一种低倍分析模型的设计与应用

张锡久 蒋毅 怀善春 王功胜

山东莱钢永锋钢铁有限公司 山东德州 251100

1 应用场景

该模块分为低倍质量数据展示与分析两大模块，其中低倍质量数据展示可查看每根进行低倍取样的铸坯生产中所对应的53 个过程变量，及铸坯的十项低倍质量评级；低倍分析模块为铸坯生产过程中拉速所对应的二冷水水流量可视化分析，该模块可从结果出发，追溯铸坯生产过程参数，对连铸中二冷水配水曲线的优化起指导作用[1]。

2 算法介绍

根据前期诊断发现，目前3 号机主要较高的低倍评级是中间裂纹和中心裂纹，主要优化的方向是通过优化配水表来改进整个二冷区的冷却能力。主要算法包括依据铸坯火切时间及瞬时拉速计算铸坯在二冷区每一区域起点和末端的确切时间点，以此时间点连接生产过程中的相应参数：水流量、水压、拉速、过热度等的数学方法，和二冷水水流量与拉速的一元二次拟合方程。然后跟原有配水曲线进行对比，发现改进方向的同时，进一步量化改进程度，指导工程师对配水曲线进行优化[2]。

3 呈现方式

系统界面上分为两部分：

低倍数据展示界面：将每一块低倍样的结果，已经相关的生产过程，通过火切时间，对应的拉速和炉号串联起来后直观呈现，在能够迅速发现低倍问题的同时，迅速对过程进行判断，寻找低倍出现问题的原因。

配水优化界面：通过在各个区拉速和流量作为X 轴和Y 轴，低倍结果作为散点后，通过对低倍结果优良的情况进行流量和拉速拟合，推导出配水曲线的改进方向。

图1 配水优化主界面

4 算法框架

（1）通过火切时间和炉号，积累每个低倍样的过程数据。

（2）回归拟合：对低倍各项评级（包括中心疏松、中心偏析、缩孔、角部裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心裂纹、皮下气泡、非金属夹杂、异金属夹杂等评级）小于等于1 的铸坯——即低倍评级较为优秀的钢坯在生产时的平均拉速和水流量进行拟合，得到优化配水曲线。

（3）确定方案并持续优化：对比目前实际的配水曲线，结合经验分析，确定配水调整方案，并根据结果持续优化过程。

（4）配水曲线拟合。软件可以通过在线计算，回归得出拉速-水流量的一元二次函数关系：

其中，Qi 代表铸坯v2 代表理论水流量，v 代表拉速，Ai、Bi、C 为常数。

此处，我们在界面显示当前理论配水曲线（以红色虚线表示）、根据前述算法所推导出的实际低倍取样铸坯的拉速所对应的水流量曲线（以蓝色实线表示）及根据低倍评级0-1 的较为优良的实际低倍取样铸坯的拉速所对应的水流量曲线（以绿色虚线表示）。对比即可得出当前理论配水曲线与实际低倍配水曲线及较为优良的配水曲线在拉速一定时的区别，基于此，可以考虑适度将理论配水的设置向较为优良的配水曲线方向调整，并在实际生产中检验效果；通过 “调整——对比验证——再调整” 的闭环迭代，来实现二冷水配水的优化。

注意[3]：在该模块针对十项低倍评级（中心疏松、中心偏析、缩孔、角部裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心裂纹、皮下气泡、非金属夹杂、异金属夹杂）均可进行相应的0-1 优良评级的拉速-水流量的线性拟合；而单一地仅针对一项评级调整理论配水值，有可能导致其他评级相应下滑。因此在调整二冷水理论配水量时，需综合考量各项低倍评级。