熱軋帶鋼組織性能在線預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研究應(yīng)用

張金旺　粟勁超　張遠(yuǎn)志

摘要：熱軋帶鋼組織預(yù)報(bào)主要基于生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，運(yùn)用相應(yīng)的冶金模型實(shí)現(xiàn)從板坯到帶鋼成品的組織演變預(yù)報(bào)，本文介紹了柳鋼2032 mm熱軋生產(chǎn)線帶鋼組織性能在線預(yù)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用和優(yōu)化，該系統(tǒng)的應(yīng)用有效降低取樣損耗、改善了職工勞動(dòng)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：熱軋;性能預(yù)報(bào);應(yīng)用

前言

2018年底，柳鋼熱軋2032mm生產(chǎn)線完成全線裝備技術(shù)升級(jí)改造，軋線整體技術(shù)質(zhì)量控制水平得到顯著提升，熱軋廠基于改造后的裝備優(yōu)勢(shì)及技術(shù)深化應(yīng)用成果，于2019年起全面推進(jìn)組織性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用攻關(guān)，經(jīng)過(guò)近2年的持續(xù)優(yōu)化調(diào)試跟蹤，確認(rèn)性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定且預(yù)報(bào)指標(biāo)保持較好的水平，實(shí)現(xiàn)了普碳系列免取生產(chǎn)性能樣，大大降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。

1 模型構(gòu)建

熱軋板帶力學(xué)性能預(yù)測(cè)是指利用熱軋產(chǎn)品化學(xué)成分和相關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)建立能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)板帶最終力學(xué)性能的預(yù)測(cè)模型，熱軋2032mm生產(chǎn)線通過(guò)建立基于“機(jī)理模型+數(shù)據(jù)模型”的混合驅(qū)動(dòng)模型，基于生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，運(yùn)用相應(yīng)的模型實(shí)現(xiàn)從板坯到帶鋼成品的組織演變預(yù)報(bào)。不僅體現(xiàn)了材料科學(xué)的一般規(guī)律，而且彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室理想條件和工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜環(huán)境之間的差異性。

1.1機(jī)理模型

機(jī)理模型主要描述粗軋、精軋、層流冷卻等工序的組織演變過(guò)程，包括動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型、靜態(tài)再結(jié)晶模型、相變熱力學(xué)模型、相變動(dòng)力學(xué)模型等。

技術(shù)人員通過(guò)不斷調(diào)試、優(yōu)化機(jī)理模型，利用物理冶金模型對(duì)帶鋼在各工序的軋制變形過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)軋后產(chǎn)品組織狀態(tài)和力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)獲取的實(shí)際力學(xué)性能結(jié)果，優(yōu)化各物理冶金模型程序及預(yù)測(cè)參數(shù)，確保了各模型程序正常穩(wěn)定運(yùn)行，提高了模型預(yù)測(cè)精度。

1.2數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型主要根據(jù)機(jī)理模型預(yù)測(cè)得到的組織演變結(jié)果和大量力學(xué)性能實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立組織特征參數(shù)和力學(xué)性能參數(shù)之間的關(guān)系，且模型系數(shù)可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。

為提高數(shù)據(jù)模型精度，在模型建立初期，技術(shù)人員進(jìn)行了大數(shù)據(jù)匹配模型調(diào)試，優(yōu)化樣本庫(kù)相似度匹配模型算法，豐富樣本庫(kù)數(shù)據(jù)容量并完善匹配模型關(guān)聯(lián)的軋制過(guò)程變量與控制參數(shù)。同時(shí)通過(guò)構(gòu)建集成學(xué)習(xí)模型，分析集成學(xué)習(xí)模型對(duì)帶鋼力學(xué)性能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率與子模型數(shù)量的關(guān)系，以集成學(xué)習(xí)顯著提升子模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，保證了數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確率及穩(wěn)定性。

2性能預(yù)報(bào)實(shí)際應(yīng)用

系統(tǒng)上線初期，性能預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)完整性和有效性未能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，出現(xiàn)“預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)異常”、“預(yù)報(bào)缺失”、“預(yù)報(bào)延遲”等異常情況的頻率偏高，暴露了性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行不夠穩(wěn)定的問(wèn)題。熱軋廠技術(shù)人員通過(guò)對(duì)原因的查找分析，確認(rèn)出現(xiàn)上述不穩(wěn)定的深層次原因，并進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，同時(shí)組織各方力量從工藝制度匹配性優(yōu)化、過(guò)程工藝規(guī)范化管控、過(guò)程控制系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化、設(shè)備控制精度改造等方面全方位提升軋線溫度控制穩(wěn)定性，為提升性能預(yù)報(bào)精度創(chuàng)造有利條件，有效提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和性能預(yù)報(bào)精度。

2.1預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)異常問(wèn)題優(yōu)化

系統(tǒng)上線初期，偶爾會(huì)有預(yù)報(bào)性能數(shù)據(jù)為“0”的情況。主要是由于性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)有2個(gè)預(yù)報(bào)模型同時(shí)運(yùn)行，軋線二級(jí)系統(tǒng)取預(yù)報(bào)精度高的模型的預(yù)報(bào)值作為預(yù)報(bào)目標(biāo)數(shù)據(jù)，但在特殊情況下會(huì)出現(xiàn)其中一個(gè)模型未計(jì)算出預(yù)報(bào)值的情況，但二級(jí)在處理預(yù)報(bào)原始數(shù)據(jù)的邏輯中未進(jìn)行有效合理的判定，造成上傳的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“0”值的異常數(shù)據(jù)。后期通過(guò)適當(dāng)降低二級(jí)與檢化驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互過(guò)程中的傳輸頻率，由原來(lái)的1s發(fā)送接收一次降低到60s，降低了因數(shù)據(jù)交互過(guò)程中短時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)量過(guò)大引起的數(shù)據(jù)缺失，杜絕了該情況的發(fā)生。

2.2預(yù)報(bào)缺失問(wèn)題優(yōu)化

“預(yù)報(bào)缺失”及性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與檢化驗(yàn)系統(tǒng)的信息交互過(guò)程中出現(xiàn)“遺傳漏取”。經(jīng)分析，主要原因?yàn)檐埦€二級(jí)系統(tǒng)處理模型預(yù)報(bào)值數(shù)據(jù)頻率過(guò)高，導(dǎo)致在與檢化驗(yàn)系統(tǒng)的信息交互過(guò)程中出現(xiàn)“遺傳漏取”等不穩(wěn)定情況。后期通過(guò)優(yōu)化模型在采集軋制過(guò)程數(shù)據(jù)的邏輯算法，提升模型采集過(guò)程數(shù)據(jù)的效率，避免了模型在收集數(shù)據(jù)過(guò)程中的遺漏，減少了無(wú)法正常計(jì)算出預(yù)報(bào)值的情況。

2.3預(yù)報(bào)延遲問(wèn)題優(yōu)化

預(yù)報(bào)延遲主要是因?yàn)槟Ｐ皖A(yù)報(bào)過(guò)程中遍歷的歷史數(shù)據(jù)量過(guò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)算量超限，經(jīng)常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能預(yù)報(bào)出性能數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)人員在無(wú)法及時(shí)獲取性能數(shù)據(jù)的情況下只能安排取生產(chǎn)性能樣。后期通過(guò)對(duì)模型預(yù)報(bào)機(jī)理做適當(dāng)調(diào)整，定期樹(shù)立樣本庫(kù)，優(yōu)化樣本庫(kù)相似度匹配模型算法，減少模型預(yù)報(bào)過(guò)程中遍歷的歷史數(shù)據(jù)量，減小模型計(jì)算出預(yù)報(bào)值的時(shí)間，降低了出現(xiàn)模型無(wú)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.4 預(yù)報(bào)精度偏低問(wèn)題

針對(duì)初期模型預(yù)報(bào)精度不高的問(wèn)題，一方面系統(tǒng)開(kāi)展機(jī)理模型的試驗(yàn)優(yōu)化工作，根據(jù)柳鋼普板的成分和生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，對(duì)其軋制過(guò)程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶、相變過(guò)程等模型進(jìn)行修正改善;另一方面針對(duì)所軋制鋼卷的歷史性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)部分受取樣不規(guī)范、性能異常波動(dòng)、工藝溫度異常等數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除優(yōu)化，同時(shí)加大歷史可用數(shù)據(jù)的采集和對(duì)比，不斷豐富不同鋼號(hào)、不同規(guī)格的數(shù)據(jù)量，確保數(shù)據(jù)模型的自學(xué)習(xí)精度不斷提升。

2.5應(yīng)用效果

組織性能在線預(yù)報(bào)系統(tǒng)上線經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)試后，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定，模型預(yù)報(bào)精度高，目前柳鋼2032 mm熱軋生產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)普碳系列全規(guī)格免取性能樣，全部采用性能預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（假設(shè)預(yù)報(bào)值在實(shí)測(cè)值的±10%以內(nèi)為預(yù)報(bào)準(zhǔn)確），屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別達(dá)到91.06%、98.85%、78.67%;按±20%統(tǒng)計(jì)，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可達(dá)到99.76%、100%、97.94%。

3 結(jié)語(yǔ)

熱軋組織性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)在熱軋板帶廠2032mm生產(chǎn)線正式上線運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，開(kāi)啟了柳鋼在線質(zhì)量預(yù)測(cè)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用項(xiàng)目落地實(shí)施的先河，降低取樣損耗、改善勞動(dòng)環(huán)境的同時(shí)可大幅縮短鋼卷產(chǎn)出到準(zhǔn)發(fā)出廠的時(shí)間，對(duì)公司實(shí)現(xiàn)“快產(chǎn)快銷(xiāo)”具有重大推動(dòng)作用。同時(shí)，通過(guò)組織性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線模擬帶鋼微觀組織結(jié)構(gòu)及性能結(jié)果，定量研究影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵參數(shù)，為新鋼種開(kāi)發(fā)和工藝優(yōu)化提供技術(shù)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)工藝制度快速優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效提高新技術(shù)研發(fā)和工藝優(yōu)化效率。

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