爐前測寬儀誤報問題分析及數(shù)據(jù)的預(yù)處理

羅桂梅，羅克力，衛(wèi)文峰

（上海梅山鋼鐵股份有限公司 熱軋廠，江蘇 南京210039）

某熱軋廠通過利用在加熱爐前增加測寬儀設(shè)備，應(yīng)用實際測量板坯寬度值進行來料寬度的判斷，并制定保證帶鋼成品寬度的來料寬度范圍，以避免由于板坯來料寬度異常產(chǎn)生的熱軋回爐坯和帶鋼拉窄質(zhì)量缺陷，同時測量的板坯來料實際寬度曲線將提供給L2進行帶鋼寬度設(shè)定[1]。因此提高板坯來料寬度測量控制精度能夠有效減少板坯寬度不符導(dǎo)致的板坯吊銷量，降低質(zhì)量成本損失。但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，爐前測寬儀在實際生產(chǎn)應(yīng)用中逐步出現(xiàn)了誤報警的情況，不僅增加了員工的工作量，還影響了上料節(jié)奏，導(dǎo)致熱停工時間。本文通過對誤報原因進行深入分析，并提出相應(yīng)的解決措施，將爐前測寬儀數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后再進行預(yù)警判斷，提高了爐前測寬儀的控制精度。

1 爐前測寬儀的測量原理及在線預(yù)警的影響因素

1.1 爐前測寬儀的測量原理

某熱軋廠爐前測寬儀于2010年投入使用，采用的是基于三角測距原理的板坯激光測寬系統(tǒng)。主要由激光測距儀、通信集中器和電流隔離模塊三個系統(tǒng)組成。激光測距儀的半導(dǎo)體激光器會發(fā)出平行光束垂直投射到板坯表面，形成一個光斑，光斑在板坯的兩側(cè)面發(fā)生漫反射，其中一部分散射光被接收透鏡接受成像，經(jīng)過計算后得到板坯測量的寬度值，測量原理見圖1。

圖1 爐前測寬儀的測量原理示意圖

1.2 爐前測寬儀在線預(yù)警的影響因素

爐前測寬儀主要是通過比較板坯實測寬度均值與板坯目標寬度值、產(chǎn)品寬度目標值的差值是否超出規(guī)范范圍來進行在線預(yù)警的，一旦啟動報警條件，L2系統(tǒng)將提示操作人員進行板坯吊銷作業(yè)，不予裝爐生產(chǎn)，具體流程見圖2，其中板坯寬度W=L0-L1-L2。從流程圖中可以看出來，爐前測寬儀的測量數(shù)據(jù)是發(fā)往L2處理的，數(shù)據(jù)的比對、計算以及報警均在L2實現(xiàn)，在線預(yù)警時，L2控制邏輯未對數(shù)據(jù)的有效性進行識別和處理。

圖2 爐前測寬儀在線預(yù)警流程示意圖

爐前測寬儀進行在線預(yù)警時需要處理的參數(shù)有板坯實測寬度均值、板坯實測寬度最大值、板坯實測寬度最小值、板坯寬度目標值、成品寬度目標值及成品寬度減寬量這6個參數(shù)，因此這些參數(shù)也是影響爐前測寬儀在線預(yù)警精度的重要因素。

2 爐前測寬儀應(yīng)用現(xiàn)狀

某熱軋廠爐前測寬儀在煉鋼與熱軋一一對應(yīng)的物流模式下，是能夠滿足板坯寬度精度控制要求的。隨著板坯物流的發(fā)展，物流模式還存在多條煉鋼產(chǎn)線與多條熱軋產(chǎn)線板坯物流進行交叉的模式，而隨著產(chǎn)線品種的拓展，手清板坯比例增大，因此板坯物流和手清板坯邊部平整度對爐前測寬精度的影響日益突顯，出現(xiàn)了爐前測寬儀誤報的情況，常見的誤報主要有交叉物流板坯誤報和手清板坯誤報兩種。

2.1 交叉物流板坯誤報

受產(chǎn)線分工影響，熱軋產(chǎn)線間的交叉熱送板坯量逐漸增大，生產(chǎn)中多次出現(xiàn)了其他產(chǎn)線轉(zhuǎn)庫過來的熱送板坯因爐前測寬儀報警導(dǎo)致板坯批量吊銷的狀況，技術(shù)人員對吊銷板坯實測后，發(fā)現(xiàn)板坯并未超出連鑄板坯的工程規(guī)范要求，而且報警板坯送往軋線R1前測寬儀拍打驗證時也未報警，屬于誤報。

初步調(diào)查時，未發(fā)現(xiàn)一級的測寬曲線和二級的測寬數(shù)據(jù)異常，因此判斷是報警范圍過窄導(dǎo)致的誤報，所以采取了調(diào)整報警范圍的措施，但是效果并不理想。通過進一步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)原來的控制方法中，冷、熱坯的區(qū)分依賴于熱裝計劃標識符號，當物流模式是煉鋼與熱軋一一對應(yīng)的物流模式時，這種判斷方法是可行的。如果存在熱裝計劃標識符號為非熱裝，但實際裝爐溫度為大于400℃的板坯時，系統(tǒng)會根據(jù)非熱裝的熱裝計劃標識符號判斷板坯為冷裝板坯，計算熱膨脹量時按照常溫的熱膨脹量來取值，導(dǎo)致計算的熱膨脹量偏小而誤報。

2.2 手清板坯誤報

隨著手清板坯量日益增多，生產(chǎn)中多次出現(xiàn)了手清板坯照核時板坯寬度報警導(dǎo)致吊銷的現(xiàn)象，對吊銷板坯的寬度進行人工復(fù)測后，發(fā)現(xiàn)板坯寬度并未超出連鑄板坯的工程規(guī)范要求，調(diào)取該吊銷板坯的測寬曲線（見圖3），發(fā)現(xiàn)其與正常的測寬曲線相比（見圖4），存在斷點、躍變的情況，這些寬度曲線不是一條連續(xù)的、平緩過渡的曲線，且每塊板坯曲線異常的位置不固定，形狀不統(tǒng)一，分布范圍大，無明顯規(guī)律，很難用常規(guī)的濾波方法來處理數(shù)據(jù)。由于L2未對斷點、躍變數(shù)據(jù)進行剔除，導(dǎo)致L2計算的均值、最大和最小值異常，在進行寬度范圍比對時觸發(fā)報警點而誤報。

圖3 異常的測寬曲線圖（兩條豎線之間的曲線代表一塊板坯）

圖4 正常的測寬曲線圖（兩條豎線之間的曲線代表一塊板坯）

查看板坯邊部情況，非手清板坯邊部平整（見圖5），平整度很好，但是手清板坯邊部存在多條火焰清理后留下的深坑（見圖6），平整度很差，投射到板坯表面的光斑，其漫反射后的散射光未能正常被接收透鏡接受成像，因此無法得到準確的板坯寬度測量值，導(dǎo)致測寬曲線出現(xiàn)不連續(xù)、躍變的情況。現(xiàn)場采取了調(diào)整測寬儀測量位置及更換測寬儀檢測探頭的措施，但是并不能很好地解決誤報的情況。

圖5 非手清板坯形貌圖（邊部平整）

圖6 手清板坯形貌圖（邊部不平整）

3 數(shù)據(jù)的預(yù)處理應(yīng)用

3.1 針對交叉物流板坯誤報的數(shù)據(jù)預(yù)處理應(yīng)用

由于交叉物流板坯誤報主要原因是未考慮交叉物流板坯是熱坯這一情況，未將板坯正常的膨脹量計算在內(nèi)，因此數(shù)據(jù)預(yù)處理應(yīng)用主要是采用補償系數(shù)的方法，通過寬度補償將轉(zhuǎn)換后的寬度值作為判斷值，優(yōu)化后的流程見圖7。

圖7 交叉物流板坯測寬數(shù)據(jù)預(yù)處理流程示意圖

L2根據(jù)實測裝爐溫度T裝是否在工藝范圍內(nèi)來判斷測溫裝置是否異常，當測量的裝爐溫度數(shù)據(jù)超出正常范圍，L2認為測溫裝置異常，則根據(jù)熱裝計劃標識符號讀取對應(yīng)的補償系數(shù)α。若測溫裝置正常，則計算板坯的裝爐溫度T裝與常溫T0的差值ΔT，將此作為判斷板坯寬度補償系數(shù)α的主要依據(jù)。

常溫T0=25℃時

板坯的實測寬度W實及ΔT越大，表明板坯在當前裝爐溫度下板坯膨脹幅度越大，所以這樣的板坯寬度補償系數(shù)α就應(yīng)該加大。

在板坯寬度測量過程中，利用比較法在L2中計算出當塊板坯實測寬度的最大值、最小值和平均值。根據(jù)不同溫度差值下的寬度補償系數(shù)分配表，將最大值、最小值及平均值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的板坯寬度值，將板坯實測寬度的最大值、最小值、平均值與PDI寬度值進行比對，超出范圍時畫面報警且記錄板坯信息。

程序邏輯優(yōu)化后，測寬儀將根據(jù)爐前高溫計的測量溫度讀取寬度補償系數(shù)α，優(yōu)化前后的測寬儀測量數(shù)據(jù)比對見表1。

表1 不同裝爐溫度下的交叉物流板坯寬度

由表1可以看出，裝爐溫度越高，實測值與轉(zhuǎn)換值差異越大，考慮了寬度補償后，溫度對板坯膨脹量的影響將大大減低，避免了誤報。

3.2 針對手清板坯誤報的數(shù)據(jù)預(yù)處理應(yīng)用

由于手清板坯誤報的原因是激光器投射到板坯表面的光斑未能正常被接收透鏡接受成像，導(dǎo)致無法得到準確的板坯寬度測量值，因此手清板坯的數(shù)據(jù)預(yù)處理應(yīng)用只能采用優(yōu)化數(shù)據(jù)采集邏輯、剔除異常值的方法（見圖8）。

圖8 手清板坯誤報的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖

通過對比爐前測寬儀實測寬度前后兩個值的差值是否符合要求來剔除異常值，當爐前測寬儀開始檢測后，檢測到的第一個實測寬度數(shù)據(jù)Wi與后一個實測寬度數(shù)據(jù)Wi+1進行對比，當兩者差值大于規(guī)范要求時，剔除實測寬度數(shù)據(jù)Wi+1，繼續(xù)接收后來的實測寬度數(shù)據(jù)Wi+2與之前的實測寬度數(shù)據(jù)Wi進行對比；否則，保留實測寬度數(shù)據(jù)Wi+1，繼續(xù)接收后來的實測寬度數(shù)據(jù)Wi+2與實測寬度數(shù)據(jù)Wi+1進行對比，后續(xù)的數(shù)據(jù)根據(jù)此規(guī)則進行處理，直至測寬結(jié)束。

由于板坯實測寬度的最大值、最小值是采用比較法得到的，手清板坯或者板坯表面有氧化鐵皮碎片時，也很容易得到最大、最小值的異常值，因此判斷板坯寬度是否符合成品寬度軋制要求時，需同時判斷板坯寬度最大值Wmax或者板坯寬度最小值Wmin與當塊板坯的成品帶鋼寬度值W成品的差值以及板坯寬度平均值W均與當塊板坯的目標寬度值WPDI的差值（見圖7），同時超出范圍時畫面才報警，避免了檢測中異常波動值作為最大值或者最小值參與系統(tǒng)判斷而出現(xiàn)誤判斷的情況。

4 應(yīng)用效果

（1）通過采集板坯的裝爐溫度，導(dǎo)入不同溫度的膨脹系數(shù)，將測量的板坯寬度值換算成板坯的冷寬來進行寬度控制的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，提高了爐前測寬儀的寬度控制精度。在熱軋的應(yīng)用過程中，減少了因交叉物流板坯熱膨脹量計算不準導(dǎo)致的測寬誤報警而批量吊銷產(chǎn)生的熱停工時間，可為熱軋節(jié)約生產(chǎn)時間600 min/年。

（2）通過對手清板坯測寬數(shù)據(jù)進行前后差值對比的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，在熱軋的實際應(yīng)用中，減少了因手清板坯邊部不平整的測寬誤報警而批量吊銷產(chǎn)生的熱停工時間，可為熱軋節(jié)約生產(chǎn)時間300 min/年。

5 結(jié)語

針對爐前測寬儀誤報的情況，通過對交叉物流板坯根據(jù)裝爐溫度進行寬度補償，對手清板坯實際測寬數(shù)據(jù)進行前后比對來剔除異常數(shù)據(jù)的方法，使得爐前測寬儀誤報的次數(shù)大幅降低，減少了熱停工時間。