基于質(zhì)量守恒的混鋼過程模擬預(yù)測(cè)模型

陳子行 李子赟 冀俊凱

（1.華北理工大學(xué)人工智能學(xué)院 河北 唐山 063210；2.華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院 河北 唐山 063210；3.華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河北 唐山 063210）

引言

由于其原料成本低、加工性能好、可再生性好，鋼鐵已成為世界上重要的基礎(chǔ)原材料。連鑄工藝流程混鋼過程中，混鋼部分的成分與前、后兩部分的要求不一致，造成了較大的浪費(fèi)。對(duì)這部分鋼，在工業(yè)生產(chǎn)中需要更準(zhǔn)確地定位，盡可能少地切除不符合產(chǎn)品要求的鋼，以節(jié)省成本，提高效益。

1 采集數(shù)據(jù)處理

根據(jù)問題背景，可以了解到連續(xù)鑄造工藝的流程，實(shí)際值應(yīng)該在成分重量百分比含量上下限之間，對(duì)其理解分析，得到當(dāng)前爐次和下一爐次的鋼水在中間包分別所占的含量[1-2]。但是根據(jù)所收集到的數(shù)據(jù)分析，得知部分金屬的下限比上限的成分重量百分含量高，且實(shí)際值并不在上下限區(qū)間內(nèi)，所以根據(jù)以上的現(xiàn)實(shí)條件，進(jìn)行更改得到表1，如表所示。

表1 當(dāng)前爐次鋼水在中間包中所占含量

由表可知，當(dāng)前爐次鋼水中各種元素在中間包中重量的百分含量。

2 模型的建立與求解

2.1 模型的準(zhǔn)備

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)分析，由于部分金屬的下限比上限的成分重量百分含量高，且實(shí)際值并不在上下限區(qū)間內(nèi)，所以根據(jù)以上的現(xiàn)實(shí)條件，進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除。得到，當(dāng)前鋼水中各元素的重量成分百分含量和下一爐次鋼水中各元素的重量成分百分含量[3]。

2.2 模型的建立

利用已知的斷面面積數(shù)據(jù)與鑄機(jī)拉速和熱態(tài)鑄坯，求出爐中產(chǎn)鐵速率為：

第一種鋼水在中間包內(nèi)所占質(zhì)量，初始質(zhì)量與流出第一種鋼水質(zhì)量之差；中間包內(nèi)鋼水質(zhì)量為原有鋼水與流出鋼水的差，再與流入鋼水求和。對(duì)二者相比，即為，當(dāng)液體混合后完全混合所需時(shí)間極短時(shí)，第一種鋼水在中間包內(nèi)所占含量比：

但鋼水完全混合所需時(shí)間不到三分鐘，因此對(duì)其進(jìn)行修正：

當(dāng)t<0時(shí)，C1(t)=1；

當(dāng)t=5時(shí)，下一爐次的鋼水已全部輸入；

當(dāng)t=13.1后，鋼水便沒有殘余；

通過上下限約束得到:

對(duì)（6）式整理并計(jì)算，線性規(guī)劃得到：

以及混鋼鑄坯的長(zhǎng)度為：

2.3 模型的求解

根據(jù)對(duì)上述模型的求解，因?yàn)榇撕瘮?shù)鋼水完全混合的時(shí)間非常短，一旦混合完全，用于鑄造的鋼水里第一種鋼水的占比就是中間包中的所占比。從而對(duì)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，得到以下改進(jìn)后的圖形[4-5]。

3 結(jié)語

因此，優(yōu)化后的模型對(duì)各個(gè)元素含量的預(yù)測(cè)與數(shù)據(jù)和事實(shí)符合較好，模型預(yù)測(cè)精度較高。