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1、第 卷 第 期年 月特 殊 钢,两 种 转 炉 炼 钢 终 点 控 制 模 型 的 比 较郑 忠 , 史 战 东 , 高 小 强 , 代 有 训 重 庆 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 , 重 庆 重 庆 大 学 经 济 与 工 商 管 理 学 院 , 重 庆 风摘 要 分 析 了 转 炉 炼 钢 静 态 控 制 与 动 态 控 制 模 型 的 方 法 、 作 用 及 功 能 关 系 。 针 对 中 小 型 炼 钢 转 炉 检 测 设 备受 限 制 的 现 状 , 从 建 模 原 理 、 方 法 特 点 和 应 用 效 果 方 面 对 建 立 的 基 于 遗 传 算 法 一 神 经
2、 网 络 混 合 算 法 一 的 转 炉炼 钢 终 点 优 化 控 制 静 态 模 型 和 转 炉 炼 钢 终 点 预 测 的 准 动 态 控 制 模 型 进 行 了 比 较 , 认 为 混 合 算 法 可 以 提 高 静 态 模 型的 预 测 效 果 , 而 准 动 态 模 型 可 以 反 映 转 炉 冶 炼 的 动 态 操 作 和 加 料 过 程 对 一 次 倒 炉 时 间 和 终 点 的 影 响 。关 键 词 转 炉 炼 钢 终 点 控 制 人 工 神 经 网 络 遗 传 算 法一, ,颐 , ,罗 , , 一, 一 即 一一 一, 盯一 一嗯 一, 一 , ,转 炉 终 点 控 制 模
3、 型 的 作 用 与 发 展终 点 控 制 主 要 是 指 对 终 点 钢 水 碳 含 量 和 温 度 的控 制 川 。 随 着 转 炉 装 备 水 平 的 进 步 , 转 炉 终 点 控 制技 术 也 经 历 了 经 验 控 制 、 静 态 控 制 、 动 态 控 制 和 全 自动 吹 炼 控 制 个 发 展 阶 段 。 对 碳 含 量 而 言 , 控 制 过高 不 利 脱 磷 、 脱 硫 , 控 制 过 低 又 会 显 著 增 加 氧 、 氮 含量 而 温 度 的 合 理 控 制 更 是 后 续 工 序 执 行 的 保 障 。转 炉 吹 炼 控 制 模 型 主 要 有 静 态 控 制 模
4、型 和 动 态控 制 模 型 两 类 。 动 态 控 制 模 型 根 据 检 测 方 式 主 要 有基 于 副 枪 或 基 于 炉 气 分 析 的 不 同 模 型 川 。 相 对 于静 态 控 制 模 型 , 采 用 动 态 控 制 模 型 的 转 炉 终 点 命 中率 有 明 显 提 高 , 如 武 钢 三 炼 钢 采 用 了 副 枪 动 态 控 制系 统 , 通 过 对 转 炉 静 态 模 型 参 数 和 动 态 模 型 参 数 的优 化 调 整 , 转 炉 终 点 命 中 率 控 制 精 度 为 士、 土 由 开 始 的 提 高 到 年的 平 均 马 钢 采 用 烟 气 分 析 动 态
5、炼 钢 技 术 ,转 炉 终 点 命 中 率 由 跃 升 到 毛 。近 年 来 , 一 些 基 于 人 工 智 能 技 术 特 别 是 神 经 网络 或 其 结 合 算 法 的 预 测 控 制 方 法 被 广 泛 应 用 到 转 炉冶 炼 过 程 的 控 制 和 优 化 中 , 。 基 于 人 工 智 能 方 法的 转 炉 终 点 控 制 模 型 已 成 为 终 点 控 制 技 术 发 展 的 一个 重 要 方 向 。基 于 人 工 智 能 技 术 的 转 炉 炼 钢 终 点 控 制 模 型转 炉 炼 钢 终 点 控 制 智 能 模 型 原 理针 对 中 小 转 炉 采 用 副 枪 等 使 检
6、 测 条 件 受 限 问题 , 建 立 了 基 于 一 混 合 算 法 的 转 炉 终 点 预 测 与优 化 控 制 模 型 和 转 炉 终 点 预 测 的 准 动 态 控 制 模型 赶 图 。 在 一 终 点 控 制 模 型 中 构 建 了 一种 用 遗 传 算 法 来 加 速 神 经 网 络 学 习 过 程 、 优 化网 络 结 构 和 参 数 的 混 合 算 法 , 以 提 高 综 合 遗 传 算 法的 全 局 优 化 能 力 和 神 经 网 络 的 快 速 收 敛 能 力 。以 提 高 中 小 型 转 炉 在 检 测 手 段 受 限 情 况 下 的 一次 倒 炉 熔 池 成 分 和 温
7、 度 命 中 率 , 减 少 倒 炉 次 数 、 提 高转 炉 控 制 水 平 为 目 标 建 立 准 动 态 控 制 模 型 , 根 据 炉次 计 划 和 入 炉 的 历 史 数 据 , 以 及 在 冶 炼 过 程 操 作 和加 料 的 实 时 信 息 , 建 立 不 同 时 刻 的 主 原 料 和 辅 料 的加 入 信 息 和 加 入 模 式 、 吹 炼 模 式 、 供 氧 模 式 与 一 次 倒炉 熔 池 成 分 、 温 度 以 及 一 次 倒 炉 时 间 之 间 的 关 系 , 在吹 炼 过 程 中 依 据 冶 炼 初 始 条 件 和 当 前 冶 炼 进 度 , 采用 了 引 人 验
8、证 样 本 的 改 进 算 法 和 一 算 法 ,第 期 郑 忠 等 两 种 转 炉 炼 钢 终 点 控 制 模 型 的 比 较定 时 对 一 次 倒 炉 熔 池 成 分 、 温 度 和 一 次 倒 炉 时 间 做出 适 时 预 测 。模 型 的 应 用基 于 一 算 法 的 模 型 预 测选 用 年 攀 钢 转 炉 “ 低 拉 增 碳 ” 炼 钢 工 艺下 的 生 产 数 据 记 录 , 对 基 于 一 的 终 点 控 制 静 态模 型 进 行 应 用 测 试 , 训 练 误 差 , 作 为 检 验样 本 的 条 冶 炼 记 录 数 据 不 参 与 模 型 训 练 。 为 了比 较 训 练
9、样 本 数 对 预 测 结 果 即 神 经 网 络 泛 化 能力 的 影 响 , 选 择 训 练 样 本 数 为 的 训 练 样 本 集 ,在 、 士 巧 的 情 况 下 , 碳 和 温 度 的 命 中率 分 别 为 和 , 碳 和 温 度 同 时 命 中 率 为 。另 选 用 、 、 叉 、 仪 叉 的 不 同 样 本 数 并 比 较 了单 纯 算 法 在 训 练 过 程 根 据 对 样 本 集 的 输 出 误 差总 效 果 进 行 权 值 调 节 与 一 混 合 算 法 对 样 本 群体 随 机 分 组 , 随 机 选 择 个 体 用 进 行 局 部 寻 优 的碳 和 温 度 同 时 命
10、中 率 预 测 效 果 如 表 。当 练 样 本 数 为 时 , 模 型 具 有 最 高 的 预 测命 中 率 , 其 神 经 网 络 泛 化 能 力 最 强 一 定 范 围 内 , 随表 不 同 学 习 样 本 和 算 法 下 预 测 的 碳 和 温 度 同 时 命 中率一袱 笼样 本 数 算 法 一 混 合 算 法一训 练 样 本 数 增 加 , 神 经 网 络 对 系 统 的 拟 合 程 度 也 逐渐 加 强 , 模 型 预 测 能 力 有 所 增 加 但 当 训 练 样 本 数 增加 到 时 , 碳 和 温 度 同 时 命 中 率 不 但 没 有 增 加 反而 略 有 降 低 , 经
11、分 析 为 由 于 过 多 的 训 练 样 本 有 可 能造 成 了 训 练 神 经 网 络 的 “ 过 拟 合 ” 状 态 , 导 致 了 神 经网 络 的 泛 化 能 力 的 降 低 。 混 合 遗 传 算 法 通 过 对 网 络权 值 的 调 整 , 改 善 了 模 型 的 预 测 效 果 。基 于 准 动 态 模 型 的 预 测针 对 神 经 网 络 容 易 陷 人 局 部 最 优 与 “ 过 拟 合 ”等 问 题 , 采 用 了 引 人 验 证 样 本 的 改 进 神 经 网 络 学 习转转 炉 炼 钢 终 点 控 制 模 型型型 控 制 目 标标冶冶冶 冶 炼 钢 种种种 基 于
12、一 静 态 控 制制炼炼炼 熔 炼 号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号计计计 开 始 时 间间间儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿儿划划划 目 标 出 钢 量量量量 炉炉炉 数数数 样 本 教 据 库库库次次次次次次次次次次次次 据据据据据据据据据据据据信信信信信信信信信信信信信信 预预预 学学 预预预息息息息息息息息息 处处处 习习 测测测理理理理理理理理理理理理理理 样样 样样样炉炉 料 成 分分分分分分分分分分分 本本 本本本炉炉 料 温 度度度度度度度度度度度度度度度度炉炉 料 质 量量量量量量量量量量量 终终终终终终终终终终终 点 成 分、沮沮沮沮
13、 度度石石 灰 石 重 量量量量量量量量萤萤 石 重 盈盈盈盈 下 刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁废废 钢 质 扭扭扭扭 各各各 网 络 训 练练练着着着着着着着着着句句句句句句句句句周周周周周周周周周操操操操操操操操操操操操操操作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作作信信信信 转 炉 准 动 态 控 制制息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息样样样样样样样样样 本 数 据 库库数数数数数数数数数数据据据据据据据据据据据据据据据据据据据据预预预预预预预预预预预预预预预预预预预 学学 预预控控 制 目 标 的的的 时时时 处处处 习习 测测
14、实实 绩 信 息息息 序序序 理理理 样样 样样信信信信信信信信 本本 本本息息息息息息息息息息息息息息息息 一一一一一一一一一一一一一一 次 倒 炉 时 间间钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢 水 成 分 、 温 度度标标标标标标标标标标标 准 化化化化一动动 态态 供 氧 动 态态态 算 法法操操 作作 过 程 料 加 料料料料料料料料料料料料料料料料料信信 息息 一 次 倒 炉炉炉 嚣 黯黯黯黯黯黯黯黯黯黯黯黯黯时时时时时时 间、 二图 两 种 智 能 模 型 的 原 理 及 比 较算 法 , 以 及 引 人 验 证 样 本 的 改 进以 一 混 合 学 习 算 法 。 对神 经 网 络 以
15、及 遗 传 算 法 的 各 种组 合 算 法 的 对 比 数 值 试 验 表明 , 引 人 验 证 样 本 的 学 习 算 法能 有 效 地 改 善 神 经 网 络 模 型 的泛 化 能 力 基 于 一 混 合 学习 算 法 的 人 工 神 经 网 络 预 测 模型 在 预 测 命 中 率 和 学 习 效 率 等方 面 具 有 较 好 的 性 能 。模 型 针 对 攀 钢 禅 转 炉 的为 主 的 系 列 钢 种 冶 炼 的炉 数 据 , 并 将 数 据 分 成 训练 集 、 验 证 集 和 测 试 集 部 分 。每 隔 对 冶 炼 过 程 第分 别 构 建 模 型 , 并 用炉 数 据 进
16、行 离 线 预 测 。 筛 选 出的 过 程 数 据 一 次 倒 炉 时 的 温 度范 围 为 一 , 碳 的范 围 为 一 , 在 预报 精 度 为 一 次 倒 炉 温 度 蕊 巧 、 一 次 倒 炉 碳 含 量 蕊 、一 次 倒 炉 时 间 蕊 的 情 况下 , 模 型 一 次 倒 炉 时 的 熔 池 碳 、温 度 双 命 中 率 和 一 次 倒 炉 时 间特 殊 钢 第 卷一 致 率 平 均 值 达 到 了 和 , 比 人 工 一 次倒 炉 合 格 率 高 出 约 , 同 时 模 型 预 测 的 一 次 倒炉 时 间 与 人 工 一 次 倒 炉 时 间 的 一 致 率 达 到 。模 型 的 比 较 分 析炼 钢 终 点 控 制 模 型 的 预 测 与 控 制 目 标基 于 一 混 合 算 法 的 静 态 转 炉 终 点 优 化控 制 模 型 可 以 较 准 确 预 测 终 点 碳 和 终 点 温 度 , 还 可以 获 得 以 终 点 碳 和 终 点 温 度 作 为
