熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)

黨進(jìn)華 張永剛

摘要：熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)興起于20世紀(jì)70年代，隨著鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)用前景非常廣闊，受到了國內(nèi)外眾多鋼鐵企業(yè)的重視，然而，該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果并非很理想。本文對(duì)熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型建立過程中存在的問題進(jìn)行了簡單的分析，并提出了一些建議性的解決思路，希望能夠提高熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)的實(shí)際應(yīng)用效果，為鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：熱軋帶鋼；性能預(yù)報(bào)；預(yù)報(bào)模型；措施建議

Organizational performance prediction technology of hot rolled strip

Dang Jinhua Zhang Fan (Tianjin Metallurgy Group Co., Ltd.)

Abstract: The rise of hot rolled strip organizational performance forecasting techniques in the 1970s, with the development of iron and steel enterprises, their prospects are very bright, subject to a number of domestic and foreign steel companies attention, however, the practical application of the technology is not very satisfactory. In this paper, the performance prediction model of hot rolled strip organizational problems in the process of establishing a simple analysis, and put forward some proposals of solution ideas, hoping to improve the practical application of hot rolled strip organizational performance forecasts for steel companies contribute to the development of production.

Keywords: hot rolled strip; performance prediction; forecasting model; measures recommended

1.預(yù)報(bào)模型的基本原理

熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)以預(yù)報(bào)模型為核心支撐。熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及組織性能三者之間存在復(fù)雜的關(guān)系，預(yù)報(bào)模型的組要作用就是通過對(duì)這三者之間的關(guān)系進(jìn)行揭示，并利用這種關(guān)系對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼組織性能的預(yù)報(bào)。目前，常用的熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型包括冶金機(jī)理模型和統(tǒng)計(jì)模型兩種。

1.1冶金機(jī)理模型

根據(jù)熱軋帶鋼實(shí)際生產(chǎn)過程中所存在的規(guī)律能夠建立冶金機(jī)理模型，冶金機(jī)理模型主要是用于反映出帶鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的演變過程以及相關(guān)工藝參數(shù)的理論公式，其在熱壓帶鋼生產(chǎn)過程中具有非常廣泛的應(yīng)用。通常情況下，冶金機(jī)理模型會(huì)包含兩個(gè)子模型，分別是組織模型及性能模型。其中，組織子模型主要用于對(duì)熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進(jìn)行描述；而性能子模型則主要是對(duì)帶鋼組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系進(jìn)行描述，具體的冶金機(jī)理模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

冶金機(jī)理模型主要是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程的內(nèi)在規(guī)律為依據(jù)進(jìn)行建模，模型組要涉及到帶鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的演變與工藝參數(shù)的理論公式，該模型具有明確的物理意義及廣泛的適用范圍。冶金模型至少包含兩個(gè)子模型，分別是組織模型和性能模型。前者主要用于描述熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝、帶鋼成分及帶鋼結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；而后者則主要用于描述帶鋼組織與性能之間的關(guān)系，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1冶金機(jī)理模型結(jié)構(gòu)

1.2統(tǒng)計(jì)模型

統(tǒng)計(jì)模型能夠?qū)т摮煞?、生產(chǎn)工藝及組織性能之間的定量關(guān)系進(jìn)行直接描述。統(tǒng)計(jì)模型在建立過程中要求符合客觀規(guī)律，通過結(jié)合統(tǒng)計(jì)方法、工藝機(jī)理機(jī)客觀規(guī)律三個(gè)方面的內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)模型可以實(shí)現(xiàn)多種表達(dá)形式，具體可以分為模型分類、中間變量的建立、數(shù)據(jù)處理方法等形式。

2.預(yù)報(bào)模型建立過程中存在的問題

目前，由于各方面因素的影響，在對(duì)熱軋帶鋼進(jìn)行組織性能預(yù)報(bào)建模時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)很多問題，這對(duì)預(yù)報(bào)模型的作用產(chǎn)生了較大的影響。其中，統(tǒng)計(jì)模型出現(xiàn)的精度問題較多，其建立過程中普遍存在檢測誤差、模型預(yù)報(bào)精度漂移等問題，下面對(duì)這些問題進(jìn)行了具體的分析：

2.1模型預(yù)報(bào)精度的限制

建模的主要目的是為了應(yīng)用到實(shí)際中，使各方面因素之間的關(guān)系能夠更加清晰的展示出來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱軋帶鋼組織性能進(jìn)行預(yù)報(bào)的目的。但是目前多數(shù)預(yù)報(bào)模型的實(shí)際應(yīng)用效果不理想，研究人員普遍認(rèn)為這主要是由于模型的精度缺失所導(dǎo)致的。

目前實(shí)際工作中所應(yīng)用的大多數(shù)熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型的理論精度誤差度較低，能夠滿足實(shí)際需求，比如部分模型所標(biāo)注的抗拉強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差小于10Mpa，單從數(shù)據(jù)上看，已經(jīng)較為理想了。但是雖然模型的誤差只有10Mpa，但是帶鋼本身的性能波動(dòng)較小，且遇到性能不和的情況，模型往往會(huì)出現(xiàn)遺漏或較大的誤差。因此，如果用戶對(duì)模型很難認(rèn)同，就難以有效推動(dòng)模型的設(shè)計(jì)和使用，這才是模型難以得到廣泛用的根本原因。

下面以某種低C鋼為例進(jìn)行分析，首先建立其統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型，模型的抗拉強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差標(biāo)準(zhǔn)差為10Mpa，延伸率的預(yù)報(bào)誤差標(biāo)準(zhǔn)差為2.5%。下面對(duì)檢測過程中可能出現(xiàn)的誤差對(duì)模型精度的影響進(jìn)行了分析：

（1）在同一爐鋼水中取兩份質(zhì)量相同的樣品，比較兩份樣品中的C含量，可以將兩份樣品中所含C質(zhì)量的差異看作檢測誤差。經(jīng)過對(duì)兩份樣品中的C含量進(jìn)行計(jì)算，可以得到C含量檢測差的標(biāo)準(zhǔn)差為（60～80）×10-6，然后將這一數(shù)據(jù)帶入到預(yù)報(bào)模型中，可以計(jì)算出預(yù)報(bào)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差在4.5MPa～6.5MPa左右，C含量的檢測誤差已經(jīng)非常接近模型預(yù)報(bào)的總誤差。

（2）在帶鋼同一區(qū)域內(nèi)取兩份樣品，分別進(jìn)行理學(xué)性能測試，測試結(jié)果的差值即為帶鋼延伸率的檢測誤差。經(jīng)過計(jì)算，檢測誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為1.5%，為預(yù)報(bào)誤差標(biāo)準(zhǔn)差的60%左右。

通過上面的兩項(xiàng)分析結(jié)果可以看出，對(duì)熱軋帶鋼性能預(yù)報(bào)模型產(chǎn)生影響的主要因素是檢測環(huán)節(jié)出現(xiàn)的誤差，而模型本身精度對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果精度的影響較小。

2.2應(yīng)用過程的關(guān)鍵約束

很多新技術(shù)由于難以對(duì)本身的穩(wěn)定型進(jìn)行保證，很難在企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用。然而，技術(shù)應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性機(jī)可靠性不僅僅受到技術(shù)本身科學(xué)性的影響，同時(shí)還會(huì)受到很多外在因素的影響。比如熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型的精度，就主要受到檢測數(shù)據(jù)的影響，如果檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，不論模型精度多高，其最終的預(yù)報(bào)結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生極大誤差。

由于熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型的誤差主要來自于檢測誤差，因此，提高檢測誤差才是提高熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型精度的關(guān)鍵。但是要想全面系統(tǒng)的提高檢測精度，需要花費(fèi)非常高的代價(jià)，這超過了預(yù)報(bào)模型所帶來的收益，得不償失。因此，需要尋找一些其它方法進(jìn)行解決，這其中的關(guān)鍵是保證模型的穩(wěn)定性和可靠性。

熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型的穩(wěn)定性是指模型能夠在不同的條件下保持精度。雖然模型本身的可靠性不會(huì)發(fā)生問題，當(dāng)模型運(yùn)行到實(shí)際生產(chǎn)過程中時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生可靠性問題，導(dǎo)致預(yù)報(bào)出現(xiàn)誤差，最終導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生問題。因此，要解決模型難以應(yīng)用到實(shí)際中的問題，就必須保證模型的穩(wěn)定性及可靠性。

2.3精度的漂移

這里所指的精度并非具體樣本的誤差不同，而是不同條件下的誤差變化。精度漂移主要可以分為誤差方差機(jī)誤差平均值兩個(gè)方面的漂移。

誤差方差的漂移主要是由于不可測因素在不同條件下對(duì)帶鋼性能的影響程度不同而產(chǎn)生的。比如，在檢測卷取溫度對(duì)帶鋼性能的影響時(shí)，帶鋼的C含量越高，往往會(huì)產(chǎn)生更大的預(yù)報(bào)誤差。

誤差平均值的漂移受到多種因素的影響，主要包括自變量非線性的影響、變量之間相互作用的影響、數(shù)據(jù)確實(shí)的影響等。

3.預(yù)報(bào)模型實(shí)用化建議

為了避免熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型建模過程中遇到問題，需要對(duì)這些問題進(jìn)行解決，保證模型預(yù)報(bào)結(jié)果的精度。針對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)檢測誤差，需要采取針對(duì)性的措施，降低對(duì)模型預(yù)報(bào)結(jié)果的影響。比如連續(xù)采集的過程中，可以依靠平局值來降低檢測誤差，二對(duì)只檢測一次的變量，則可以通過對(duì)比的方式來降低檢測誤差，并對(duì)其具體值進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高模型的可靠性。

另外，由于數(shù)據(jù)本身的限制，熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型的精度難以從本質(zhì)上提高。同時(shí)，模型的誤差還會(huì)受到多種因素的變化而發(fā)生漂移。如果要將熱軋帶鋼預(yù)報(bào)模型應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，這些問題還急需解決。通?？梢韵到y(tǒng)的找出導(dǎo)致熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)模型精度產(chǎn)生漂移的原因，在此基礎(chǔ)上，將不同條件下所得到的模型進(jìn)行對(duì)比、分析和組合。就能夠使模型的適用范圍更廣。通過多模型的結(jié)合，能夠使用戶根據(jù)預(yù)測結(jié)果，判斷出模型預(yù)報(bào)的結(jié)果是否可靠。為了使模型的預(yù)報(bào)更加可靠，預(yù)報(bào)分布特征不僅要對(duì)性能的平均值進(jìn)行預(yù)報(bào)，通常還需要對(duì)模型本身的誤差分布進(jìn)行預(yù)報(bào)。從而提高最后預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.結(jié)束語

從當(dāng)前的情況來看，熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)在發(fā)展上遇到了較大的限制，但是實(shí)際上，該技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。其本身的誤差問題主要是受到檢測誤差的影響所導(dǎo)致的，因此通過多種方法對(duì)檢測誤差進(jìn)行控制能夠有效提高模型預(yù)報(bào)的可靠性，從而推動(dòng)熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。而且，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，為熱軋帶鋼組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)提供了良好的運(yùn)行平臺(tái)，相信在各方面條件的支持下，該技術(shù)能夠更快跟好的發(fā)展，從而促進(jìn)化工行業(yè)的高速發(fā)展。

5.參考文獻(xiàn)

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