的凝固組織、液相線溫度、固相線溫度、坯殼厚度)的諸多因素。內(nèi)部裂紋可分為角部裂紋、中間裂紋、中心線裂紋、三角區(qū)裂紋、皮下裂紋、壓縮(矯直)裂紋以及星狀裂紋、對(duì)角線裂紋(方坯)等,如圖2所示。2熔坯角部擴(kuò)展角部裂紋是在結(jié)晶器彎月面以下250mm以內(nèi)產(chǎn)生的,裂紋首先在固液交界面形成然后擴(kuò)展。鑄坯角部為二維傳熱,凝固最快,收縮最早,產(chǎn)生氣隙后,傳熱減慢,坯殼較薄,鼓肚或菱變?cè)斐傻睦瓚?yīng)力作用于坯殼薄弱處而產(chǎn)生裂紋。角部?jī)?nèi)裂平行于拉坯方向。影響連鑄板坯角部裂紋的因素有:結(jié)晶器錐度、鋼水成分、窄面冷卻水的分布和輥?zhàn)泳鹊取?鑄坯中間裂紋與拉坯表面裂紋的分布內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的原因可以認(rèn)為是由于板坯表面溫度回升、軋輥間的凸度矯正、輥?zhàn)优淞胁灰?guī)范、彎曲矯直等在凝固界面上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力導(dǎo)致裂紋,并沿柱狀晶薄弱處繼續(xù)擴(kuò)展到坯殼高溫強(qiáng)度所能抵抗應(yīng)力為止。中間裂紋垂直于拉坯方向,分布在鑄坯外形畸變很大之處者居多。影響連鑄板坯中間裂紋的因素是:①鋼的化學(xué)成分決定的其高溫力學(xué)性能;②二冷配水曲線、拉速、鋼水過熱度等影響鑄坯中柱狀晶和等軸晶的比例、凝固坯殼的厚度和凝固末端的位置;③輥?zhàn)訉?duì)中、輥縫收縮造成鼓肚變形和在較大壓力下所產(chǎn)生的應(yīng)力。4鋼坯高溫力學(xué)性能引起的裂紋出結(jié)晶器不久的鑄坯,在離鑄坯側(cè)面150mm的三角區(qū)內(nèi),剛凝固或未全凝固的鑄坯,高溫強(qiáng)度差,受到側(cè)面強(qiáng)烈冷卻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力、側(cè)導(dǎo)輥位置不當(dāng)或積渣產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力、鑄坯弧面冷卻不良導(dǎo)致的鼓肚力和熱應(yīng)力、鑄坯弧面支撐和夾持不良導(dǎo)致的鼓肚力和機(jī)械應(yīng)力,這些應(yīng)力或其總應(yīng)力超過了鋼坯高溫強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂紋。導(dǎo)致三角區(qū)裂紋形成的因素[34,35,36,37,38,39]:①二次冷卻不合適,鑄坯側(cè)面受到強(qiáng)冷,弧面冷卻不良;②鋼的化學(xué)成分差異導(dǎo)致鋼的高溫強(qiáng)度的差異。5凝固殼的不均勻中心裂紋發(fā)生在板坯中心部位,平行于寬面,在斷面上可觀察到開口狀的缺陷。中心裂紋的成因主要有:①因拉速變化產(chǎn)生不均勻的凝固殼;②凝固末期的凝固通道的不均勻強(qiáng)冷;③軋輥配列不合理而在凝固通道上產(chǎn)生異常壓力阻止了鋼水的填充。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)隨著澆鑄量的增加,夾輥磨損、變形,中心裂紋從無到有,并隨時(shí)間的推移逐漸增加;但一旦更換夾輥、校正對(duì)弧,中心裂紋又告消失;或變換拉坯速度,使凝固末端處于夾輥輥縫尺寸較為理想的區(qū)段,中心裂紋也逐漸降低或消失。6碳化物、氮化物最佳供給因子皮下裂紋常因連鑄輥間產(chǎn)生鼓肚變形或在二冷段內(nèi)及進(jìn)入空冷段時(shí)由于鑄坯回?zé)峒跋嘧儜?yīng)力而產(chǎn)生。根本原因是在800℃附近,Nb、V、Al等碳化物、氮化物析出致使塑性下降而產(chǎn)生。對(duì)輥間鼓肚變形采取強(qiáng)冷、減少表面回?zé)岫伎捎行У販p少皮下裂紋,結(jié)晶器長(zhǎng)度加長(zhǎng)會(huì)使表面回?zé)岬母怕试龈?采用合適的保護(hù)渣可減少或防止坯殼回?zé)岵p少鑄坯內(nèi)裂。7元素分布的不均勻性偏析是凝固過程中溶質(zhì)元素在固、液相中再分配的結(jié)果,表現(xiàn)為鑄坯中元素分布的不均勻性?？煞譃轱@微偏析和宏觀偏析兩種。連鑄坯中的宏觀偏析主要表現(xiàn)為中心偏析。連鑄的中心偏析一旦形成,就無法在后續(xù)工序中被完全消除。對(duì)于高碳鋼鑄坯,中心偏析區(qū)還有V形偏析形成。1.4拉速、鑄坯、結(jié)晶器區(qū)域內(nèi)二冷強(qiáng)度。在鑄板坯的主要形狀缺陷是鼓肚。鼓肚是帶液心的凝固殼在內(nèi)部鋼水靜壓力下鼓出的形狀缺陷。板坯鼓肚會(huì)引起液相穴內(nèi)富集溶質(zhì)鋼水產(chǎn)生流動(dòng),引起嚴(yán)重的中心偏析和內(nèi)部裂紋,給鑄坯質(zhì)量帶來嚴(yán)重的危害。拉速太慢或者由于某種原因鑄坯在鑄機(jī)中停留,鼓肚量增加;但拉速太快,液心終端超出最后一對(duì)夾持輥時(shí),也會(huì)產(chǎn)生鼓肚缺陷。加大二冷強(qiáng)度,可以增加凝固殼厚度和高溫強(qiáng)度。鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)由于寬面收縮,窄面(至少是角部)向板坯中心移動(dòng),當(dāng)結(jié)晶器窄面錐度過小時(shí),窄面與結(jié)晶器壁接觸不良,又加上板坯窄面?zhèn)冉饘凫o壓力上升,可使結(jié)晶器窄面形成鼓肚。結(jié)晶器下部嚴(yán)重磨損、側(cè)身鑄坯導(dǎo)向支承不夠、二冷區(qū)第一段冷卻不夠都可能引起窄面鼓肚。2檢測(cè)判定判定連鑄過程中,存在各種缺陷,導(dǎo)致鑄坯質(zhì)量不好,不符合后段工序生產(chǎn)需要,必須加以辨別,將不合格產(chǎn)品分揀出來。按照檢測(cè)判定的手段不同,質(zhì)量判定可分為幾下幾類。如圖3所示。2.1高功率強(qiáng)化檢測(cè)技術(shù)從實(shí)現(xiàn)機(jī)理上看,主要包括:渦流檢測(cè)、光學(xué)檢測(cè)、感應(yīng)加熱檢測(cè)、電磁超聲波測(cè)試法等。1)渦流檢測(cè)。作為一種高精度的檢測(cè)方法,采用了消除影響準(zhǔn)確測(cè)量的振蕩痕跡,可獲得光滑的板坯表面。此系統(tǒng)使用一過跨小車,將裝有火焰清理噴槍和渦流檢測(cè)探頭的掃描頭移到待檢測(cè)板坯區(qū)段,在板坯的長(zhǎng)度方向進(jìn)行掃描和檢測(cè)。在掃描頭移到待檢測(cè)的板坯上時(shí)進(jìn)行火焰清理,返回時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。2)感應(yīng)加熱檢測(cè)。利用高頻感應(yīng)加熱法臨時(shí)加熱板坯表面。板坯表面是以板坯上所產(chǎn)生的渦流來加熱的,如果表面沒有缺陷,則其表面加熱均勻;如果表面有缺陷,則有缺陷部位的電阻值增大,使板坯表面溫度升高(熱斑)。可用升高的溫度檢測(cè)出缺陷的深度。3)光學(xué)檢測(cè)。光學(xué)法可細(xì)分為兩類,一類是利用板坯表面發(fā)射的光線,一類是使用外部光源。對(duì)于前一類,板坯必須經(jīng)過火焰清理,應(yīng)用一種高分辨率CCD攝像機(jī)同時(shí)用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定每種缺陷的類型和危害性。這種方法已在神戶鋼鐵公司加古川廠應(yīng)用。對(duì)于第二類方法,可以用高功率水銀電弧燈或掃描激光束作為外部光源來進(jìn)行檢測(cè),這種方法在新日鐵八幡廠應(yīng)用,并已得到可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但是這種方法容易受到外部干擾,如振動(dòng)痕跡和氧化鐵皮的影響,并且檢測(cè)不出沒有寬度的裂紋(如發(fā)裂)。這些檢測(cè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是:不僅能檢測(cè)表面缺陷,而且絕大多數(shù)還能檢測(cè)內(nèi)部微小缺陷。有些方法的檢測(cè)精度較高,可檢測(cè)到5×10-4mm3的微小內(nèi)部缺陷。造價(jià)通常比較低廉。但是也存在著很多局限性,比如:只適用于某些產(chǎn)品質(zhì)量要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合;檢測(cè)原理的局限性使它只能對(duì)特定的被檢物進(jìn)行檢測(cè);檢測(cè)機(jī)理多利用被檢物體的物理性能,如磁性能或熱性能。因此這些方法可檢測(cè)出的缺陷定量描述參數(shù)和缺陷種類都十分有限,無法綜合評(píng)估產(chǎn)品的表面質(zhì)量狀況。隨著20世紀(jì)60年代激光技術(shù)、CCD(ChargeCoupledDevice)技術(shù)的相繼問世和隨后的計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,光機(jī)電一體化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。光機(jī)電一體化檢測(cè)技術(shù)結(jié)合了光學(xué)儀器的非接觸測(cè)量和靈敏度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理的快速和靈活等特性,可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線對(duì)產(chǎn)品的在線測(cè)量、檢測(cè)和定位等方面,在近30年來的發(fā)展歷程中,經(jīng)歷了3種形式的發(fā)展:激光掃描器階段、線陣CCD攝像頭階段和面陣CCD攝像頭階段。其中激光掃描器是機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)中比較早的一種技術(shù),它通過點(diǎn)掃描的方式來掃描兩維表面。因此,這一代的表面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的掃描速度和分辨率非常低,并且光學(xué)和機(jī)械裝置極不可靠。線陣CCD攝像頭以及面陣CCD攝像頭是隨著CCD攝像技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的,目前這兩種方法都還在不斷地發(fā)展以及廣泛的應(yīng)用中。線陣CCD攝像頭掃描二維表面目標(biāo)時(shí),是通過逐行的線掃描方式來獲得整個(gè)表面圖像的,只要采集頻率與物體移動(dòng)速度的關(guān)系是恒定的情況下,可以均勻地得到二維表面的圖像,但它容易因?yàn)楣庹盏葪l件的影響,導(dǎo)致相隔兩行之間的圖像差別太大,從而影響檢測(cè)的精度。利用面陣CCD攝像頭來掃描二維表面時(shí),它可以得到分辨率較高且光照條件比較均勻的一整幅圖像,但是由于它是以一定分辨率的一幅圖像作為一次掃描的,因此每一幅圖像之間的采集間隔必須計(jì)算準(zhǔn)確,同時(shí)要有適當(dāng)?shù)姆椒▉硖幚砗妹糠鶊D像之間的重疊間隔,這樣才可以保證既不會(huì)漏檢,又不會(huì)重復(fù)檢測(cè)。目前各種高性能CCD攝像機(jī)比較多,基本都可以達(dá)到使用者的要求。這樣一套功能完善的表面質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)可以分解為4個(gè)組成部分:圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、模式識(shí)別系統(tǒng)和人機(jī)交互系。如圖4所示。1)圖像采集系統(tǒng)是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),通過不同的圖像采集技術(shù)獲得的圖像效果有所區(qū)別,而后續(xù)的所有工作都是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。這個(gè)部分關(guān)鍵點(diǎn)是選擇合適的圖像采集模式以保證系統(tǒng)穩(wěn)定有效的采集高質(zhì)量的圖像。2)圖像處理系統(tǒng)與模式識(shí)別系統(tǒng)是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)核心部分,這兩部分的好壞直接決定了整套系統(tǒng)的成敗,直接體現(xiàn)在檢測(cè)系統(tǒng)的檢出率和漏檢率指標(biāo)上。3)人機(jī)交互系統(tǒng)是專為客戶設(shè)計(jì)的,根據(jù)需求將一套完整的表面檢測(cè)系統(tǒng)嵌于友好的操作界面,讓客戶快捷的獲得他們所關(guān)心的信息。2.2結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)雖然對(duì)于鑄坯缺陷產(chǎn)生的專項(xiàng)研究工作不斷取得進(jìn)展,但是由于影響鑄坯質(zhì)量的因素十分復(fù)雜,不同生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品的缺陷產(chǎn)生原因有很大不同,必須依靠良好的質(zhì)量判定系統(tǒng)來把握缺陷狀況。鑄坯質(zhì)量判定(控制)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。連鑄坯質(zhì)量判定模型是連鑄坯質(zhì)量判定的核心,目前有兩種建模方法:①傳統(tǒng)方式建模。即按照工藝規(guī)定界限進(jìn)行建模,傳統(tǒng)方式是基于物理模型和冶金函數(shù)的。所謂冶金函數(shù)就是利用收集到的過程參數(shù)(原因),來確定鑄坯的質(zhì)量缺陷及其嚴(yán)重程度,原因與缺陷之間的關(guān)系就是自變量與因變量的關(guān)系,這種關(guān)系就叫冶金函數(shù)。②人工智能方式建模。智能方式一般為使用基于操作者、科學(xué)家和其他相關(guān)人員的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的專家系統(tǒng),也有使用基于數(shù)據(jù)挖掘的方法,如模式識(shí)別或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等?；谝陨辖７椒ǖ牟煌瑢⑦B鑄坯質(zhì)量判定系統(tǒng)分為兩類:基于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建模的連鑄坯質(zhì)量判定系統(tǒng)和基于人工智能技術(shù)建模的連鑄坯質(zhì)量判定系統(tǒng)。2.2.1工藝質(zhì)量參數(shù)的上下限鑄坯質(zhì)量異常判定模型的關(guān)鍵和實(shí)質(zhì)是按工藝要求和操作經(jīng)驗(yàn)對(duì)工藝質(zhì)量參數(shù)的上下限建立一系列的表格,并按此進(jìn)行比較,判定質(zhì)量是否異常,確定發(fā)生地點(diǎn)和處理方法。一般由5部分組成。1質(zhì)量異常類型及其數(shù)據(jù)輸入質(zhì)量異常、種類及其數(shù)據(jù)輸入是以代碼形輸入的,共有2種輸入方式:①人工判定輸入(通過懸掛式操作盤及CRT);②計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸入。2鑄坯質(zhì)量的影響異常范圍用從異常發(fā)生至結(jié)束的總鑄造長(zhǎng)度來表示。然而,一個(gè)異常事件對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響往往超出這個(gè)事件發(fā)生至結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的總鑄造長(zhǎng)度范圍。因此,需要對(duì)這個(gè)異常事件發(fā)生時(shí)的影響范圍進(jìn)行補(bǔ)正。同樣,有的異常事件結(jié)束后,還影響到事件結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)所鑄造的鑄坯質(zhì)量,所以,有前后補(bǔ)正。3異常處理組號(hào)質(zhì)量異常項(xiàng)目的處理在計(jì)算機(jī)里是以代碼形式,利用異常處理組號(hào)(由鋼種決定)及異常處理代碼變換表來進(jìn)行的。內(nèi)容包括是否要進(jìn)行火焰清理、追加清理等。4比根對(duì)鋼的性能測(cè)定,鋼土的配合面對(duì)接縫部范圍計(jì)算處理如下:①按煉鋼計(jì)算機(jī)傳來的前爐和后爐鋼水目標(biāo)成分的成分差來決定接縫部的鋼種區(qū)分為同鋼種保留還是報(bào)廢,并決定接縫的表號(hào);②按板坯厚度、寬度、有無鐵板插入、中間包鋼水質(zhì)量和交接表號(hào)等,在接縫表中查出接縫部計(jì)算公式的系數(shù);③按上述系數(shù)和中間包鋼水質(zhì)量,可以計(jì)算出接縫部的開始和結(jié)束位置。5以板坯為單位的信息區(qū)的處理由于質(zhì)量異常的數(shù)據(jù)采集和處理是以爐次為單位進(jìn)行的,而切割計(jì)算和精整都是以板坯為單位進(jìn)行的,應(yīng)把處理信息匯集到以板坯為單位的信息區(qū)中,需作如下處理:①把所收集的質(zhì)量異常數(shù)據(jù)按優(yōu)先次序,取出多個(gè)異常信息放入編集區(qū),即把質(zhì)量?jī)?yōu)先級(jí)高的、危害性大的放入編集區(qū)。②根據(jù)處置數(shù)據(jù)判定是否保留,對(duì)保留下來的板坯可在精整工序里按快速硫印結(jié)果判定是否要火焰清理還是需要人工清理或報(bào)廢。③根據(jù)質(zhì)量異常情況決定是否可熱送或是火焰清理等。2.2.2模糊框架與質(zhì)量預(yù)報(bào)由于連鑄坯質(zhì)量與各因素具有不確定性和非線性關(guān)系,許多成因仍在研究之中。傳統(tǒng)數(shù)學(xué)建模方式從連鑄生產(chǎn)機(jī)理出發(fā)所建立的預(yù)報(bào)模型,很難適應(yīng)不同企業(yè)產(chǎn)品種類、原材料的變化,致使移植、維護(hù)變得非常困難。因此利用現(xiàn)代人工智能的成就來建立質(zhì)量判定模型具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外成型的連鑄坯質(zhì)量異常判定系統(tǒng)大都是采用的專家系統(tǒng),如曼內(nèi)斯——德馬克冶金公司的質(zhì)量評(píng)估專家系統(tǒng)XQE、奧鋼聯(lián)(VAI)的計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制系統(tǒng)CAQC(ComputerAssistantQualityControl)等。但專家知識(shí)來源于不斷的研究和積累,一般不作公開。除此之外,在公開文獻(xiàn)中出現(xiàn)的智能建模方法主要有模糊集、粗糙集以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。楊炳儒、龍勇提出一種基于Fuzzy語言場(chǎng)和Fuzzy綜合集成算法,建立對(duì)鑄坯進(jìn)行在線質(zhì)量判定的模型,可以準(zhǔn)確判定鑄坯的表面、內(nèi)部缺陷以及對(duì)鑄坯質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定,并成功地加以應(yīng)用,具有很強(qiáng)的工業(yè)實(shí)用價(jià)值。專家系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng),如何把專家知識(shí)總結(jié)出來并表示成現(xiàn)有計(jì)算機(jī)可接受和運(yùn)用的形式,是開發(fā)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵工作,也是研究各種推理機(jī)的先決條件,余龍山將模糊技術(shù)引入了連鑄扳坯質(zhì)量判定專家系統(tǒng)中,提出了模糊產(chǎn)生式規(guī)則與模糊框架相結(jié)合的綜合模糊知識(shí)表達(dá)方式描述專家系統(tǒng)中的不確定性知識(shí)。并提出了綜臺(tái)MYCIN系統(tǒng)確定性理論和Zadeh的可能性及模糊邏輯模型的基于確定性因子CF傳播的模糊推理模型進(jìn)行知識(shí)處理。林雪提出了一種完全脫離冶金原理的質(zhì)量預(yù)報(bào)方法:數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘的方法很多,文中采用了其中的聚類分析,通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,形成一定的“規(guī)則”,進(jìn)而對(duì)未來數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報(bào)。在進(jìn)行聚類分析時(shí),文中采用的屬于計(jì)算智能范疇的遺傳算法和模糊聚類相結(jié)合的技術(shù),消除初始聚類中心容易導(dǎo)致的局部極值,具有全局收斂的特性。曹龍漢、孫穎楷等將SOFM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及粗糙集理論應(yīng)用于連鑄板坯質(zhì)量診斷及預(yù)報(bào)系統(tǒng),以信息系統(tǒng)屬性值表KRS為主要工具,去除了板坯缺陷成因內(nèi)在的冗余性,得到一個(gè)具有屬性個(gè)數(shù)最少的最小決策表。采用上述方法,用一批現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出連鑄坯質(zhì)量缺陷分類的最小決策表,并利用另一批現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行驗(yàn)證,分類結(jié)果與實(shí)際樣本的缺陷類型相吻合,表明粗糙集理論是一種較有成效的工具。許杰利用基于粗糙集合的數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)(KDD)方法,對(duì)板坯缺陷預(yù)報(bào)進(jìn)行仿真。粗糙集理論可支持KDD的多個(gè)步驟,如數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)縮減、規(guī)則生成、數(shù)據(jù)依賴關(guān)系發(fā)現(xiàn)等。同時(shí)提出了基于自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)離散方法、基于個(gè)別矩陣的屬性約簡(jiǎn)算法及其改進(jìn)算法、基于決策矩陣的值約簡(jiǎn)算法及其改進(jìn)算法等。最后利用連鑄板坯原始記錄數(shù)據(jù)對(duì)所建立的知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。張邦禮等提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的板坯缺陷診斷及預(yù)報(bào)算法。利用具有不同激勵(lì)函數(shù)的分組方法提高網(wǎng)絡(luò)性能,并利用隨機(jī)梯度算法確保學(xué)習(xí)過程不會(huì)陷入局部極值。其在另一文獻(xiàn)中討論了應(yīng)用基于誤差反向傳播的多層前饋網(wǎng)絡(luò),即所謂的BP網(wǎng)絡(luò),來進(jìn)行缺陷的診斷研究。張靜使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)推理方法建立了板坯缺陷與影響因素的關(guān)系模型,實(shí)現(xiàn)板坯缺陷的快速預(yù)報(bào)。將帶災(zāi)變算子的遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在一個(gè)程序流程中完美結(jié)合,建立GA/NN綜合計(jì)算模型,應(yīng)用于參數(shù)的優(yōu)化問題,完成工藝參數(shù)的優(yōu)化系統(tǒng),從而對(duì)生產(chǎn)提供指導(dǎo)功能。SalahBouhouche利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了缺陷預(yù)測(cè)模型。模型的訓(xùn)練是利用生產(chǎn)缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)離線進(jìn)行的,模型使用兩種分別建立在正常加工過程和缺陷發(fā)生過程的輸入信號(hào)。這種模型可以探測(cè)與表面質(zhì)量關(guān)系很大的澆鑄速度變化同步化的問題。模型數(shù)據(jù)的采集使用了實(shí)時(shí)系統(tǒng)Labview,并運(yùn)行于WindowsNT操作系統(tǒng),在線使用的結(jié)果良好。C.A.Santos等利用遺傳算法和數(shù)據(jù)庫(kù)來采集過程數(shù)據(jù),通過建立的模型對(duì)連鑄產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)利用冶金學(xué)的知識(shí)建立數(shù)學(xué)物理模型來模擬連鑄產(chǎn)品的凝固成型過程,通過與實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比,吻合性良好,因此可以對(duì)連鑄的過程進(jìn)行診斷和優(yōu)化。A.S.Normanton等介紹了歐洲煤鋼共同體(ECSC)建立連鑄產(chǎn)品內(nèi)部和外部質(zhì)量預(yù)測(cè)模型時(shí)使用的建模方法有:統(tǒng)計(jì)多重回歸、多元統(tǒng)計(jì)方法、局部最優(yōu)矩陣、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、神經(jīng)模糊結(jié)合、分類器(統(tǒng)計(jì)、基于距離)、決策樹等。CorusR,D&T,TeessideTechnologyCentre,UK建立了一個(gè)在線質(zhì)量預(yù)測(cè)系統(tǒng),其內(nèi)、外部質(zhì)量模型已經(jīng)通過了歷史數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,并且已在Teesside板坯連鑄機(jī)上試運(yùn)行。基于以上的研究這種人工智能技術(shù)建模的連鑄坯質(zhì)量判定系統(tǒng)可以分為以下2種:1)利用數(shù)據(jù)分析的方式建模進(jìn)行判定。其常用的方法如圖6所示。2)基于冶金工藝模型進(jìn)行判定。影響連鑄坯質(zhì)量的因素很多,通常人們依據(jù)研究的側(cè)重點(diǎn)不同將連鑄過程模擬分析分為2類,即結(jié)晶器內(nèi)分析和二冷區(qū)分析。結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和凝固耦合模擬的報(bào)道較多[58,59,60,61,62,63],研究也較為深入。如X.Huang等采用數(shù)值模擬法研究了板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)的速度分布、溫度分布、熱傳遞及其對(duì)凝固的影響,結(jié)果表明過熱度和拉速是影響熱流量最重要和最直接的因素。Aboutalebi等通過數(shù)學(xué)模型分析了連鑄過程中鋼液湍流流動(dòng)、凝固和宏觀偏析等情況,在模型中整個(gè)結(jié)晶器內(nèi)的鋼液被看作兩相運(yùn)動(dòng),即固相和液相。劉和平、仇圣桃等采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正二冷換熱系數(shù),建立了描述板坯連鑄全過程中的三維流體流動(dòng)、傳熱和凝固的數(shù)學(xué)模型,探討了有效導(dǎo)熱模型中有效導(dǎo)熱系數(shù)的取值、湍流模型的選取、兩相區(qū)流動(dòng)中多孔介質(zhì)的滲透率取值等問題對(duì)模型預(yù)測(cè)精確性的影響。由于連鑄機(jī)冶金長(zhǎng)度較長(zhǎng),二冷區(qū)內(nèi)的數(shù)值模擬主要應(yīng)用于配水水量的優(yōu)化和控制。二冷水動(dòng)態(tài)控制方法大體可分為2種。①拉速串級(jí)配水控制。其原理是將離線計(jì)算的不同穩(wěn)態(tài)拉速時(shí)各段水量近似成一次或二次曲線形式,控制器根據(jù)檢測(cè)的拉速信號(hào),據(jù)此對(duì)流量閥開度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。對(duì)拉速突然變化時(shí)鑄坯表面溫度波動(dòng)較大的現(xiàn)象,近來有研究將“坯齡”或虛擬拉速作為參數(shù)輸入改善控制。②基于表面溫度反饋的二冷水控制。由于鑄坯表面噴水冷卻條件復(fù)雜,鑄坯表面溫度很難準(zhǔn)確測(cè)量,一般由計(jì)算機(jī)根據(jù)鑄坯傳熱模型每隔一段時(shí)間計(jì)算一次鑄坯表面溫度,并與目標(biāo)溫度相比較,來決定各段水量。目前以應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制和專家系統(tǒng)等智能技術(shù),根據(jù)預(yù)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度的差值計(jì)算水量的研究較多。動(dòng)態(tài)配水模型在中國(guó)大部分鋼廠都已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用,如寶鋼、鞍鋼、安鋼、攀鋼、武鋼等。3系統(tǒng)應(yīng)用介紹3.1漏鋼mtm系統(tǒng)所謂MTM系統(tǒng)就是結(jié)晶器熱監(jiān)控系統(tǒng),它的原理就是利用熱電偶對(duì)結(jié)晶器的熱狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)采集的電信號(hào)運(yùn)用專家知識(shí)進(jìn)行分析,進(jìn)而得出可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題,實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)并提出操作建議。許多國(guó)家都開發(fā)了基于MTM系統(tǒng)的鑄坯表面質(zhì)量控制系統(tǒng)。英國(guó)BritishSteel鋼廠的結(jié)晶器熱監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)開發(fā)于20世紀(jì)80年代,其主要功能是防止漏鋼和改善鑄坯質(zhì)量。該MTM系統(tǒng)首先在中厚板生產(chǎn)中得到運(yùn)用。應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示表明,發(fā)生漏鋼時(shí)板坯的散熱速率遠(yuǎn)低于相同狀況下的正常散熱速率。此外,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還發(fā)現(xiàn),在漏鋼發(fā)生之前塞棒常有快速開啟的動(dòng)作,表明氧化鋁團(tuán)塊和被氧化鋁污染的保護(hù)渣可能是導(dǎo)致傳熱速率下降和漏鋼的原因。韓國(guó)浦項(xiàng)公司的MTM系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝有24根熱電偶,T-型(康銅-銅)。利用電偶信號(hào)、拉速、液位和塞棒位等數(shù)據(jù),達(dá)到拉坯條件優(yōu)化的目的。鋼種為對(duì)裂紋敏感的中碳鋼和取向硅鋼。研究不同鋼種、不同保護(hù)渣條件下,縱裂形成和漏鋼發(fā)生時(shí)的結(jié)晶器溫度水平及溫度波動(dòng)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)不均勻的坯殼長(zhǎng)大行為。美國(guó)A-L公司Brackenridge廠的MTM系統(tǒng)。A-L公司是美國(guó)的主要特殊鋼廠家,Brackenridge廠的MTM系統(tǒng)利用3排、共76根熱電偶測(cè)定的結(jié)晶器銅板溫度進(jìn)行分析,除了可用于漏鋼預(yù)報(bào)之外,還進(jìn)行以下研究:1)坯殼撕裂與結(jié)晶器內(nèi)傳熱的關(guān)系;2)鑄坯表面裂紋和凹陷與結(jié)晶器內(nèi)傳熱的關(guān)系;3)保護(hù)渣性能與結(jié)晶器內(nèi)傳熱的關(guān)系。該系統(tǒng)已用于3個(gè)方面:1)對(duì)縱裂報(bào)警;2)選擇適合不同鋼種和不同拉坯條件的保護(hù)渣;3)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中可視化顯示。3.2模型試驗(yàn)的質(zhì)量控制方法1983—1993年期間,位于林茨的奧鋼聯(lián)鋼鐵公司與奧鋼聯(lián)工業(yè)公司合作,共同開發(fā)并安裝了連鑄板坯質(zhì)量自動(dòng)控制系統(tǒng)(CAQC),其目的是為了在連鑄后立即獲得板坯是否適合熱裝以及表面免檢的判斷信息[75,76,77,78,79,80]。該系統(tǒng)由以下幾部分組成:連鑄板坯表面和內(nèi)部質(zhì)量特性基準(zhǔn)值的技術(shù)要求,即各種表面和內(nèi)部裂紋、夾雜物及偏析,以及必須注意最終產(chǎn)品的使用和技術(shù)要求:1)達(dá)到符合實(shí)際生產(chǎn)板坯熱裝的技術(shù)要求,以判定表的形式,找出每個(gè)工藝參數(shù)的規(guī)律;2)跟蹤扇形段內(nèi)與質(zhì)量有關(guān)的工藝參數(shù);3)以工藝參數(shù)為基礎(chǔ),借助冶金函數(shù),經(jīng)質(zhì)量判定確定質(zhì)量值;4)將基準(zhǔn)值與質(zhì)量特性預(yù)定值進(jìn)行比較,在板坯切割前,同時(shí)將熱送板坯與需進(jìn)行其他處理的板坯分開。20世紀(jì)90年代末,奧鋼聯(lián)林茨廠又進(jìn)一步改善其CAQC系統(tǒng),并命名為VAI-Q板坯質(zhì)量控制系統(tǒng),奧鋼聯(lián)并入西門子后稱為SIMETALCISVAIQ。VAIQ系統(tǒng)從板坯采集與質(zhì)量有關(guān)的跟蹤參數(shù),利用冶金函數(shù)對(duì)每塊板坯可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè),并決定板坯的處置方式。VAIQ系統(tǒng)包含3個(gè)模塊。產(chǎn)品系統(tǒng)模塊提供在線質(zhì)量的監(jiān)控;知識(shí)庫(kù)模塊為冶金專家維護(hù)管理產(chǎn)品和質(zhì)量判定知識(shí)的工具,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)模塊可對(duì)有關(guān)質(zhì)量和生產(chǎn)參數(shù)方面的評(píng)估問題提供大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果,對(duì)保存于知識(shí)庫(kù)中的冶金知識(shí)不斷積累起著推動(dòng)作用。CAQC(VAIQ)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的比較廣泛,如安鋼一煉軋,濟(jì)鋼三煉鋼等。3.3在線xqe分析原德國(guó)德馬克冶金公司的質(zhì)量評(píng)估專家系統(tǒng)(XQE)是一個(gè)具有學(xué)習(xí)能力的質(zhì)量評(píng)估專家系統(tǒng),它主要由質(zhì)量評(píng)估模型和數(shù)據(jù)管理部分組成[74,75,76,77,78,79,80,81]。質(zhì)量評(píng)估模型通過處理過程數(shù)據(jù)來判斷板坯上可能出現(xiàn)的缺陷及其強(qiáng)度;數(shù)據(jù)管理部分有利于知識(shí)的積累,可以幫助重新建立質(zhì)量模型。該系統(tǒng)通過處理過程數(shù)據(jù)來尋求影響因素,在應(yīng)用時(shí)把這些因素與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合起來預(yù)報(bào)缺陷的發(fā)生及其強(qiáng)度。在該系統(tǒng)中運(yùn)用了模糊邏輯來表達(dá)專家知識(shí),解決了回歸分析中參數(shù)的細(xì)微變化導(dǎo)致函數(shù)值波動(dòng)大的問題。XQE系統(tǒng)包括在線和離線2個(gè)部分。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給在線XQE部分形成樣本文件用于分析、調(diào)整或確定模型,并且可以利用離線部分所學(xué)習(xí)到的知識(shí)進(jìn)行更新。在線XQE模型由經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型和基本預(yù)測(cè)模型組成。由于經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)文件有優(yōu)先權(quán),故優(yōu)先輸出經(jīng)驗(yàn)判定結(jié)果。當(dāng)不存在符合條件的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)文件時(shí),則使用人工界定的基本預(yù)測(cè)文件進(jìn)行判定,并輸出基本判定結(jié)果。3.4在線質(zhì)量報(bào)告系統(tǒng)英國(guó)由35家公司開發(fā)的COGSYS通用實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)通過把一系列分級(jí)規(guī)則應(yīng)用于過程數(shù)據(jù),將連鑄板坯按質(zhì)量分級(jí),而且分級(jí)過程是通過使用直接與連鑄機(jī)分配控制系統(tǒng)(DCS)相連接的COGSYS進(jìn)行的。隨著連鑄過程的進(jìn)行,COGSYS接收過程數(shù)據(jù),自動(dòng)地對(duì)每一段150mm板坯提供一次在線質(zhì)量報(bào)告。實(shí)踐證明,這個(gè)系統(tǒng)在鑄坯發(fā)生缺陷之前即能預(yù)測(cè)出一定的質(zhì)量缺陷,并給澆鑄操作者提供較早的機(jī)會(huì)校正操作。美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)的鑒定工廠產(chǎn)品質(zhì)量專家系統(tǒng)(PWQES)亦被用作連鑄坯質(zhì)量評(píng)定,它是一個(gè)旨在改善工廠范圍內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量管理的實(shí)時(shí)質(zhì)量專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和專家知識(shí)來預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的。但一個(gè)鋼廠專家的知識(shí)往往包括許多不確定性的因素,因此會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測(cè)的不確定性。在PWQES中,對(duì)這種不確定性采用了以模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的幾種不同的處理方法。首先,他們?yōu)镻WQES建立了一個(gè)規(guī)則集合模型,該模型包括產(chǎn)品的缺陷及其產(chǎn)生的原因以及鋼廠專家的知識(shí)。每一個(gè)預(yù)測(cè)的規(guī)則都與一個(gè)確定的因素相對(duì)應(yīng)。然后,構(gòu)成一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并利用取自同一個(gè)工廠的實(shí)際生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)訓(xùn)練它。最后,采用最接近的鄰近值分級(jí)法,將產(chǎn)品分為沒有缺陷的合格品與有缺陷的不合格品。3.5質(zhì)量問題診斷川診斷鑄坯質(zhì)量的專家系統(tǒng)有法國(guó)索拉克公司敦克爾克廠的板坯缺陷產(chǎn)生原因診斷“COCCINELLE”系統(tǒng),加拿大的方坯質(zhì)量問題診斷專家系統(tǒng)以及印度的大方坯質(zhì)量問題診斷專家系統(tǒng)。加拿大的方坯質(zhì)量問題診斷專家系統(tǒng)是基于骨架系統(tǒng)“COCCINELLE”開發(fā)的,涉及到方坯的表面裂紋和內(nèi)部裂紋、脫方以及漏鋼等質(zhì)量問題的診斷川。該專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)有種模式處理無中間裂紋存在的質(zhì)量問題如角裂紋、橫裂紋和凹陷、漏鋼、脫方以及對(duì)角裂紋處理包括中間裂紋和其他類型缺陷的質(zhì)量問題只處理中間裂紋。用熱傳輸模型計(jì)算方坯的凝殼厚度分布及表面溫度分布,以及用模糊邏輯來處理操作者所獲取知識(shí)中不確定的事件是該專家系統(tǒng)的特點(diǎn)。經(jīng)加拿大5個(gè)鋼鐵公司的生產(chǎn)試驗(yàn)表明,該專家系統(tǒng)可成功地診斷出方坯連鑄過程中主要質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因。3.6中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品非直接檢測(cè)的質(zhì)量缺陷用于連鑄連軋生產(chǎn)線的質(zhì)量判定系統(tǒng)在對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量預(yù)測(cè)的同時(shí),也能判定中間產(chǎn)品即板坯的質(zhì)量,其中最具代表性的是德國(guó)西門子公司開發(fā)的在線質(zhì)量信息系統(tǒng)(QualityInformationSystem)。與常規(guī)的質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)一樣,QIS可以監(jiān)視中間產(chǎn)品直接檢測(cè)出的某些質(zhì)量特征,例如:鋼水的化學(xué)成分和鋼帶的尺寸公差,但QIS的另一個(gè)重要的特點(diǎn)是它能推斷和評(píng)估出中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品非直接檢測(cè)的某些質(zhì)量缺陷,這些質(zhì)量缺陷是由工藝技術(shù)定義的。通過對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的分析可以推斷出這些質(zhì)量缺陷,例如內(nèi)部缺陷(夾雜物和縮孔)及表面缺陷(橫向裂紋及縱向裂紋)等。QIS對(duì)質(zhì)量的評(píng)估按以下5個(gè)部分進(jìn)行:化學(xué)成分(C);工藝過程(P);幾何尺寸(D);力學(xué)性能(M)和人工視察(I)。由于過程數(shù)據(jù)(P)比較復(fù)雜,所以將其分為幾何結(jié)構(gòu)(G)、內(nèi)部質(zhì)量(I)、表面質(zhì)量(S),QIS將其稱之為“GIS代碼”。QIS結(jié)合對(duì)上述幾個(gè)單獨(dú)項(xiàng)目的質(zhì)量評(píng)估結(jié)論,并根據(jù)某些評(píng)判規(guī)則,得出對(duì)產(chǎn)品的總體質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果。這些評(píng)估結(jié)果先作為對(duì)中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)的暫時(shí)結(jié)論。質(zhì)量管理人員通過計(jì)算機(jī)屏幕的人機(jī)對(duì)話窗口跟蹤所有的質(zhì)量數(shù)據(jù)并決定機(jī)器的質(zhì)量評(píng)估結(jié)果是否有效,只有在得到認(rèn)可后,QIS才能對(duì)所有的中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果有效化和文件化。根據(jù)過程數(shù)據(jù)判定產(chǎn)品缺陷,屬于推測(cè)性質(zhì),其準(zhǔn)確程度與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選擇有很大關(guān)系,需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累和不斷地調(diào)整參數(shù)。操作員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和觀察對(duì)QIS的質(zhì)量判定進(jìn)行干預(yù)。3.7連鑄品質(zhì)管理模型達(dá)涅利質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)(QUART),該系統(tǒng)通過以下2個(gè)步驟運(yùn)行。①連續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)取樣及質(zhì)量評(píng)估:在澆鑄過程中,所有相關(guān)的工藝變量可連續(xù)從一級(jí)PLC裝置中取樣并送到QUART中心進(jìn)行處理。若需要的話,這些數(shù)據(jù)還可以壓縮形式進(jìn)行保存,供以后離線分析。QUART通過用于給定爐次的所有QUART評(píng)估規(guī)則,并且按照所存儲(chǔ)的所有產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)