基于质量守恒的混钢过程模拟预测模型

陈子行 李子赟 冀俊凯

（1.华北理工大学人工智能学院 河北 唐山 063210；2.华北理工大学冶金与能源学院 河北 唐山 063210；3.华北理工大学材料科学与工程学院 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，钢铁已成为世界上重要的基础原材料。连铸工艺流程混钢过程中，混钢部分的成分与前、后两部分的要求不一致，造成了较大的浪费。对这部分钢，在工业生产中需要更准确地定位，尽可能少地切除不符合产品要求的钢，以节省成本，提高效益。

1 采集数据处理

根据问题背景，可以了解到连续铸造工艺的流程，实际值应该在成分重量百分比含量上下限之间，对其理解分析，得到当前炉次和下一炉次的钢水在中间包分别所占的含量[1-2]。但是根据所收集到的数据分析，得知部分金属的下限比上限的成分重量百分含量高，且实际值并不在上下限区间内，所以根据以上的现实条件，进行更改得到表1，如表所示。

表1 当前炉次钢水在中间包中所占含量

由表可知，当前炉次钢水中各种元素在中间包中重量的百分含量。

2 模型的建立与求解

2.1 模型的准备

根据表1的数据分析，由于部分金属的下限比上限的成分重量百分含量高，且实际值并不在上下限区间内，所以根据以上的现实条件，进行数据剔除。得到，当前钢水中各元素的重量成分百分含量和下一炉次钢水中各元素的重量成分百分含量[3]。

2.2 模型的建立

利用已知的断面面积数据与铸机拉速和热态铸坯，求出炉中产铁速率为：

第一种钢水在中间包内所占质量，初始质量与流出第一种钢水质量之差；中间包内钢水质量为原有钢水与流出钢水的差，再与流入钢水求和。对二者相比，即为，当液体混合后完全混合所需时间极短时，第一种钢水在中间包内所占含量比：

但钢水完全混合所需时间不到三分钟，因此对其进行修正：

当t<0时，C1(t)=1；

当t=5时，下一炉次的钢水已全部输入；

当t=13.1后，钢水便没有残余；

通过上下限约束得到:

对（6）式整理并计算，线性规划得到：

以及混钢铸坯的长度为：

2.3 模型的求解

根据对上述模型的求解，因为此函数钢水完全混合的时间非常短，一旦混合完全，用于铸造的钢水里第一种钢水的占比就是中间包中的所占比。从而对函数进行改进，得到以下改进后的图形[4-5]。

3 结语

因此，优化后的模型对各个元素含量的预测与数据和事实符合较好，模型预测精度较高。