基于質量守恒的混鋼過程模擬預測模型

陳子行 李子赟 冀俊凱

（1.華北理工大學人工智能學院 河北 唐山 063210；2.華北理工大學冶金與能源學院 河北 唐山 063210；3.華北理工大學材料科學與工程學院 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。對這部分鋼，在工業生產中需要更準確地定位，盡可能少地切除不符合產品要求的鋼，以節省成本，提高效益。

1 采集數據處理

根據問題背景，可以了解到連續鑄造工藝的流程，實際值應該在成分重量百分比含量上下限之間，對其理解分析，得到當前爐次和下一爐次的鋼水在中間包分別所占的含量[1-2]。但是根據所收集到的數據分析，得知部分金屬的下限比上限的成分重量百分含量高，且實際值并不在上下限區間內，所以根據以上的現實條件，進行更改得到表1，如表所示。

表1 當前爐次鋼水在中間包中所占含量

由表可知，當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 模型的準備

根據表1的數據分析，由于部分金屬的下限比上限的成分重量百分含量高，且實際值并不在上下限區間內，所以根據以上的現實條件，進行數據剔除。得到，當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據與鑄機拉速和熱態鑄坯，求出爐中產鐵速率為：

第一種鋼水在中間包內所占質量，初始質量與流出第一種鋼水質量之差；中間包內鋼水質量為原有鋼水與流出鋼水的差，再與流入鋼水求和。對二者相比，即為，當液體混合后完全混合所需時間極短時，第一種鋼水在中間包內所占含量比：

但鋼水完全混合所需時間不到三分鐘，因此對其進行修正：

當t<0時，C1(t)=1；

當t=5時，下一爐次的鋼水已全部輸入；

當t=13.1后，鋼水便沒有殘余；

通過上下限約束得到:

對（6）式整理并計算，線性規劃得到：

以及混鋼鑄坯的長度為：

2.3 模型的求解

根據對上述模型的求解，因為此函數鋼水完全混合的時間非常短，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。從而對函數進行改進，得到以下改進后的圖形[4-5]。

3 結語

因此，優化后的模型對各個元素含量的預測與數據和事實符合較好，模型預測精度較高。