（控制理論與控制工程專業(yè)論文）基于虛擬儀器的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報系統(tǒng)研究.pdf

論文題目： 鼎瓣 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于虛擬儀器的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報系統(tǒng)研究 作者：奎塑 指導(dǎo)教師： 協(xié)助指導(dǎo)教師： 李文濤 論文提交日期：2 0 1 0 年0 6 月1 1 日 學(xué)位授予單位：內(nèi)蒙古科技大學(xué) 單位： 單位： ， 基于虛擬儀器的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報系統(tǒng)研究 r e s e a r c ho fm o u l db r e a k o u tp r e d i c t i o ns y s t e mb a s eo n v i r t u a li n s t r u m e n t 研究生姓名：李揚 指導(dǎo)教師姓名：李文濤 內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院 包頭0 1 4 0 1 0 ，中國 c a n d i d a t e ：l i y a n g s c h o o lo f l n f o r m m i o ne n g i n e e r i n g i n n e rm o n g o l i au n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y b a o t o u0 1 4 0 1 0 ，p r c h 呵a 獨創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得 內(nèi)蒙古科技大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一 同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中做了明確的說明并 表示了謝意。 簽名：害揚日期：沙f ，多， 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解內(nèi)蒙古科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？?以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保 存論文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定) 簽名：生緬 導(dǎo)師簽名： 壟童! 羞 日期： 蘭21 旦：五：! 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 漏鋼是連鑄生產(chǎn)中的災(zāi)難性事故，對鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)安全影響極大，研究漏鋼 事故的形成機理進(jìn)而開發(fā)出能準(zhǔn)確預(yù)報漏鋼事故的關(guān)鍵技術(shù)對避免或減少此類事件 的發(fā)生具有重要意義。 本論文提出了一種基于虛擬儀器技術(shù)的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報系統(tǒng)設(shè)計方案。利用 p x i 1 0 3 1 機箱、嵌入式控制器p x i 8 1 0 6 、m 系列多功能數(shù)據(jù)采集模塊p x i 6 2 2 1 、8 通道1 3 位模擬輸出模塊p x i 6 7 2 2 、s c x i 信號調(diào)理模塊以及工控機組成漏鋼預(yù)報系 統(tǒng)。 論文從研究漏鋼形成機理出發(fā)，尋找能夠有效反映漏鋼事故的連鑄過程變量； 分析了結(jié)晶器摩擦力用作漏鋼判斷的可行性并探討了其在線應(yīng)用方法；對比正常與 漏鋼時結(jié)晶器四壁埋設(shè)熱電偶所測溫度值變化特征，建立了橫向溫度判斷模型；通 過研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及其在故障識別中的應(yīng)用，利用m a t l a b 建立了b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 及動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合橫向溫度判斷結(jié)果確認(rèn)漏鋼現(xiàn)象；最后，鑒于以上理 論基礎(chǔ)，建立了漏鋼預(yù)報系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)測試。系統(tǒng)分上位機和下位機兩個主要部 分，下位機功能在n il a b v i e wr e a l - t i m e 操作系統(tǒng)上實現(xiàn)，涵蓋全部漏鋼現(xiàn)象識別 算法；上位機監(jiān)控系統(tǒng)在w i n d o w s 平臺上，由圖形化編程語言l a b v i e w 和 m a t l a b 開發(fā)，系統(tǒng)可視化界面實現(xiàn)了熱電偶溫度及結(jié)晶器摩擦力曲線等相關(guān)信息 的動態(tài)顯示，能及時給出報警并生成報表。 關(guān)鍵詞：連鑄；結(jié)晶器；熱電偶；虛擬儀器；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t b r e a k o u ti sac a t a s t r o p h i ca c c i d e n t , w h i c hh a v et r e m e n d o u si m p a c tf o rs l a bq u a l i t ya n d p r o d u c t i o ns a f e t y ，s t u d y i n gt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h eb r e a k o u t a c e i d e n ta n d d e v e l o p i n gt h ek e yt e c h n o l o g yt ob r e a k o u tp r e d i c t i o nh a v eg r e a ts i g n i f i c a n c et oa v o i do r r e d u c et h et h i so c c u r r e n c e t h i sp a p e rp r e s e n t sam e t h o do fp r e d i c t i n gb r e a k o u ta c c i d e n tb a s e do l lv i r t u a l i n s t r u m e n t s u s i n gt h ee m b e d d e dc o n t r o l l e rn ip x i - 8 10 6 ，ms e r i e sm u l t i f u n c t i o nd a qn i p x i - 6 2 2 1 ，8 c h , 1 3 - b i ta on ip x i 一6 7 2 2 ，n ip x i 一1 0 3 1c h a s s i sa n dp ce t c t oa c h i e v e b r e a k o u tp r e d i c t i o ns y s t e m t h ep a p e r , s t a r t i n gf r o ms t u d y i n gt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fb r e a k o u t , l o o k i n gf o r t h ec a s t i n gp r o c e s sv a r i a b l e st o e f f e c t i v e l y r e f l e c tb r e a k o u ta c c i d e n t ；a n g l i c i z i n gt h e f e a s i b i l i t yo fm o u l df r i c t i o nu s e dt ob ei d e n t i f i e db r e a k o u ta n dp r o b i n g i t so n - l i n ea p p l i c a t i o n m e t h o d ；c o n t r a s t i n gt e m p e r a t u r ev a r i a t i o nw h i c hh a v eb e e nm e a s u r e db yt h e r m o c o u p l ei n m o u l dw a l l so nn o r m a la n da b n o r m a ls t a t e ，c r e a t i n gt h et e m p e r a t u r ei d e n t i f i c a t i o nm o d e l b a s e do n xa x i s ；b ys t u d y i n gt h en e u r a ln e t w o r kt h e o r ya n di t sa p p l i c a t i o ni nr e s p e c to ft h e a p p l i c a t i o no ff a u l ti d e n t i f i c a t i o n , c r e a t i n gb pn e u r a ln e t w o r ka n dd y n a m i cf u z z yn e u r a l n e t w o r k , s i m u l t a n e o u s l y , u s i n gi t sa n dc o m b i n i n g t h et e m p e r a t u r ej u d g i n gm o d e lb a s e do nx a x i st oc 0 幽t h eb r e a k o u tp h e n o m e n o n ；f i i l a l l y w ec o n s t r u c t e dt h eb r e a k o u tp r e d i c t i o n s y s t e m t h es y s t e mi n c l u d e st w om a i np a r t so f t h es u b - h o s tc o m p u t e ra n dt h en e x tc r e w t h e l o w e rm a c h i n e f u n c t i o nh a sb e e na c h i e v e do nl a b v i e wr e a l - t i m eo p e r a t i n g s y s t e m , i n c l u d i n ga l lo f t h eb r e a k o u td i s t i n g u i s ha r i t h m e t i c ；h o s tc o m p u t e rs y s t e ma saw h o l ei nt h e w i n d o w sp l a t f o r mw a sd e v e l o p e db yt h em a t l a ba n dg r a p h i c a lp r o g r a m m i n gl a n g u a g e l a b v i e w s y s t e mi n t e r f a c ec o u l dd y n a m i cs h o w st h et h e r m o c o u p l et e m p e r a t u r e ，m o l d f r i c t i o n , t i m e l yw a m i n g , c a s t i n gr e l a t e dp a r a m e t e r sa n dg e n e r a t er e p o r t s k e yw o r d s ：c a s t i n g ；m o u l d ；v i r t u a li n s t r u m e n t s ；n e u r a ln e t w o r k ；t h e r m o c o u p l e 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 摘要i a b s t r a c t i i 弓i言l 1 緒論2 1 1 課題背景及研究意義2 1 2 連鑄工藝簡介2 1 3 常見的鑄坯質(zhì)量缺陷及彎月面對鑄坯質(zhì)量的影響3 1 4 國內(nèi)外漏鋼事故檢測方式及發(fā)展趨勢7 1 5 本論文主要內(nèi)容8 2 液壓振動下漏鋼現(xiàn)象在線檢測方法9 2 1 結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng)簡介9 2 2 結(jié)晶器摩擦力用于漏鋼判斷的可行性9 2 3 熱電偶溫度預(yù)報方法1o 2 4 用于識別漏鋼現(xiàn)象的連鑄過程變量選取1 l 2 5 漏鋼現(xiàn)象在線識別方法1 2 2 6 本章小節(jié)1 3 3 結(jié)晶器摩擦力在線檢測方法1 4 3 1 結(jié)晶器摩擦力數(shù)學(xué)模型的建立1 4 3 1 1 結(jié)晶器運動受力分析1 4 3 1 2 液壓缸消耗功率1 5 3 1 3 液壓缸消耗的功率和結(jié)晶器摩擦力之間的關(guān)系1 5 3 2 結(jié)晶器摩擦力異常數(shù)據(jù)分析1 7 3 2 1 工藝條件變動對結(jié)晶器摩擦力的影響1 7 3 2 2 異常情況對結(jié)晶器摩擦力的影響18 3 3 結(jié)晶器摩擦力異常特征提取方法2 0 3 3 1 突變和連續(xù)尖脈沖信號的提取方法2 l 3 3 2 斜坡信號提取方法2 l 3 3 3 工藝條件變動對結(jié)晶器摩擦力判斷漏鋼現(xiàn)象的影響2 2 3 4 結(jié)晶器摩擦力異常特征提取方法驗證2 3 3 5 本章小結(jié)。2 5 4 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)報模型2 6 4 1 預(yù)報模型的組成。2 6 4 2b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在漏鋼預(yù)報中的應(yīng)用2 8 4 2 1b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介2 8 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 2 2 單偶溫度模式識別3 0 4 2 3 熱電偶組判斷模型3 6 4 3 動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在漏鋼預(yù)報中的應(yīng)用3 9 4 3 1 動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介3 9 4 3 2 網(wǎng)絡(luò)模型的建立4 0 4 3 3 網(wǎng)絡(luò)測試4 4 4 3 4 討論4 5 4 4 本章小結(jié)4 6 5 基于虛擬儀器技術(shù)的漏鋼預(yù)報系統(tǒng)開發(fā)4 7 5 1 虛擬儀器技術(shù)簡介4 7 5 1 1 虛擬儀器技術(shù)的組成4 7 5 1 2 圖形化編程語言l a b v i e w 4 8 5 2 漏鋼預(yù)報系統(tǒng)開發(fā)4 8 5 2 1 硬件平臺搭建4 8 5 2 2l a b v i e w 開發(fā)環(huán)境和m a t l a b 軟件通信51 5 2 3 系統(tǒng)功能5 2 5 2 4 系統(tǒng)界面。5 2 5 3 漏鋼預(yù)報系統(tǒng)仿真實例5 4 5 4 本章小結(jié)5 7 結(jié)論5 8 參考文獻(xiàn)6 0 附錄a 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法程序代碼6 3 附錄b 結(jié)晶器摩擦力數(shù)據(jù)( 部分) 7 1 在學(xué)研究成果7 3 致謝7 4 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 引言 在連鑄生產(chǎn)中，最典型、破壞最大的便是澆注過程中的漏鋼事故。目前，國內(nèi)外許 多煉鋼廠都為連鑄機建立了相應(yīng)的漏鋼預(yù)報系統(tǒng)，其預(yù)報準(zhǔn)確率多少存在不同的差異， 這些系統(tǒng)每天接受大量關(guān)于連鑄生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，日積月累，使得漏鋼預(yù)報數(shù)據(jù)庫 中保存了大量的歷史數(shù)據(jù)，其中蘊含著連鑄漏鋼的潛在規(guī)律。但由于數(shù)據(jù)量大且時間序 列特征變化多種多樣，如何充分利用好這些數(shù)據(jù)，是企業(yè)迫切需要解決的問題。 l a b v i e w 是美國n i 公司推出的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境，與其他軟件平臺相比，最大 優(yōu)勢在于測控系統(tǒng)的開發(fā)，因為其不僅提供了幾乎所有經(jīng)典的信號處理函數(shù)和大量現(xiàn)代 的高級信號分析工具，而且可以和多種主流的工業(yè)現(xiàn)場總線通訊以及與大多數(shù)通用標(biāo)準(zhǔn) 的儀器和實時數(shù)據(jù)庫鏈接。過去的3 0 年里，n i 通過虛擬儀器技術(shù)為測試測量和自動化領(lǐng) 域帶來了一場革新，虛擬儀器技術(shù)把現(xiàn)成即用的商業(yè)技術(shù)與創(chuàng)新的軟硬件平臺相集成， 從而為嵌入式設(shè)計、工業(yè)控制以及測試和測量提供了一種獨特的解決方案。8 5 的財富 5 0 0 強制造型企業(yè)已經(jīng)選擇了虛擬儀器技術(shù)，n i 提供的1 0 0 0 多款軟硬件產(chǎn)品應(yīng)用遍布電 子、機械、通信、生物醫(yī)藥、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。從日本的h o n d a 汽車測試、 澳洲的心臟起搏器設(shè)計驗證到英國電信電話線路性能測試，全世界數(shù)以萬計的工程師和 科學(xué)家們都在使用虛擬儀器技術(shù)來達(dá)到他們共同的目的更高的性價比和更快的開發(fā) 周期。 鑒于虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)越性，本文提出了一種基于虛擬儀器技術(shù)的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報 系統(tǒng)設(shè)計方案。利用嵌入式控制器p x i 8 1 0 6 、m 系列多功能數(shù)據(jù)采集模塊p x i - 6 2 2 1 ( 若干塊) 、8 通道1 3 位模擬輸出模塊p x i 6 7 2 2 、p x i 1 0 3 1 機箱以及s c x i 信號調(diào)理模 塊等虛擬儀器設(shè)備和工控機構(gòu)建了漏鋼預(yù)報系統(tǒng)。從研究漏鋼形成機理出發(fā)，尋找能夠 有效反映漏鋼事故的連鑄過程變量；分析了液壓振動下結(jié)晶器摩擦力數(shù)學(xué)模型建立過程 及其在正常與漏鋼時的表現(xiàn)形式；設(shè)計并實現(xiàn)了結(jié)晶器摩擦力在線應(yīng)用方法；研究了結(jié) 晶器四壁埋設(shè)熱電偶所測溫度值變化特征，通過研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及其在故障識別方面 的有關(guān)應(yīng)用，利用m a t l a b 完成了b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的創(chuàng)建并將 其用于識別漏鋼現(xiàn)象，從而實現(xiàn)了漏鋼預(yù)報系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)分上位機和下位機兩個主 要部分，下位機功能在n il a b v i e wr e a l - t i m e 操作系統(tǒng)上實現(xiàn)，包含全部漏鋼識別算 法；上位機監(jiān)控系統(tǒng)在w i n d o w s 平臺上，由圖形化編程語言l a b v 匝w 和m a t l a b 開 發(fā)，系統(tǒng)可視化界面實現(xiàn)了熱電偶溫度及結(jié)晶器摩擦力等相關(guān)信息的動態(tài)顯示，能及時 給出報警并生成報表。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 1 1 課題背景及研究意義 液態(tài)金屬連續(xù)鑄錠的概念早在1 9 世紀(jì)中期就已經(jīng)提出【i 】。1 8 4 0 年美國塞斯勒 ( s e l l e r s ) 獲得連鑄鉛管專利。1 8 8 6 - - 1 8 8 9 年提出垂直澆鑄的立式連鑄機的設(shè)計。1 9 2 1 年皮爾遜提出結(jié)晶器振動的概念，使鑄坯與結(jié)晶器之間做連續(xù)相對振動 2 1 。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，連鑄生產(chǎn)技術(shù)已發(fā)展成為一項重要的鋼鐵冶金技術(shù)，其不但能 夠簡化工藝流程、還提高了金屬收得率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時也降低了能耗和生產(chǎn)成本，因 而得到迅猛發(fā)展，目前已成為鋼鐵工業(yè)的重要組成部分。連鑄機按照機型分為立式、立 彎式、垂直多點彎曲式、弧形以及水平型等，其中弧形連鑄機占多數(shù)。 隨著自動化技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在連鑄生產(chǎn)中的應(yīng)用，加之電磁攪 拌、鑄坯輕壓下等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得連鑄開始向多爐連澆、熱送熱軋的方向發(fā)展， 同時，圍繞改善鑄坯質(zhì)量、提高拉速和澆鑄率以及自動控制等方面進(jìn)行了很多研究，取 得了可觀的進(jìn)展。隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，添加高經(jīng)濟(jì)效益這項最直接指標(biāo)成為人們 最關(guān)注的焦點【3 j 。高效連鑄以其提高金屬收得率、降低能耗、優(yōu)化鑄坯質(zhì)量、改善勞動 條件以及易于實現(xiàn)自動化技術(shù)等優(yōu)點引起世界各國鋼鐵行業(yè)的高度重視。 在連鑄生產(chǎn)中，最典型、破壞最大的便是澆注過程中的漏鋼事故。據(jù)報道，一次漏 鋼事故的損失高達(dá)幾百萬人民幣【4 】。漏鋼現(xiàn)象的產(chǎn)生是由多種工藝因素偏離穩(wěn)定狀態(tài)并 相互作用的結(jié)果，形成機理較為復(fù)雜。為防止此類事故頻繁發(fā)生，人們已經(jīng)做了大量的 實驗研究工作，并有針對性的在設(shè)備和工藝上采取相應(yīng)措施，但漏鋼事故仍時有發(fā)生， 這說明需要對漏鋼事故做深層次的分析研究，并迫切需要開發(fā)高效率的漏鋼預(yù)報系統(tǒng)。 國外研制漏鋼預(yù)報系統(tǒng)起步較早，已達(dá)到較高的預(yù)報水平，近年來陸續(xù)可見一些大 型鋼鐵公司成功運用這類系統(tǒng)使漏鋼發(fā)生率大大下降。我國此類系統(tǒng)的研制和開發(fā)工作 起步相對較晚，與國外先進(jìn)水平存在較大差距。國內(nèi)一些鋼鐵公司從國外引進(jìn)漏鋼預(yù)報 系統(tǒng)投入運營，但隨著生產(chǎn)工藝的變化及鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，這些預(yù)報系統(tǒng)很快已不能滿 足生產(chǎn)需求，誤報較多，漏報也時有發(fā)生，因此開發(fā)出適合我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的漏 鋼預(yù)報系統(tǒng)將有非常重要的意義。 1 2 連鑄工藝簡介 連鑄機主要由鋼包運輸裝置、鋼包( l a d l e ) 、中間包( t l m d j s h ) 、結(jié)晶器( m o u l d ) 、二 次冷卻裝置( s e c o n d a r yc o o l i n gz o n e ) 、拉坯矯直裝置( f l a t t e n i n gm a c h i n e ) ，切割裝置 ( c u t t i n gm a c h i n e ) 等部分組成，如圖1 1 所示。將煉出的合格鋼水裝入鋼包，經(jīng)運輸裝置 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 運送到澆注位置，然后，通過中間包注入無底水冷銅模一結(jié)晶器內(nèi)。在注入鋼水前， 必須先為結(jié)晶器裝上所謂的“活底 ，它同時也起引出鑄坯的作用，這個“活底 被稱 作引錠桿。注入結(jié)晶器的鋼水在冷卻水的作用下凝固成形，并與結(jié)晶器底部的引錠桿頭 部凝結(jié)在一起。而引錠桿的尾部則夾持在拉坯矯直機的拉輥中，當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位升 到要求的高度后，啟動拉坯機，以一定的速度把引錠桿( 牽著鑄坯) 從結(jié)晶器中拉出。 為了防止鑄坯被拉斷以及減少結(jié)晶器中的摩擦阻力，在澆鑄的同時，既要對結(jié)晶器內(nèi)壁 進(jìn)行潤滑又要它做上下往復(fù)運動。當(dāng)初步凝固的鑄坯( 表面凝固而內(nèi)部仍為鋼液) 被拉 出結(jié)晶器后，為使其更快的散熱凝固，需進(jìn)行噴水冷卻，此過程稱為二次冷卻，通過二 冷裝置的鑄坯已完全凝固。這樣，鋼坯不斷被拉出，鋼水從結(jié)晶器上面不斷注入便形成 了連續(xù)鑄鋼，當(dāng)鑄坯通過拉坯矯直機( 立式和水平式連鑄機不需要矯直) 后，脫去引錠 桿。完全凝固的鑄坯由切割設(shè)備以定尺切割，再經(jīng)運輸軌道進(jìn)入后續(xù)工序舊。 圖1 1 板坯連鑄機 1 3 常見的鑄坯質(zhì)量缺陷及彎月面對鑄坯質(zhì)量的影響 實際生產(chǎn)中，由于操作、設(shè)備和工藝條件等原因，生產(chǎn)出的鑄坯常伴有質(zhì)量缺陷問 題，嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量。本部分將粘結(jié)現(xiàn)象一同歸結(jié)到鑄坯質(zhì)量缺陷中進(jìn)行探討。 菱變是坯殼扭曲的結(jié)果，常出現(xiàn)在距彎月面1 0 0 1 5 0 m m 處，這是由于處于與結(jié)晶 器銅板未接觸的鈍角區(qū)中的坯殼比在已接觸的銳角區(qū)中以更低的速度凝固而引發(fā)的。在 這種情況下，坯殼出結(jié)晶器前都會保持這種形變狀態(tài)，因此在其他條件相同的情況下， 結(jié)晶器越長，鑄坯菱變越嚴(yán)重。進(jìn)入二冷區(qū)的前幾分鐘，菱變程度會顯著增強，當(dāng)坯殼 厚度沿橫斷面均勻之后，菱變擴(kuò)大的趨勢被終止。在結(jié)晶器下安裝足輥是防止菱變發(fā)展 的有效方法。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 橫斷面形狀畸變是在澆注過程中由于某一棱角區(qū)與成形坯殼接觸中斷致使結(jié)晶器內(nèi) 散熱中斷引發(fā)的。其成因可能是：潤滑不均勻或結(jié)晶器工作空間的不適當(dāng)而導(dǎo)致坯殼和 結(jié)晶器的接觸中斷。 鑄坯界面凹度( 凸度) 是由于鑄坯的不正確二次冷卻或不恰當(dāng)?shù)闹蜗到y(tǒng)造成的。 彎曲( 新月形彎曲) 是指在鑄坯定尺切割后冷卻失調(diào)或矯直機矯正不當(dāng)?shù)惹闆r下發(fā) 生的變形。 結(jié)晶器在使用過程中，由于長時間受熱應(yīng)力和外力的作用，促使寬面足輥彎曲變 形，坯殼出結(jié)晶器后，得不到寬面足輥的支撐作用，這時的坯殼受鋼水重力的作用而變 形，若坯殼的強度不能承受鋼水的重力作用，將會在坯殼的最薄弱處破裂，形成裂紋， 嚴(yán)重時造成漏鋼事故。 在結(jié)晶器使用前的調(diào)整過程中，未將側(cè)面銅板和窄面足輥調(diào)整到一個垂直面上，使 得鑄坯出結(jié)晶器后得不到有效支撐，或足輥對坯殼嚴(yán)重擠壓，導(dǎo)致坯殼受力不均衡而產(chǎn) 生變形或裂紋，當(dāng)缺陷部位承受不住鋼水靜壓力作用時，便產(chǎn)生漏鋼事故。 由于侵入式水口形狀設(shè)計問題，在鋼水流出側(cè)孔后，結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流場分布不均 勻，導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動，使得部分保護(hù)渣來不及熔化而被卷入初生坯殼內(nèi)，形成夾 渣，此種情況會引發(fā)初生坯殼凝固速度減慢、所受結(jié)晶器摩擦力增大，坯殼強度較弱等 問題，由于凝固收縮力和熱應(yīng)力的作用，在坯殼強度最弱處出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時造成角裂 漏鋼。 結(jié)晶器側(cè)面倒錐度或冷卻強度過小會引起鑄坯嚴(yán)重鼓肚變形。鋼水在結(jié)晶器凝固成 坯殼后呈蠕動前進(jìn)，若此時結(jié)晶器倒錐度合適，則坯殼緊貼銅板，熱阻小，熱量能及時 傳導(dǎo)，坯殼厚度逐漸增加，這樣，坯殼出結(jié)晶器后就不會出現(xiàn)凹陷；反之，邊部坯殼厚 度相對較薄，出結(jié)晶器后不能抵擋鋼水靜壓力作用，坯殼會在薄弱處裂開而形成裂紋， 嚴(yán)重時引起邊裂漏鋼。該事故較為常見。若結(jié)晶器側(cè)面倒錐度過大，雖能避免鑄坯邊裂 和鼓肚，但坯殼在結(jié)晶器內(nèi)運動時所受摩擦力增大，易引起角部橫向裂紋1 7 j 。 連鑄生產(chǎn)中，由于鋼液表面?zhèn)鳠岬牟环€(wěn)定、結(jié)晶器液位波動及其他若干原因的相互 作用，使彎月面處的初生坯殼會在結(jié)晶器銅板上形成粘結(jié)點，如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽?理，隨著鑄坯不斷被拉出結(jié)晶器，粘結(jié)點會不斷被撕裂，從而形成裂口并且隨鑄坯一同 向結(jié)晶器底部移動。鑄坯出結(jié)晶器時，鋼液從裂口處流出，這種現(xiàn)象被稱為粘結(jié)性漏鋼 ( s t i c k i n g - t y p eb r e a k o u t ) ，是連鑄過程中最嚴(yán)重的生產(chǎn)事故也是鑄坯質(zhì)量中的最壞形 式，其不僅極大的影響正常生產(chǎn)，還會造成人員傷亡和設(shè)備損壞。具體形成過程如圖 1 2 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 2 粘結(jié)性漏鋼形成機理 通過對實際出現(xiàn)漏鋼現(xiàn)象的板坯的觀測，見圖1 3 ，可以發(fā)現(xiàn)以下幾點特征：在破 裂點處，坯殼厚度向彎月面處遞增，與正常坯殼恰好相反；裂痕呈v 字形并且從粘結(jié) 點處呈扇形展開；裂痕與水平方向的夾角在2 0 - - 4 5 。之間。 。 圖1 3 出現(xiàn)粘結(jié)性漏鋼的板坯 鑄坯的表面質(zhì)量與鑄坯初始凝固時的狀態(tài)密切相關(guān)，而鋼液注入結(jié)晶器時，彎月面 的性能又對坯殼初始凝固狀態(tài)有決定性的影響。因此澆注時彎月面的性能，對于減少漏 鋼事故有重要意義。有關(guān)彎月面的研究尚處在理論階段，許多問題仍未研究透徹。有些 人利用水模實驗，以及電腦成像技術(shù)，在實驗室里對結(jié)晶器內(nèi)鋼水彎月面形狀的變化及 其與鑄坯質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了研究，并利用實驗結(jié)果對彎月面行為進(jìn)行了數(shù)值模擬 8 1 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 有關(guān)研究表明p 】，連鑄質(zhì)量缺陷絕大部分起源于結(jié)晶器內(nèi)的動力學(xué)和熱力學(xué)過 程，鑄坯表面質(zhì)量的好壞與結(jié)晶器內(nèi)鋼液的傳質(zhì)、傳熱以及保護(hù)渣的潤滑效果密切相 關(guān)。各類漏鋼事故的形成多少都帶有粘結(jié)性漏鋼的特征。有文獻(xiàn)將短邊鼓肚，熔融保護(hù) 渣卷入及坯殼縱向裂紋都?xì)w結(jié)為粘結(jié)性漏鋼【1 2 1 。連鑄生產(chǎn)過程中，鋼液與保護(hù)渣及結(jié)晶 器銅板相接觸，形成一個半徑很小的弧面區(qū)域( 稱為彎月面) ，在鋼液表面張力的作用 下，彎月面具有彈性薄膜的性能，能抵抗剪切力，同時在結(jié)晶器往復(fù)振動過程中傳遞鋼 液內(nèi)部熱量，形成具有一定厚度的坯殼。此邊界具有重要作用：由于其具有表面張力和 彈性勢能，可以防止保護(hù)渣與鋼液直接接觸，避免卷渣和夾渣：彎月面將上浮的夾雜物 傳遞給保護(hù)渣吸收，避免鋼液表面性能的惡化。 所以，從某種程度上說，彎月面是坯殼初始凝固的起點，其性能直接決定了鑄坯質(zhì) 量的好壞，尤其是彎月面的彈性勢能。在敞開式澆注中，彎月面的彈性勢能主要取決于 其表面張力。 通常情況下，彎月面的形狀比較復(fù)雜，目前，對其進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，使用較多的是 b i k e r m a n 方程【1 3 】，但在進(jìn)行計算時，可將彎月面看作弧形，即僅由彎月面半徑的大小 來描述其形狀，如圖1 4 所示。 結(jié)晶器 渣臏 坯殼 圖1 4 鋼液形成的彎月面 簡化后的彎月面半徑計算公式為： ，= 5 4 3 x 1 0 5 ( c r 。p 肼) 刈2 粉渣層 一_ 一熔融層 一液渣層 _ 一銅液 ( 式1 1 ) 式中：o m 為鋼液表面張力，單位是n h ，p 。為鋼水密度，單位是k g m 2 。 般來說，鋼液的表面張力與彎月面性能密切相關(guān)，鋼液的表面張力越大，彎月面 的半徑越大。彎月面面積越大，彈性就越好。彎月面的彈性薄膜彈性越強，對初生坯殼 的形成和表面質(zhì)量越有利【1 4 】i 。 、粘結(jié)漏鋼。其 只要按設(shè)計條件 細(xì)心操作，均可杜絕。而粘結(jié)性漏鋼的起因較為復(fù)雜，且往往反映在熱傳遞上，所以目 前發(fā)展的若干種漏鋼預(yù)報系統(tǒng)多側(cè)重于這個方面。以下介紹幾種檢測方式及其工作原理 翻 1 熱交換分析法 結(jié)晶器的熱傳遞直接影響著鑄坯的表面質(zhì)量，熱傳遞不均勻則導(dǎo)致鑄坯坯殼厚度不 均勻，極易產(chǎn)生拉漏。檢測結(jié)晶器熱傳遞的方法是測量結(jié)晶器冷卻水的出水溫度和進(jìn)水 溫度，以其溫度差作為漏鋼判斷依據(jù)。這種方法的缺點是對拉速，鋼水溫度及結(jié)晶器液 位考慮不足，因此常常產(chǎn)生誤導(dǎo)，目前應(yīng)用較少。 2 利用熱電偶測溫進(jìn)行漏鋼預(yù)報 隨著計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷完善，使得利用熱電偶測溫法實現(xiàn)漏鋼預(yù)報成為可 能。其工作原理是在結(jié)晶器銅板上的一點或多點安裝熱電偶，將熱電偶測量的溫度值傳 遞到計算機處理系統(tǒng)分析后，若出現(xiàn)異常則發(fā)出報警信號。熱電偶監(jiān)測法的優(yōu)點是可以 實時測量，實時報警，以便操作者采取有效措施。 3 監(jiān)測摩擦力進(jìn)行漏鋼預(yù)報 結(jié)晶器壁與鑄坯之間由于相對運動而產(chǎn)生摩擦力，其大小受諸多工藝參數(shù)的影響， 如：保護(hù)渣性能、鋼種、拉速、結(jié)晶器振頻等。摩擦力較大時勢必造成鑄坯與結(jié)晶器間 有較強的附著力而使它們產(chǎn)生粘結(jié)性焊合，嚴(yán)重時則會導(dǎo)致漏鋼。為了防止由于摩擦力 而引起的漏鋼事故，就需要對其進(jìn)行監(jiān)測。目前常用的方法是在結(jié)晶器上安裝加速計和 測力計或在振動裝置上安裝變形測定器來檢測摩擦力。雖然近年來計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù) 得到廣泛應(yīng)用，增大了利用摩擦力預(yù)報漏鋼的可靠性，但誤報率仍然較高，有時可作為 漏鋼預(yù)報的輔助方法。 以上介紹了幾種國內(nèi)外現(xiàn)有的漏鋼預(yù)報方法，其中研究和應(yīng)用最多的就是熱電偶測 溫法。對熱電偶信號的分析方法主要有邏輯判斷和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)兩種，前者只能針對具體 設(shè)備和工藝進(jìn)行漏鋼數(shù)據(jù)分析，從中獲得漏鋼預(yù)報邏輯條件，預(yù)報準(zhǔn)確率不高。后者特 別適于處理諸多因素起作用但尚無確定性結(jié)論的系統(tǒng)，是近年來漏鋼預(yù)報系統(tǒng)的發(fā)展趨 勢。目前，基于b p 網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)漏鋼預(yù)報系統(tǒng)已進(jìn)入實用階段，但由于b p 網(wǎng)絡(luò)存 在識別動態(tài)模式的局限性，因而進(jìn)一步研究利用雪崩網(wǎng)絡(luò)和遞歸網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 進(jìn)行預(yù)報漏鋼是國內(nèi)外學(xué)者最新的研究方向。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 5 本論文主要內(nèi)容 本文利用虛擬儀器軟硬件平臺構(gòu)建了漏鋼預(yù)報系統(tǒng)，主要研究工作包括以下幾個部 分： ( 1 ) 研究鑄坯質(zhì)量缺陷及漏鋼形成機理；對比結(jié)晶器摩擦力及熱電偶測溫法在漏鋼 預(yù)報應(yīng)用中的優(yōu)缺點，探討較好的漏鋼現(xiàn)象識別方法，同時，尋找能夠有效反映漏鋼事 故的連鑄過程變量。由于漏鋼事故中多以粘結(jié)性漏鋼為主，所以主要針對粘結(jié)性漏鋼預(yù) 報方法進(jìn)行研究。 ( 2 ) 建立結(jié)晶器摩擦力數(shù)學(xué)模型并設(shè)計在線應(yīng)用方法。介紹了結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng) 中應(yīng)用功率法計算結(jié)晶器摩擦力原理；分析了結(jié)晶器摩擦力正常和異常時在時域上的表 現(xiàn)形式，并針對不同的表現(xiàn)形式設(shè)計了對應(yīng)的異常特征提取方法。 ( 3 ) 研究了b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在漏鋼現(xiàn)象判斷中的應(yīng)用。包括神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識、單偶溫度模式識別網(wǎng)絡(luò)、b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模、 訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)性能的改進(jìn)以及漏鋼現(xiàn)象確認(rèn)模型的組成及實現(xiàn)。 ( 4 ) 利用嵌入式控制器n ip x i 8 1 0 6 、2 塊m 系列多功能數(shù)據(jù)采集模塊p x i 6 2 2 1 、8 通道1 3 位模擬輸出模塊p x i 一6 7 2 2 、p x i 1 0 31 機箱以及s c x i 信號調(diào)理模塊等虛擬儀器 設(shè)備和工控機構(gòu)建并實現(xiàn)漏鋼預(yù)報系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了具體實現(xiàn)過程，包括硬件平臺的搭 建、虛擬儀器軟件平臺l a b v i e w 與m a t l a b 軟件的通信、監(jiān)控系統(tǒng)功能、在線識別 漏鋼現(xiàn)象流程、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。 圍繞這幾個部分，論文從第二章至第四章做了詳細(xì)的闡述。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 液壓振動下漏鋼現(xiàn)象在線檢測方法 2 1 結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng)簡介 結(jié)晶器液壓振動系統(tǒng)通常由閥控系統(tǒng)、液壓供油系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)和計算機控制 系統(tǒng)等部分組成。液壓振動系統(tǒng)的動力裝置為液壓動力站，它作為動力源向液壓缸提供 穩(wěn)定壓力和流量的油液。液壓動力站的信號由主站室內(nèi)的計算機通過p l c 來控制。液 壓振動系統(tǒng)的核心控制裝置是振動伺服閥。振動伺服閥靈敏度極高，如果液壓動力站提 供的油液有波動，伺服閥動作就會失真，導(dǎo)致振動不平穩(wěn)及波形失真。為此，要在系統(tǒng) 中設(shè)置蓄能器以吸收各種沖擊和波動，保證整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。 正弦和非正弦振動曲線由振動伺服閥控制，其控制信號來自曲線生成器。主控室計 算機通過p l c 控制曲線生成器設(shè)定振動曲線類型( 同時也設(shè)定振幅和頻率) ，同時采 集液壓缸壓力信號和位置反饋信號來修正振幅和頻率，此后，將修正好的振動曲線轉(zhuǎn)換 成電信號用以控制振動伺服閥，再由伺服閥控制液壓缸按設(shè)定好的曲線振動。這種在線 任意調(diào)整振動波形是機械振動系統(tǒng)所實現(xiàn)不了的。 與機械振動相比，液壓振動系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：振動力由兩點傳入結(jié)晶器鞍座， 傳力均勻、振動平穩(wěn)、不失真且振動導(dǎo)向準(zhǔn)確度高；結(jié)構(gòu)緊湊簡單，傳遞環(huán)節(jié)少，與結(jié) 晶器對中調(diào)整方便；采用高抗干擾能力和高可靠性的p l c 控制，可長期保證穩(wěn)定的振 動曲線；在線設(shè)定振幅和頻率等參數(shù)，用以適應(yīng)連鑄機澆注的鋼種；改善鑄坯與結(jié)晶器 銅板的接觸狀態(tài)，提高了鑄坯表面質(zhì)量的同時，也減少了粘結(jié)性漏鋼的發(fā)生。 液壓振動裝置最先應(yīng)用在板坯連鑄機上，隨后又開發(fā)了用于方坯連鑄機上的液壓振 動系統(tǒng)。液壓振動系統(tǒng)在近十年才開始應(yīng)用于連鑄生產(chǎn)中，而且對液壓振動系統(tǒng)下結(jié)晶 器摩擦力在線檢測方面的研究起步較晚，是一項較為復(fù)雜的、涵蓋多學(xué)科的工程理論與 應(yīng)用研究。因此，液壓振動下結(jié)晶器摩擦力在線檢測技術(shù)已成為一個新的研究課題。目 前，國外除奧鋼聯(lián)在宣傳其“結(jié)晶器專家系統(tǒng)”( m o l de ，e r t ) 時曾就該技術(shù)做過 簡要介紹外，未見實質(zhì)性和更多的報道。因此，開展液壓振動下結(jié)晶器摩擦力在線檢測 及其應(yīng)用研究，開發(fā)出與液壓振動技術(shù)相適應(yīng)的結(jié)晶器摩擦力檢測實用新技術(shù)，將在穩(wěn) 定和優(yōu)化連鑄工藝，新品種開發(fā)，保護(hù)渣潤滑效果評價等方面有重要作用。同時對實現(xiàn) 鑄坯質(zhì)量在線診斷和提高連鑄過程自動控制水平有重要意義。 2 2 結(jié)晶器摩擦力用于漏鋼判斷的可行性 結(jié)晶器摩擦力是連續(xù)向下運動的鑄坯與不斷振動的結(jié)晶器之間由于相對運動而產(chǎn)生 的摩擦力。它反映了坯殼與結(jié)晶器間的力學(xué)作用。在線檢測此數(shù)據(jù)，可以量化保護(hù)渣性 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 能并反映操作狀況等信息，還與鑄坯質(zhì)量、裂紋和漏鋼有密切聯(lián)系【l 列，對優(yōu)化和開發(fā) 新連鑄工藝有重要作用。 近年來隨著信號分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過監(jiān)測結(jié)晶器摩擦力來實現(xiàn)漏鋼預(yù) 報的技術(shù)已成功應(yīng)用于連鑄生產(chǎn)。粘結(jié)漏鋼與結(jié)晶器和鑄坯之間的潤滑不良密切相關(guān)， 而檢測結(jié)晶器摩擦力幾乎是鑄坯潤滑狀態(tài)最直接最有效的測量手段。結(jié)晶器摩擦力是一 個敏感的物理量，能有效反應(yīng)大部分漏鋼事故，還可表征鑄坯質(zhì)量缺附例。已有研究證 明剛，結(jié)晶器摩擦力對異常情況，如水口斷裂、漏鋼、液位波動、拉速、在線調(diào)寬和中 間包噸位變動等有明顯反映，而且在大多數(shù)漏鋼現(xiàn)象出現(xiàn)前的幾分鐘內(nèi)，已呈現(xiàn)出明顯 的異常波動，因此，結(jié)晶器摩擦力可以成為一個用于漏鋼預(yù)報的變量。 連鑄監(jiān)控目標(biāo)應(yīng)該是確保穩(wěn)定澆鑄和表面質(zhì)量的最優(yōu)控制，將結(jié)晶器摩擦力融入漏 鋼預(yù)報系統(tǒng)中可更好地實現(xiàn)這一目標(biāo)。另一方面，從對鑄坯質(zhì)量的反映上來看，結(jié)晶器 摩擦力對鑄坯表面缺陷有高響應(yīng)，并在評價和優(yōu)選保護(hù)渣、鑄坯質(zhì)量預(yù)測、結(jié)晶器錐度 設(shè)計、澆注工藝優(yōu)化、結(jié)晶器振動方式以及參數(shù)優(yōu)化方面顯示出應(yīng)用潛力【1 9 】。 2 3 熱電偶溫度預(yù)報方法 目前大多數(shù)漏鋼預(yù)報系統(tǒng)都是利用埋設(shè)在結(jié)晶器壁上的熱電偶所測溫度值進(jìn)行漏鋼 判斷的。當(dāng)出現(xiàn)漏鋼現(xiàn)象或表面質(zhì)量缺陷時，坯殼與結(jié)晶器壁間的傳熱變化，相應(yīng)范圍 內(nèi)的熱電偶檢測點所測溫度也會有所變化，這就是利用熱電偶檢測漏鋼現(xiàn)象的基本原 理。除了熱電偶所測溫度值外，系統(tǒng)還結(jié)合鑄造速度、結(jié)晶器冷卻水進(jìn)出水溫差以及結(jié) 晶器液面波動狀況等參數(shù)共同判斷，若數(shù)據(jù)處理得當(dāng)，預(yù)報準(zhǔn)確率較高。但是，熱電偶 測溫法也有其先天性的不足。首先，從熱電偶測溫法的基本原理來看，其只對粘結(jié)性漏 鋼敏感；其次，由于溫度存在滯后性，不能在粘結(jié)現(xiàn)象形成初期給出相應(yīng)的報警，這尤 其表現(xiàn)在高拉速的情況下；第三，若結(jié)晶器液位過低，漏鋼處超出結(jié)晶器最下排熱電偶 反應(yīng)敏感區(qū)，此時溫度報警系統(tǒng)完全失效；第四，其很難用于鑄坯的質(zhì)量預(yù)報和控制。 而這些缺點恰恰可以通過檢測結(jié)晶器摩擦力進(jìn)行彌補?；跍囟缺O(jiān)測的預(yù)報方法不能有 效解決所有問題，同時，還存在著漏報和誤報，連鑄漏鋼預(yù)報方法還有待于進(jìn)一步地深 入研究。 通過對現(xiàn)場工藝資料和報警數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，漏鋼發(fā)生的影響因素有很多，如鑄造 速度、結(jié)晶器液位、結(jié)晶器冷卻水管道水垢厚度、保護(hù)渣性能等。拉速的提高導(dǎo)致鑄坯 散熱量減小。液位波動導(dǎo)致保護(hù)渣流入不均或出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，造成鋼液與銅板粘結(jié)，最 終出現(xiàn)漏鋼。結(jié)晶器冷卻水管道中的水垢會導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)熱傳導(dǎo)率下降，其厚度對銅板 表面溫度有相當(dāng)大的影響。所以熱電偶的溫度變化模式只可當(dāng)作漏鋼判斷的一個條件， 而不能當(dāng)作絕對依據(jù)。將結(jié)晶器摩擦力、熱電偶溫度和其他重要工藝參數(shù)相結(jié)合建立更 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 為準(zhǔn)確的判據(jù)，有可能進(jìn)一步提高漏鋼預(yù)報的準(zhǔn)確性。因此，開發(fā)一種高效、準(zhǔn)確、適 應(yīng)現(xiàn)場惡劣條件的預(yù)報系統(tǒng)具有重要的理論和實際意義。 2 4 用于識別漏鋼現(xiàn)象的連鑄過程變量選取 選擇合適的連鑄過程變量對于漏鋼預(yù)報是一個至關(guān)重要的階段，在大多數(shù)仿真研究 中極易忽視這一過程。實際連鑄生產(chǎn)線上，結(jié)晶器周圍大量的過程變量( 包括連續(xù)的和 離散的) 以一定的采樣率被測量，如表2 1 所示。縱觀國內(nèi)外大型鋼鐵廠( 如 d o f a s c o 、p o s c o 、寶鋼等) 所應(yīng)用的漏鋼預(yù)報系統(tǒng)，不是所有的過程變量都對漏鋼預(yù) 報有價值，甚至在某些情況下，一些過程變量會降低漏鋼預(yù)報系統(tǒng)的性能。對于過程變 量的選取，有一些較成熟的工業(yè)指導(dǎo)方針【2 0 l ： ( 1 ) 要選取與漏鋼現(xiàn)象至關(guān)重要的變量。 ( 2 ) 要選取連鑄過程中揭示動態(tài)轉(zhuǎn)變的變量。 ( 3 ) 不要選取丟失數(shù)據(jù)多于2 0 或者差異很小的變量。 ( 4 ) 一些過程變量可能涵蓋非常有價值的連鑄過程信息，然而，它們不能被直接測 量，但這些變量可通過工程學(xué)或者推理計算而來，應(yīng)當(dāng)選取這些變量。 應(yīng)用這些工業(yè)指導(dǎo)方針并結(jié)合現(xiàn)有漏鋼預(yù)報系統(tǒng)參數(shù)選取原則，本設(shè)計選取以下過 程變量用于漏鋼現(xiàn)象識別，它們是：拉坯速度；結(jié)晶器四壁埋設(shè)熱電偶所測溫度值；結(jié) 晶器振動位移；液壓缸出油口壓力；冷卻水進(jìn)出口溫度；大包噸位；中間包液位高度： 結(jié)晶器液位變化量；結(jié)晶器摩擦力等。其中，結(jié)晶器摩擦力是根據(jù)液壓缸壓力及結(jié)晶器 振動位移間接計算而來的。 表2 1 連鑄機部分設(shè)備過程變量概要 設(shè)備名稱過程變量 大鋼包 中間包 結(jié)晶器 噸位 中問包重量 包內(nèi)鋼液溫度 澆注溫度 四擘熱電偶溫度 結(jié)晶器液位 結(jié)晶器振動位移 結(jié)晶器摩擦力 凝固坯殼厚度 結(jié)晶器壁形變狀況 保護(hù)渣熔化狀況 冷卻水流量及進(jìn)出口溫度 拉坯速度 內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 5 漏鋼現(xiàn)象在線識別方法 鑒于本章2 、3 、4 節(jié)所述，本著盡可能準(zhǔn)確識別漏鋼現(xiàn)象的原則，利用結(jié)晶器摩擦 力、熱電偶溫度及現(xiàn)場工藝條件共同完成漏鋼現(xiàn)象的識別。 由于拉速及結(jié)晶器液位變化量等工藝參數(shù)存在一定的模糊性，有時很難確切表達(dá)出 來，而且，某個操作量的具體表述形式也不是非高即低，很可能處于某個中間狀態(tài)，具 有所謂的低與高之間的一個或幾個“真度”。因此，設(shè)計中采用模糊理論對這些存在模 糊性的過程變量進(jìn)行處理。另一方面，經(jīng)驗知識中包含的一些數(shù)量，位置等關(guān)系概念是 模糊性的，例如，“液面波動大，則漏鋼的可能性大 ，這里的液面波動程度和漏鋼可 能性大小之間沒有明確的關(guān)系，而是模糊的。這就有必要運用模糊數(shù)學(xué)等方法來描述各 知識源中概念的模糊性和不確定性 2 1 。邏輯判斷方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在這方面就顯得力不從 心了，而模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)正好彌補了這一不足之處，所以，設(shè)計引入動態(tài)模糊神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)動態(tài)創(chuàng)建模糊知識。 熱電偶測溫法在漏鋼識別中有其不可忽視的作用，相鄰熱電偶溫度變化模式直接反 映了坯殼是否處于粘結(jié)一撕裂一擴(kuò)展的變化模式中，是粘結(jié)現(xiàn)象最直接的反映量。因此， 設(shè)計中采用b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對單個熱電偶溫度變化模式進(jìn)行識別，同時，構(gòu)建了組