连铸板坯表面质量预报专家系统
姜广森，毕学工，金 焱，李救生，郝二虎
（武汉科技大学，湖北 武汉 430081）
摘 要：介绍了国内外连铸板坯质量预报系统的发展情况和研究开发的预报专家系统的工作原理、基本构成。本系统使用神经元网络模块和逻辑模块对结晶器热电偶温度模式进行识别，同时采集连铸机各项设备参数和工艺参数，利用冶金学理论知识和现场专家的经验知识，对发生铸坯表面质量的可能性给出判定。
关键词：连铸板坯；表面质量；预报；专家系统；热电偶
中图分类号：TF777.1 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2005）03-0036-03
Surface Quality Forecasting Expert System of Continuous Casting Slab
JIANG Guang-sen, BI Xue-gong, JIN Yan, LI Jiu-sheng, HAO Er-hu
（Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China）
Abstract: Introduces the development of surface quality forecasting expert system of continuous casting slab. The principle and basic structure steps of developed this system are discussed in detail. This system conducts temperature pattern recognition of the thermocouples in the mold through neural network model and logic mold, and collects equipment and technological parameters of the caster in order to estimate the possibility of surface quality question by means of metallurgical theories and experts experience.
Key words: continuous casting slab; surface quality; forecasting; expert system; thermocouples
1 连铸坯表面质量预报系统发展概况
在连铸生产中，对铸坯质量及时做出在线预报，对确保生产的连续性、提高产品质量及降低生产成本具有重要意义。许多钢铁企业对此都极为关注，并开发了自己的铸坯质量检测专家系统，铸坯尚在结晶器中便可获得各参数，对铸坯进行质量评判和分类，并进行跟踪。事实上，连铸坯质量缺陷绝大部分起源于结晶器内的热力学和动力学过程，而结晶器铜板所埋设热电偶提供的温度信息是其热力学和动力学的直接反映。开发的连铸坯表面质量预报系统中，比较有代表性的有奥地利Linz钢厂的计算机辅助质量控制系统（CAQC）、英国British Steel的结晶器热监控系统（MTM）、德国Mannesman Demag公司的质量评估专家系统（XQE）。以上系统大都是在漏钢报警系统基础上发展而来的，具有漏钢报警和表面质量报警功能。
英国钢铁公司的结晶器热监控系统（MTM）开发于20世纪80年代，其主要目的是防止漏钢和改善铸坯质量。该MTM系统首先在中厚板生产中得到运用。应用数据表明，发生漏钢时板坯的散热速率远低于相同状况下的正常散热速率。此外，系统运行时发现，在漏钢发生之前塞棒常有快速开启的动作，表明氧化铝团块和被氧化铝污染的保护渣可能是导致传热速率下降和漏钢的原因 [1]。
奥钢联Linz钢厂的计算机辅助质量控制系统（CAQC）开发于1983年，1991年开始在线运行。该系统可以模拟工艺控制过程，通过提供板坯的质量预报数据，取代了部分板坯检验工作，同时还根据产品定货要求确定容许的板坯缺陷，以尽可能减少精整工作。系统主要通过考察板坯缺陷和操作参数之间的关系来提供板坯缺陷的预报，同时还提供良好的人机界面用于保存专家知识，然后用所编写的函数对大量的过程数据进行处理[2]。
日本大同钢铁公司知多厂所开发的表面质量检测系统在结晶器铜板的28个点上分别设置了热电偶，以检测铸坯表面温度变化；在二冷段的各个面上配置了流量计和压力计，以监测喷嘴堵塞等异常情况；在矫直段测定铸坯棱角温降情况。将上述信息和数据输入计算机进行比对和鉴别，即可查明铸坯在各个阶段的温度变化与裂纹间的关系。系统还设定了各种钢成分和拉速的裂纹产生危险温度区域。此系统用于连铸大生产，可将铸坯表面缺陷减少2/3[3]。
在国内,宝钢开发了一套连铸过程优化控制系统。其中包括结晶器控制、水口诊断、柔性数据采集、铸坯质量自动识别、二冷表面温度测量、连铸混合数据库智能搜索引擎的可视化研究和单块分析、铸坯切割测长诊断等项目内容。
2 质量预报专家系统的基本原理
本研究开发的铸坯表面质量预报专家系统包括三个部分：第一部分是过程监控和数据录入；第二部分是质量预报，其中包括漏钢预报和表面质量预报；第三部分是数据存储和查询部分。
系统的核心部分是结晶器热监控部分，热点偶布置方式为：宽边分为3排，各8根，对称分布，窄边分为3排，各1根，对称分布。其中，宽面热电偶布置示意图见图1。
图1 宽面热电偶布置
一般说来，铸坯的表面质量缺陷主要有表面纵裂、表面横裂、角部纵裂、角部横裂、星状裂纹、深震痕、表面针孔、表面夹渣。裂纹形成的原因一方面取决于铸坯形成过程中坯壳和液固界面的受力状况，另一方面取决于钢在高温下的机械性能。生产上常见裂纹的直接诱导因 |
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