冶金自动化

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田伟健, 赵贤聪, 白皓

冶金自动化. 2023, 47(4): 1-16.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-7059.2023.04.001

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副产煤气、蒸汽和电力是钢铁生产流程重要的二次能源。随着“双碳冶政策的推进,钢铁工业对以煤气、蒸汽和电力为主的多介质能源系统进行精细化管理的需求日益突出,以达到控制生产成本和节能减排的目的。然而,由于各能源介质产生和消耗的复杂性和分散性,建立一个全面、合理的调度模型至关重要。另外,近年来,光伏、风电等可再生能源技术的发展为钢铁工业能源低碳转型提供了新途径。首先,简介了多介质能源系统,涉及煤气柜和锅炉等缓冲设备;其次,通过对能源调度模型的分类,分析了各种调度模型的研究特点,并梳理了研究成果;最后,分析了钢铁工业引入可再生能源后的能源系统特点,引入钢铁工业多能源微电网的概念,为后续研究提供了思路,以促进钢铁工业节能低碳发展。

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钢铁企业综合能源系统智能调度设计与实践

郝飞, 陈冠宇, 王强, 燕飞, 张延冬, 张鲁

冶金自动化. 2023, 47(4): 17-25.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 002

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在钢铁企业中,精细化的能源管理和智能化调度运行是实现能源高效利用的重要技术手段。在对钢铁企业综合能源系统详细分析的基础上,融合其他行业的先进技术,完成了综合能源系统调度运行智能化实施路径的设计。以冶金流程网络理论为基础,进行综合能源系统的网络化建模,提出了一种基于序列化案例断面的混合推理方法,包括案例断面的定义、管理、搜索和混合推理引擎的设计,构建了一种实用化的智能化驱动引擎。最后,根据某钢铁企业综合能源系统调度运行的实际需求,设计开发了智能调度支持决策系统,在实际应用中取得了较好的经济效益,为钢铁企业的智慧能源发展提供了有益的实践。

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唐钢新区炼钢-连铸过程天车调度规则研究应用

潘俊, 徐安军, 冯凯, 魏绿坤

冶金自动化. 2023, 47(4): 26-34.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 003

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随着钢铁流程智能制造的持续推进,作为炼钢 - 连铸“界面技术冶的主要组成部分,天车智能调度成为炼钢生产流程优化的最主要着力点之一。为了研究多跨且实际适用现场生产的天车调度规则、提高天车调度效率、优化生产流程,针对唐钢新区炼钢 - 连铸过程天车调度问题,提出了规则优化的解决方法,通过实际生产过程的作业分析和规律总结,构建了炼钢 - 连铸过程多跨天车调度规则,通过生产过程跟踪,验证了规则的合理性,开发了天车调度管理系统。系统采用分层次的 B/ S 架构,具有任务自动生成、任务管理、动态执行情况监控、异常报警管理、KPI 指标分析和运行轨迹图等功能。以现场调度规则优化为核心的天车调度管理系统,奠定了唐钢新区炼钢 - 连铸过程稳定输送钢水、降低工序间等待时间和助力生产一体化管控的基础。

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不锈钢炼钢计划排程问题的数学模型及遗传算法

董翠连, 廖德诚

冶金自动化. 2023, 47(4): 35-42.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 004

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炼钢计划编制是钢铁企业生产运作管理的核心任务之一,合理的炼钢计划有利于炼钢生产平稳有序进行,同时优化调控各订单的生产节奏。以国内某不锈钢生产线为背景,考虑修磨机组的生产能力以及保温罩、保温炉等会影响产品组合的配套设施,通过建立数学模型,设计遗传算法( genetic algorithm,GA)实现炼钢计划的排程优化,解决了不锈钢产线炼钢计划排程中由修磨瓶颈导致的高温/ 低温装炉钢种交替生产、产品规格由宽到窄变化、长浇浇次和短浇浇次交替生产等复杂约束下的排程问题。试验结果表明,本文方法实现了以修磨机组为瓶颈设备控制生产节奏的智能炼钢作业计划编制,确保铸机、保温罩、修磨、保温炉与下游热轧工序协同顺畅,有效提升了炼钢计划的编制效率,每次计划编制时间由 2 h 缩短到 1 min,计划编制自动化率达到 95% ,系统自动编制的炼钢计划满足了现场使用要求

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烧结机台车侧板裂缝检测与安全预警算法实现

姜子欧, 王月明, 陈甜甜, 杨虎生

冶金自动化. 2023, 47(4): 43-50.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 005

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烧结机台车侧板在生产过程中容易产生裂缝,不仅会造成烧结矿掉落,而且使侧板稳定性变差,极易引发安全生产事故。针对烧结机台车侧板安全检测问题,设计台车侧板裂缝检测方案,实时获取侧板图像数据,对比 U鄄Net、金字塔场景解析网络( pyramid scene parsing network,PSPNet) 、DeepLab V3+ 三种不同的语义分割网络,试验结果表明,U鄄Net 网络性能较优,对目标特征提取较好,故采用 U鄄Net 对侧板边界及裂缝进行检测。在此基础上,根据裂缝类型、长度及数量设定侧板裂缝安全预警判断规则,构建台车侧板裂缝安全预警检测算法,通过试验验证算法总误检率为 0. 91% 。结果表明,该算法为烧结机台车侧板裂缝安全预警提供技术方案,能降低生产事故,对烧结生产安全具有重要意义。

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融合半监督学习的小样本条件下热轧带钢力学性能预测

刘卓然, 郑又宁, 陈泓霖, 张鹤翔, 吴思炜

冶金自动化. 2023, 47(4): 51-61.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 006

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基于工业数据的热轧带钢力学性能预测技术可以有效减少热轧过程中带钢性能检测取样频率、缩短交货周期、降低生产成本,然而针对小样本下的数据驱动建模始终是一个建模难题。本文聚焦小样本条件下的热轧带钢力学性能建模问题,基于工业生产过程中产生的数据,采用安全弱监督学习( safe weakly supervised learning,SAFEW)算法为未标记数据添加伪标签,实现训练数据的扩展,采用随机森林算法建立热轧带钢成分、工艺、性能之间对应关系,并通过贝叶斯优化的方法确定随机森林超参数,实现小样本条件下热轧带钢力学性能预测。针对工业应用,本文在此基础上开发了热轧带钢力学性能预测软件,结果显示,融合半监督学习的随机森林算法较普通随机森林算法在小样本热轧带钢力学性能预测方面表现更为优异。经统计,屈服强度和抗拉强度预测值和实测值绝对误差在±30 MPa 以内的命中率较普通随机森林模型分别提高了 6. 08% 和 2. 60% ,伸长率预测值和实测值绝对误差在±3% 以内的命中率较随机森林模型提高了 4. 78% 。

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基于梯度提升算法的轧后冷却区内带钢运行速度预测

丁鹿西, 龚殿尧, 田宝钱, 郝秋宇, 徐建忠, 王秋娜

冶金自动化. 2023, 47(4): 62-69.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 007

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卷取温度是影响成品带钢组织性能的重要指标之一,在影响卷取温度控制精度的诸多因素中,带钢运行速度尤为重要。针对生产过程中轧后冷却区内带钢运行速度因受到终轧温度控制模型的影响变得难以预测的问题,结合大量现场生产数据,采用基于数据驱动的梯度提升决策树算法( gradient boosting decision tree, GBDT)预测带钢样本点在精轧出口的速度,并与随机森林模型( random forest,RF) 和支持向量机回归模型 ( support vector regression,SVR)进行对比分析。模型对比结果表明,GBDT 模型的平均绝对误差 E_MA (mean absolute error,MAE)最小,为 0. 071 79,预测精度和泛化性能均好于对比模型,实现了轧后冷却区内带钢运行速度的高精度预测,为前馈控制提供了有效的参考数据,对卷取温度的高精度控制具有重要意义。

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基于细分 PI 控制的热连轧卷取机自动踏步控制仿真和优化

吴楠, 李静, 申屠南凯, 张勇军

冶金自动化. 2023, 47(4): 70-78.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 008

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卷取是带钢热连轧产线的关键步骤。因为自动踏步控制( auto jump control,AJC)具有可以使助卷辊避让卷取过程中钢卷层差的功能,所以其成为卷取机控制理论的研究热点。为了解决 AJC 动态响应不理想而产生的带钢头部质量问题,基于某厂 1 450 mm 产线设计方案,使用 AMEsim 软件搭建仿真平台,构建了准确的助卷辊运动模型。在控制策略上,利用设定值余量延长压力控制时间,细分设置 PI 参数并根据需求对参数进行整定,该策略已于某厂 1 450 mm 产线控制平台实现成功应用,解决了位置控制动作滞后而无法跟踪设定值的问题,AJC 效果及节约响应指标均得到较大改善且累计位置误差减小 90% 。

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轧机中压变频系统 IGCT 门极驱动关键技术研究

曾宏, 陈彦, 王跃, 陈芳林, 卢圣文, 潘学军

冶金自动化. 2023, 47(4): 79-85.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 009

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冶金轧机中压变频系统采用集成门极换流晶闸管( integrated gate-commutated thyristor,IGCT)作为功率转换的开关器件,门极驱动(门驱)直接决定门极换流晶闸管( gate-commutated thyristor,GCT)的开关性能与工作状态。随着技术的发展,器件端与应用端的各种需求均可在门驱上得以实现。针对目前存在的 GCT 耐压约束性与 GCT 故障延时性问题开展关键技术研究,提出混合开关投切拓扑实现门阴极状态的主动控制技术,实现高压主电与低压控制电的完全解耦,消除器件特性对应用侧带来的硬性要求,充分保证 GCT 的安全,拓宽 IGCT 的应用领域;提出阴阳极主压双向高低压检测技术,进一步完善电监测信号,可将各种电压检测信号作为控制或保护信号,及时反映器件的工作状态。最后,通过样机验证各方案的可行性,实现门阴极可靠的反偏态或短路态,动态主动切换时间可控制在微秒级;实现低压数十伏至高压几千伏同步检测,已作为关键技术包用于工程化产品中。

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GD800 驱动器在某棒材产线改造中的应用

耿程飞, 凡念, 沈波, 石增, 桂峰

冶金自动化. 2023, 47(4): 86-92.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 010

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轧机主传动驱动器是冶金行业的关键设备,轧机主传动具有大负荷轧制、频繁加减速、工况多变等特点,因此对控制变频器的性能及可靠性要求较高。针对国内某钢厂棒材产线轧机主传动的改造需求,基于英威腾自主研发 GD800 多传动驱动系统(以下简称 GD800 多传系统) ,给出国产化替代方案。针对此次改造中棒材咬钢和抛钢导致的速度波动问题,给出 GD800 变频器工程应用中的速度闭环模糊控制器及滑膜状态观测器设计方法,在场内 30 kW 电机对拖试验平台上进行了验证,在突加 100% 负载和突减 100% 负载情况下, 输出转速波动由 5% 降低到 1% ,并将该方法成功应用于工业现场。结果表明,所提出的传动系统改造方案具有优越的稳态和动态性能以及良好的用户体验,实现了国产和国外主传动的良好匹配,能够完全满足棒材轧制工艺需求。

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基于半监督语义分割的钢板表面缺陷检测方法

吴昆鹏, 石杰, 杨朝霖, 邓能辉

冶金自动化. 2023, 47(4): 93-99.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 011

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表面缺陷的有效检测是保证钢材表面质量的重要控制手段。现有检测方法多依赖于深度学习进行模型构建,需要大量的标记样本进行学习,延长了检测系统投用进度,因此提出了一种基于半监督语义分割方法来检测中厚板表面缺陷。首先在增加区域权重分支的双边分割网络( bilateral segmentation network,BiSeNet V2)上训练教师模型,再结合分类器辅助判断机制进行未标记样本的伪标签构建,最后将多样的背景图像和缺陷前景合成扩增样本数据集,训练得到学生模型。试验结果表明,该方法能够依赖少量的标签样本将平均识别率提高至 90. 5% ,平均漏检率降低至 2. 2% ,在实际应用中取得了很好的效果。

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基于机器视觉的镍硫金属铁含量检测系统

刘仲民, 崔勇, 吴海宝, 苏鹏飞

冶金自动化. 2023, 47(4): 100-108.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 012

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针对镍转炉吹炼过程中环境恶劣、操作人员判断出炉时间有差异等问题,应用机器视觉技术研发一套镍硫金属铁含量在线检测系统。首先,使用工业相机采集镍硫金属样本的断面图像并进行图像分割与预处理。然后,利用图像纹理信息中的对比度和熵值进行样本选择。最后,提取图像颜色特征信息,利用灰度值特征和实测铁含量数据建立基于线性回归的一次模型与二次模型并进行对比,用评价指标进行评估。试验结果表明,铁含量检测二次模型拟合程度较好,准确率较高,且检测精度满足金属组分含量检测中最大相对误差小于 5% 的精度要求。

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基于改进椭圆拟合算法的钢管轮廓测量方法

熊华德, 张勇军, 石杰, 杨朝霖

冶金自动化. 2023, 47(4): 109-116.
https://doi.org/10. 3969 / j. issn. 1000-7059. 2023. 04. 013

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基于机器视觉在线检测技术,采用椭圆拟合原理对钢管轮廓外形进行测量是一种有效的方法。针对传统椭圆拟合中离群点多所导致的拟合精度低和实时性差等问题,提出了一种改进算法,在截断最小二乘法的椭圆拟合算法基础上,设计了一种椭圆拟合的改进算法。该算法首先根据输入样本点的数量进行排序分段和移除,然后利用超过半数的点集进行椭圆参数的计算和迭代,直至找到拟合误差最小时对应的椭圆参数。通过在典型钢管实测的外轮廓数据上开展对比测试,结果表明,本文所提出的改进算法在样本点数量较多和存在离群点的情况下,可以获得更为理想的拟合精度与拟合速度,具有参数数量少、对自身参数不敏感等特点。

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2023年, 第47卷, 第4期　刊出日期：2023-07-25

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