一種連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法
2023-10-17 12:39:14 3
專利名稱：一種連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法
技術領域：
本發明屬於冶金自動控制技術領域，特別涉及一種連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法。
背景技術：
連鑄工藝的生產過程為將二次精煉後的鋼水運至迴轉臺，迴轉臺轉動到澆鑄位置後，將鋼水從鋼包注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結晶器中去。中間包是連鑄生產的一個關鍵設備，既是鋼包與結晶器之間的緩衝容器，也是有效的冶金反應器，使用中間包的目的是將鋼水分配到多流連鑄機的每個結晶器，儲存一定量的鋼水，實現多爐鋼水連續澆鑄。結晶器是連鑄機的另外一個關鍵設備，它使鑄件成形並迅速凝固結晶。拉坯矯直機與結晶振動裝置共同作用，將結晶器內的鑄件拉出，經冷卻、電磁攪拌後，切割成一定長度的鑄坯。同傳統的模鑄生產工藝相比，連鑄生產工藝可以對多爐鋼水進行連續澆鑄， 從而大大提高生產效率和鑄坯質量。在連鑄生產中，引錠杆每引錠一次(開澆)稱為一個澆次。由於受到中間包使用壽命、以及鋼級和鑄坯規格的多樣性影響，連鑄機連續生產到一定爐數後會停止而重新開始新的澆次。在開始新的澆次時，需要對連鑄機進行清理，同時需要對關鍵設備-中間包和結晶器進行更換，而這一過程往往需要2-3個小時。因此，從提高連鑄機的生產效率角度而言，希望儘量多爐鋼水在同一個澆次內連續澆鑄，從而減少中間包和結晶器更換次數，提高設備利用率，減少鑄坯切頭切尾損耗，提高鋼水收得率。然而，在連鑄生產中，實現上述目標是一件極為複雜的工藝優化技術問題，需要考慮連鑄生產過程中的多個工藝影響因素。鑄坯的厚度和寬度由結晶器的形狀決定，為了適應生產多種規格鑄坯的需要，結晶器的厚度和寬度可以調節。由於結晶器的厚度由固定側擋板決定，而固定側擋板在澆鑄過程中無法調節，結晶器厚度只能離線(停機)調節。這一工藝限制要求同一澆次內不同爐次的鋼水只能鑄出同一厚度的鑄件。結晶器寬度由活動側擋板決定，活動側擋板既可以離線調節也可以在線多次分小步向內或向外移動來調節。但是，結晶器寬度在線調節過程中，當調寬幅度太大時，容易引發漏鋼的安全隱患。因此，為確保安全生產，連鑄工藝限制結晶器在線調寬幅度不能超過一個安全限定值。這一工藝限制又要求同一澆次內不同爐次的鋼水所鑄出鑄件的預定寬度差值在限定範圍內。此外，結晶器在線調寬時，將鑄出梯形板坯，而梯形板坯切割矯正為合格板坯將導致物料損失。在連鑄生產工藝中，通常允許化學成分(鋼級)相近的鋼水在同一澆次內連續澆鑄而不需停機，這種生產情形稱為異鋼級連澆。當相同鋼級的爐次不足以耗費一個中間包壽命時，則需要更多異鋼級爐次在同澆次內連澆從而提高澆次連澆爐數，充分發揮設備利用率。從這個角度而言，採用異鋼級連澆模式具有積極的意義，包括提高了連鑄生產效率；減少中間包的使用數量，從而降低了中間包耐火材料的消耗；同時減少了烘烤中間包的煤氣消耗，節約了能源。但是，異鋼級爐次連澆時，如果相鄰兩個爐次之間的鋼級化學成分差異較小，則會產生交接坯，交接坯應該判給低質鋼，這樣就出現以優充次所帶來的附加質量成本；如果相鄰兩個爐次之間的鋼級化學成分差異較大，則需實施插鐵板工藝，產生的交接部分必須切除，導致鋼水收得率降低；如果相鄰兩個爐次之間的鋼級化學成分差異非常大，為保證鑄坯質量，就需要停機清理，重置新的澆次。另外，煉鋼車間的連鑄生產系統通常包含多臺連鑄機，如何均衡各鑄機的負荷使得整個生產系統的作業效率達到最佳也是需要考慮的要素之一。很顯然，上述影響連鑄系統的生產效率的各要素都同各爐次鋼水在各連鑄機的澆鑄順序密切相關。因此，在當前生產設備硬體條件下，如何優化設定鋼水在各連鑄機的澆鑄順序是提高連鑄機生產效率的一條有效途徑。目前的技術手段主要是依靠人工經驗，採用手動操作的方式設定鋼水在連鑄機上的澆鑄順序。這種方式屬於一種定性化手段，依賴於主觀意識，缺乏合理性和科學性。因此，通過對連鑄生產工藝過程的深層次分析，採用定量化科學計算的方法來設定爐次在連鑄機上澆鑄順序，對優化連鑄生產工藝具有十分重要的
眉、ο
發明內容
本發明的目的在於提供一種連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法來提高連鑄機作業效率，採用數學模型定量化描述連鑄生產過程，採用智能優化算法決策鋼水澆鑄順序，使得在當前設備條件下連鑄生產系統處於最優的工作狀態，從而保證機組穩定運行，提高產品質量和鋼水收得率，提高設備利用率，縮短生產周期和提高生產效率。本發明所提出的連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法包括以下步驟步驟1 獲取生產過程工藝數據，包含以下數據項，每爐鋼水的爐次號、鋼級、首寬 (第一塊鑄坯寬度)、尾寬(最後一塊鑄坯寬度)、鑄坯厚度、鋼水精煉方式、鋼水重量；從煉鋼連鑄生產車間的二級過程控制系統(U)獲取工藝數據，包括連鑄機數目，連鑄機結晶器厚度範圍，連鑄機結晶器寬度範圍及在線調整規則，中間包壽命和結晶器壽命，鋼級拉速度；步驟2 建立生產過程的工藝特徵和鋼水澆鑄順序聯繫的描述方式，以數學模型描述生產過程工藝特徵與鋼水澆鑄順序的聯繫，具體包括1)將生產數據和工藝數據以及數據間的關聯關係映射為數學模型的參數；2)將連鑄生產過程中鋼水澆鑄順序方案映射為數學模型決策變量；
3)將連鑄生產過程的工藝限制客觀映射為數學模型約束條件；4)將連鑄生產過程中優化的工藝指標映射為數學模型目標函數。步驟3 以基本工藝約束為依據，制定鋼水澆鑄順序的預控制方案；步驟4 優化步驟3制定的鋼水澆鑄順序的預控制方案；以步驟2所建立的數學模型為依據，採用禁忌搜索算法或變鄰域搜索算法對步驟 3制定的鋼水澆鑄順序的控制方案進行改進，優化連鑄生產過程各項工藝指標；優化後的鋼水澆鑄順序的控制方案轉化為生產指令下發給二級過程控制系統，二級過程控制系統執行生產。本發明步驟2所述的將生產數據和工藝數據以及數據間的關聯關係映射為數學模型的參數的過程如下1. 1)對於任意爐次i，按照式(1)計算其澆鑄時間、
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權利要求
1. 一種連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟1 獲取生產過程工藝數據；步驟2 建立生產過程的工藝特徵和鋼水澆鑄順序聯繫的描述方式； 步驟3 以基本工藝約束為依據，制定鋼水澆鑄順序的預控制方案； 步驟4 以描述方式為依據，優化連鑄生產過程各項工藝指標，改進預控制方案，設定鋼水澆鑄順序控制方案；所述步驟1獲取生成過程工藝數據，包括從煉鋼連鑄生產車間的三級製造執行系統 MES獲取以下數據項，每爐鋼水的爐次號、鋼級、首寬、尾寬、鑄坯厚度、鋼水精煉方式、鋼水重量；從煉鋼連鑄生產車間的二級過程控制系統獲取工藝數據，包括連鑄機數目，連鑄機結晶器厚度範圍，連鑄機結晶器寬度範圍及在線調整規則，中間包壽命和結晶器壽命，鋼級拉速度；所述步驟2建立生產過程的工藝特徵和鋼水澆鑄順序聯繫的描述方式，以數學模型描述生產過程工藝特徵與鋼水澆鑄順序的聯繫，具體包括(1)將生產數據和工藝數據以及數據間的關聯關係映射為數學模型的參數，其具體過程如下(1.1)對於任意爐次i，計算其澆鑄時間ti ；! (y0w0h0+vewehe)P 『其中，Qi為爐次i的鋼水重量，V0為奇流澆鑄速度，W0為奇流結晶器寬度，h。為奇流結晶器厚度，\為偶流澆鑄速度，I為偶流結晶器寬度，、為偶流結晶器厚度，P為鋼水密度取 7. 6 噸 /m3 ；(1. 2)對任意兩個需要插鐵板工藝的爐次i和j，計算插鐵板工藝對鋼水澆鑄的影響時間、■ry. =4-0.8/17 + 4(^.-0.4)2/ν+4(ν;-0.4)2/ν ,(2)其中，Vi為爐次i的澆鑄拉速，\為爐次j的澆鑄拉速，7 =化+^)/2，對任意兩個不需要插鐵板工藝的爐次i和j，τ ij = 0 ；(1.3)計算中間包更換過程對鋼水澆鑄的影響時間 ^y. = 6 - 0.8 / ν + 4(vt - 0.4)2 / ν + 4(v; - 0.4)2 / ν ,(3) 其中，Vi為換前舊中間包內最後一爐鋼水i的澆鑄拉速，Vj為換後新中間包內第一爐鋼水j的澆鑄拉速，7 = 0^+^)/2;(1. 4)對在澆次內的首爐i，計算開澆過程對鋼水澆鑄的影響時間ζ i ； ζ i = (2Vi-0. 3-v0) A^(Vi-V0) 2/(2aVi) = 4ν「0· 06/ν「1· 2， (4) 1.5)對在澆次內的尾爐j，計算終澆過程對鋼水澆鑄的影響時間 υ j = l-v0/vj+(Vj-V0) 2/(2aVj) = 4vj+0. 24/νΓ2. 2(5)；1. 6)按式(6)建立任意兩個爐次i和j之間的鋼級連澆映射關係α u ；
2.)將連鑄生產過程中鋼水澆鑄順序方案映射為數學模型決策變量，其具體過程如下、2.1)設定爐次間澆鑄順序的0-1決策變量xub。，當決定爐次i和j都在鑄機c的第b 個澆次內，且爐次j緊接著爐次i之後澆鑄時，Xijbc取1 ；否則xub。取O ；、2. 2)設定澆次的開澆爐次0-1決策變量當決定爐次j為鑄機c的第b個澆次的開澆爐次時，X0jbc取1 ；否則&jb。取O ；、2. 3)設定澆次的終澆爐次0-1決策變量^lb。，當決定爐次j為鑄機c的第b個澆次的終澆爐次時，Xjobc取1 ；否則取O ；、2. 4)設定中間包更換方案的0-1決策變量zilb。，澆鑄完爐次i後決定更換鑄機c上第 b個澆次內的第1中間包，Zilbc取1 ；否則zilb。取O ；、2. 5)設定澆次更換方案0-1決策變量yb。，鑄機c上第b個澆次內所有爐次澆鑄完成後，需要更換澆次，ybc取1 ；否則，鑄機c上第b個澆次為空澆次不需更換，yb。取O ；、2.6)設定附加變量~，。，分別表示爐次j的開澆時間和終澆時間，設定附加變量&。， Ebc,分別表示鑄機c上第b個澆次的開澆時間和終澆時間；(3)將連鑄生產過程的工藝限制客觀映射為數學模型約束條件，其具體過程如下、3.1)建立連鑄生產過程中控制鋼水澆鑄順序約束條件
全文摘要
本發明提供一種連鑄機鋼水澆鑄順序的控制方法，從煉鋼連鑄生產車間的三級製造執行系統獲取生產數據；建立數學模型，描述生產過程的工藝和鋼水澆鑄順序的控制方案；以基本工藝約束為依據，制定鋼水澆鑄順序的預控制方案；優化制定的鋼水澆鑄順序的預控制方案，將其轉化為生產指令下發給二級過程控制系統，二級過程控制系統執行生產。本發明通過數學模型描述連鑄生產過程中的工藝特徵，採用智能優化算法決策鋼水澆鑄順序，使得連鑄生產系統處於最優的工作狀態，從而保證機組穩定運行，均衡生產，提高產品質量和鋼水收得率，提高設備利用率，縮短生產周期和提高生產效率。
文檔編號B22D11/18GK102266927SQ201110218618
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者唐立新, 汪恭書 申請人:東北大學