浅谈数学模型技术在冶金行业中的应用

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浅谈数 学模型技术在冶金行 业 中的应用
菜钢集 团 自动化部 张弘驶
【 摘要】随着经济市场快速发展的全球化 ，科学技术在人们的 日常生活 中显示 出越来越重要的地位。许 多新技术和新工 艺进入 了工程化、产品化阶段 ，而数学理论 与方法 的不断扩充 ，是的数学模 型技术 已经成为一种能够普遍实施的技术。近几年来数学模型技术控制理论的应用范 围越来越广泛 ，而在冶金行业 中用 以解决复杂 系统 的控制 问 题也越来越受到冶金工作者的重视。
【 关键词 】数学模型技术 ；控制 系统 ；冶金
一
、
前 言

随着经济市场快 速发展的全球化 以及 自动 化信 息 技术 的 日益 发 展 ，科 学技 术 是 第 一 生 产 力 日益 明 显 ， 这 对 自动 控 制 技 术提 出更高的要求和挑战 。而数 学模 型 （ Ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍ ｏ ｄ ｅ １ ） 是近些年发展起来 的新学科 ，是数 学理 论与实际 问题相结合 的一 门科学 。本 文则讲述 数学模型技术在 冶金行业中的运用 ，数学模 型的建立是整 个控 制系统的核心部分 。所用 数学模型能 够根据 自身 的经历不 断得 到优化 ，所用控 制算法能够使得 实测 温度 很好的跟随设定 温 度，从而使带钢长 卷的温度能够限制在 有 要求的控制精度 决定的 目标温度 的领域
内。
二 、数字模型控制系统原理 不 同型号带钢 的数字模 型具体参数 并 不相 同，但 是其 设计思路是一致 的，因此 本 文 选 取 典 型 的 莱钢 １ ５ ０ ０ 来 进 行 带 钢 温 控 数 字模 型 的设 计 原 理 。 １ ． 数 学 模 型 预设 根 据 层 流 冷 却 控 制所 需 的边 界 条件 （ 终 轧温度 、厚度 、速度、卷取温度） 的设定值 信息 ，运用 预设定的模型 ，对各 因素进 行 预先计算从 而达到消除整个控冷系 统动 作 滞 后 影 响 的 目的 。 ２ ． 建立动态修正模型 为 了消除 由板 带进入层流冷 却区时的 实 际温 度、厚度 、速度 的实时变化导致的 板 带 自身边界条件与其 设定值 的偏差对卷 取温度 的影 响，在 带钢出末机架获得实测 边 界条件后 ，每隔固定时间 （ 带钢走过两个 集 管之 间间距所需的时间） 对预设定模 型进 行一次修正 ，相 当于沿带钢长度方 向分段 控 制 …。 ３ ． 建 立 自学 习模 型 通 过 采 取 对 带 钢 头 部 进 行 自学 习 的方 法 ，并根据 各种 型号钢坯的过程而不断完 善 自学 习过 程 ， 使 系 统 具 有 智 能 性 ，实 现 控制系统稳 定性 的进一步优化 。即每次轧 带 钢 前 ， 首 先 从 自学 习 库 中调 出对 应 于 此 带钢钢坯 的历史 自学习值 ，作为 预设定参 数 的一 部分，在带钢头部到达卷 取测 温仪 后 ，并 且反 馈控制没有投入 前，根据 获得 的 实测 数 据 ， 产 生 新 的 对 应 于此 带钢 钢 坯 的 短 期 自学 习 值 ， 并进 行可 行 性 分 析 ，之 后 将 其 应 运 于 此钢 坯 的 轧 制 。 在 轧 制 结
束 后 ，将 此 次 的短 期 学 习值 和 系 统 数 据 库 西 南 不 锈 钢 １ ４ ５ ０ 热 轧 、柳 钢 １ ４ ５ ０ 热 轧 、 重 里的历史学 习值进行综 合分析，并消除遗 钢 １ ７ ８ ０ 热轧等生产线推广应用。 传效应 ，从而实现修 正对应 此厚度的带钢 上述这 些数学模 型都是国 内技术 人员 的长 期 自学 习值 的 目的 。 在 消 化 、吸 收 引 进 数 学 模 型 的基 础 上 ， 又 三 、数学模 型技术在冶金行 业中的应 进行集成创 新、开发创新 以及优化 调整过 用的现状 程 以后 ， 形 成 了软 件 产 品 ， 已 经在 中 国 冶 １ ． 冶金工业各个工序 的过程控制都使 金 行 业 中推 广应 用 的 数 学模 型 。 用 了数 学模 型 四、政策措施 建议 通过调查 分析可 以看 出，中国冶金工 尽 管数学模型技术在 我国冶金行 业中 业流程 中，采矿与选矿 、焦 化、烧结 、炼 的运 用 已经 相 当 娴 熟 ，但 是 在 一些 方 面 上 铁 、炼钢 、铸 坯 （ 连铸） 、轧钢 、热处理 、 还 是存 在 某 些 问题 。我 们 更应 该 制 定 重 视 涂镀处理等各 个生产工序 中，基本都有数 引进数学模型的二次开发政 策。对 引进技 学模型的应用 。 术要 进行 有 效 的管 理 ，尽 量减 少 重 复弓 ｌ ２ ． 中 国冶金工业中 目前使用 的比较好 进 ，使 引进技术充分发挥作用 。 的数学模 型 同时建立冶 金行业协 同合作 的长效工 根据 中国钢铁 工业 协会有关课题 组收 作机制 ，重视和进一 步加 强国产化工作 的 集 到的资料，这里列 出了一些 国内 目前使 组织协调 。加强跨企 业协调推进的长效工 用的比较好的数学模型 。 作机制 ，重视和进 一步加强国产化工作 的 （ １ ） 宝钢 、武钢 的焦炉加热控制模型， 组织协调 。在 国内生产企业、大学和科研 节能提高２ ％ 以上 ，达到了国际先进 水平 。 院 所等 单位 之 间建 立 分工 协 作 的工 作模 （ ２ ） 首钢矿业公司的矿 山生产综合管理 式 。 控制数学模型 ，在 国内矿 山行业处于领先 最 后还要为培养 复合 型高级人才创造 地位 。应 用 于 首 钢 水 厂 铁 矿 的 露 天矿 卡 车 环境和条件 。在 国家有关部 门的组织 下， 优化调度模型 ，调度和控制４ ６ 台生产用矿 以大学和科研 院所 为培养基地 ，为企业培 车、１ １ 台１ ０ 立 电铲 ，该 项 目取得 了显著的 养计算机水平优 秀、冶金工艺熟悉 、设备 经 济 效益 。 管理水平突出的复合 型高级人才。 （ ３ ） 宝钢 的高炉智能专家系统，实现 了 五 、结 束语 高炉性能优化、过程条件稳定化 的目标。 目前在冶金行业 ，钢 铁企业面 临的外 （ ４ ） 首钢 的新型高炉专家系统，提供切 部竞争环境发生着翻 天覆地的变化 实 有 效 的 高炉 炉况 分 析 及 操 作 指 导 建 议 ， 在 能 耗 方 面 ，钢 铁 工 业 耗 能 量 占我 国 帮助操作 者综合治理高炉 。系统稳 定运 行 总 能耗 的１ １ ％ 左 右 ，对 比世 界 先进 水平 ，吨 率 达￣ ， Ｊ ９ ９ ． ５ ％ 以上 ，炉 况预报准 确率达 到 钢 能耗就 高 出１ ０ ％ ；在 客户服 务方面 ，客 ８ ５ ％ 以上 。 户对钢材的品种 、规格等 需求越来越 多样 （ ５ ） 宝 钢 、冶金 自动化 研究 院的炉 外 化，对产 品的质量和交 货期 要求也越来越 精炼 智能数学模型，包含应用于Ｌ Ｆ 炉 、Ｖ Ｄ 苛刻。 炉 、Ｒ Ｈ 炉 、Ｅ Ａ Ｆ 炉 的模 型 ，使钢 水质 量 得 到 我 国领 先的钢铁企业 已经将 数学模 型 了提 高。 技术信息化列为提 高企 业核心竞争力 的措 （ ６ ） 宝钢 的连 铸 控 制 模 型 ，取 得 了 比较 施 之 一 ，冶 金 行 业 中基 础 自动 化 是 生 产 过 好 的实 际 生产 控 制 成 绩 。 程 中 最 基 础 的部 分 ， 生 产 工 艺 越 复 杂 ，基 （ ７ ） 鞍钢 的热 连 轧 数 学 模 型 ，成 功 地 应 础 自动化 的程度 也就越 高，生产过程控制 用于鞍钢１ ７ ０ ０ 热轧 、２ １ ５ ０ 热轧和营 口鲅鱼 自动化技术方面 也取得显著提高 。而 生产 圈１ ５ ８ ０ 热轧以及济钢１ ７ ０ ０ 热轧。 过程控制 自动 化过程离不开数学技术 的运 （ ８ ） 高效轧制国家工程研究中心的热连 用 ，这 是 提 高 产 品 质 量 、保 证 生 产 过 程 优