專(zhuān)利名稱(chēng)：一種轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰加入量計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)靜態(tài)模型的建立，特
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別莎漢一 W符》尸》沐亍W 土廣3i々芏^ 。，力U/乂更H'、J 1T異刀7古。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)是將鐵水降碳、升溫、降低磷硫等雜質(zhì)元素含量，獲得合格 鋼水的工業(yè)過(guò)程。通過(guò)頂吹氧氣將鐵水中的雜質(zhì)元素氧化，加入造渣材料將雜 質(zhì)從鋼水中脫除。造渣制度是轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中重要的工藝制度之一，爐渣的堿 度是衡量造渣好壞的重要指標(biāo)，也是影響磷、硫脫除比例的主要因素之一。堿 度通常定義為爐渣中CaO含量和Si02含量的比值7 = w(CaO)/W(Si02)?？刂坪?適的石灰加入量、保證爐渣終點(diǎn)堿度對(duì)于生產(chǎn)出合格的鋼水至關(guān)重要。
石灰加入量計(jì)算模型屬于轉(zhuǎn)爐靜態(tài)模型的一部分。目前，針對(duì)石灰加入量 計(jì)算的建模方法主要有
基于物料平衡的經(jīng)驗(yàn)公式法，經(jīng)驗(yàn)公式法將鐵水中硅含量和工藝目標(biāo)堿度 作為確定石灰加入量的參考(陳忠偉，袁守謙.LD轉(zhuǎn)爐冶煉的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型及 實(shí)現(xiàn)[J].煉鋼，2000， 16 (5): 31-34);
基于統(tǒng)計(jì)理論的增量回歸法，增量回歸方法以當(dāng)前爐次鐵水條件與標(biāo)準(zhǔn)爐 次之間的增量值為基礎(chǔ)計(jì)算當(dāng)前爐次的石灰加入量(朱光俊，梁本川.轉(zhuǎn)爐煉 鋼靜態(tài)控制優(yōu)化模型[J].煉鋼，1999， 15 (4): 25-28)。
然而，這兩種石灰加入量計(jì)算方法無(wú)法很好地保證爐渣終點(diǎn)堿度滿(mǎn)足工藝 要求，有時(shí)甚至使?fàn)t次間的爐渣堿度波動(dòng)很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰加入量計(jì)算方法,該方法 通過(guò)堿度偏差估計(jì)模型預(yù)報(bào)輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度之間的偏差，修止石灰加 入量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式中的堿度參數(shù)，以保證爐渣終點(diǎn)堿度滿(mǎn)足工藝要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
分析轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中影響石灰溶解的因素，根據(jù)分析結(jié)果選擇合適的輸入變量，并建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型，預(yù)報(bào)當(dāng)前爐次輸入堿度與終點(diǎn)爐 渣堿度之間的偏差。之后利用堿度偏差的估計(jì)值修正經(jīng)驗(yàn)公式中的堿度值，得 到改進(jìn)的石灰加入量計(jì)算模型。
支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型建立的步驟如下
步驟l:分析影響爐渣終點(diǎn)堿度的主要因素，包括爐渣成分、熔池溫度、石 灰質(zhì)量以及吹氧量。
步驟2:確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入變量，包括鐵水硅含量、 鐵水錳含量、鐵水磷含量、鐵水硫含量、白云石加入量、鋼水終點(diǎn)溫度、石灰 活度以及爐次總耗氧量。
步驟3，構(gòu)建適用于建模的標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù) (1 )在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇有終點(diǎn)爐渣成分化驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄；
(2) 選擇終點(diǎn)碳含量和溫度同時(shí)命中的數(shù)據(jù)記錄；
(3) 選擇鐵水硅含量在0.2 0.6%之間，并且爐渣終點(diǎn)堿度在2.8 3.5之 間的數(shù)據(jù)記錄，建立標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)。
步驟4，建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型
(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)中各爐次的輸入堿度/ ,,
l叩Ut
(CaOlime+CaOd0l0mite)
input
(Si02,冊(cè)e+Si02d麵,te+KxW[Si]X『鵬+Si02sc啤)
其中，CaO^為石灰?guī)氲难趸}量；CaO^^為白云石帶入的氧化鈣量； Si02l_為石灰?guī)氲亩趸枇?；Si0^。^為由白云石帶入的二氧化硅量； K=2.14為Si(ySi的分子質(zhì)量之比；Kxw[Si]x^M為鐵水中硅反應(yīng)生成的二氧化硅 量；SiO^，為由廢鋼帶入的二氧化硅量及其反應(yīng)生成的二氧化硅量；
(2) 計(jì)算輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度之間的偏差A(yù)i ，作為支持向量機(jī)堿度偏 差估計(jì)模型的輸出
其中，i ，t為輸入堿度；/^為目標(biāo)堿度；
(3) 歸一化輸入輸出變量，并選擇支持向量機(jī)的核函數(shù)和損失函數(shù)；
(4) 使用交叉檢驗(yàn)方法確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的參數(shù)。對(duì)當(dāng)前爐次石灰加入量計(jì)算的歩驟如下
步驟1,預(yù)報(bào)當(dāng)前爐次輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度的偏差值
(1) 在標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)中搜索與本爐次鐵水硅含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、 鐵水硫含量、白云石加入量、石灰活度以及終點(diǎn)目標(biāo)溫度最相近的爐次，以該 爐次的總耗氧量作為當(dāng)前爐次總耗氧量的參考，同時(shí)使用當(dāng)前爐次鋼水的工藝 目標(biāo)溫度代替鋼水終點(diǎn)溫度，作為本爐次支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入；
(2) 將確定的當(dāng)前爐次鐵水硅含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、鐵水硫含 量、白云石加入量、鋼水終點(diǎn)溫度、石灰活度以及爐次總耗氧量歸一化，將歸 一化的各輸入變量值帶入支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型計(jì)算；
(3) 將支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的計(jì)算結(jié)果反歸-化，得到對(duì)當(dāng)前爐
次堿度偏差的預(yù)報(bào)值。
步驟2:使用預(yù)報(bào)的堿度偏差值對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式中的堿度參數(shù)進(jìn)行修正，并計(jì)算 石灰加入量
x w(C30doIomite_eff)
'皿e w(CaO),腦eff w(Ca0limeeff)^
其中，K^2.14為SiCVSi的分子質(zhì)量之比；w[Si]為鐵水中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；『HM 為鐵水質(zhì)量；i^為目標(biāo)堿度；M為堿度偏差的估計(jì)值；；H<Ca0lime eff)為石灰中 有效氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)；^。,。*為白云石加入量；w(CaOd。^"ff)為白云石中有效氧 化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
當(dāng)前爐次吹煉結(jié)束后，如果進(jìn)行爐渣化驗(yàn)，且爐渣堿度和終點(diǎn)碳含量和溫 度滿(mǎn)足工藝要求，則將本爐次信息加入標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)，為建立支持向量機(jī)堿度偏 差估計(jì)模型使用。
上述方法的關(guān)鍵技術(shù)在于建立了支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型，預(yù)報(bào)當(dāng)前 爐次輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度之間的偏差，根據(jù)預(yù)報(bào)的堿度偏差值調(diào)整石灰加
本發(fā)明的效果和益處是能夠較好地彌補(bǔ)輸入堿度與終點(diǎn)堿度之間偏差，提 高石灰加入量計(jì)算的準(zhǔn)確性，使得爐渣終點(diǎn)堿度更接近工藝要求的目標(biāo)堿度值， 有利于控制爐次間爐渣的性質(zhì)穩(wěn)定。


6圖1為本發(fā)明的計(jì)算方法示意圖。
其中，A,m為終點(diǎn)目標(biāo)堿度；A, 12，..^為支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的 輸入；M為輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度預(yù)報(bào)值；i mput為輸入堿度；Wime為石灰加
入量；凡nd為爐渣終點(diǎn)堿度；e,為輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度偏差的實(shí)際值；&為
堿度偏差預(yù)報(bào)值與實(shí)際值之差。
圖2為支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，A為鐵水硅含量；^為鐵水錳含量；^為鐵水磷含量；&為鐵水硫含
量；^為白云石加入量；^為終點(diǎn)溫度；^為石灰活度；^為爐耗氧量； 為堿
度偏差；S為最終的支持向量個(gè)數(shù)。
圖3為參數(shù)"和C取不同值時(shí)對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)樣本泛化誤差曲線(xiàn)圖。
圖4為支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型對(duì)測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)結(jié)果圖。
圖5為測(cè)試樣本石灰加入量的計(jì)算值與實(shí)際值之間的關(guān)系示意圖。
其中，點(diǎn)劃線(xiàn)表示計(jì)算值與實(shí)際值相等，兩條實(shí)線(xiàn)內(nèi)的點(diǎn)都滿(mǎn)足誤差絕對(duì)
值在1噸的范圍內(nèi)，兩條虛線(xiàn)內(nèi)的點(diǎn)都滿(mǎn)足誤差絕對(duì)值在0.7噸的范圍內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖1詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。 分析產(chǎn)生堿度偏差的影響原因，確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入。 在實(shí)際生產(chǎn)中，輸入堿度與吹煉終點(diǎn)爐渣堿度之間偏差是由石灰的不完全
溶解造成的。吹煉初期，加入轉(zhuǎn)爐的石灰表面生成熔點(diǎn)高達(dá)213(TC而且致密堅(jiān) 硬的硅酸二鈣層，阻礙石灰的溶解。石灰的溶解持續(xù)整個(gè)吹煉過(guò)程，甚至吹煉 結(jié)束時(shí)石灰仍在溶解。通過(guò)分析影響石灰溶解速度的主要因素，確定支持向量 機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入
A. 爐渣的成分其對(duì)石灰溶解速度有很大影響，爐渣中的氧化鈣、氧化鎂、
氧化錳以及氧化鐵等成分的含量都影響著石灰的溶解速度。爐渣主要由鐵水中 的硅、磷、錳、鐵等元素的氧化以及加入的輔原料溶解而生成。
B. 熔池溫度熔池溫度高有利于爐渣黏度的降低，加速爐渣向石灰塊內(nèi)滲 透，促使硅酸二鈣迅速熔融脫落形成爐渣，從而提高石灰的溶解速度。
C. 石灰的質(zhì)量表面疏松、氣孔率高、反應(yīng)能力強(qiáng)的活性石灰，有利于爐 渣進(jìn)入石灰塊內(nèi)，擴(kuò)大反應(yīng)面積，加速石灰的溶解過(guò)程。石灰的活度是表征石灰水化反應(yīng)速度的物理量，也是影響石灰溶解速度的一個(gè)重要參數(shù)。
D.吹氧量石灰的溶解會(huì)持續(xù)整個(gè)過(guò)程，而吹氧量的多少主要取決于降碳 量和升溫量的要求，增加吹氧量有利于石灰的充分溶解，提高爐渣堿度。
綜上，確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的八個(gè)輸入變量分別為鐵水石
含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、鐵水硫含量、白云石加入量、鋼水終點(diǎn)溫度、 石灰活度以及爐次總耗氧量。
在確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入后，需要選擇合適的樣木進(jìn)行 建模。在實(shí)際生產(chǎn)中，并不是所有爐次的爐渣都會(huì)被化驗(yàn)，因此選擇有終點(diǎn)爐 渣成分化驗(yàn)的數(shù)據(jù)；終點(diǎn)碳含量和溫度是衡量轉(zhuǎn)爐吹煉好壞的主要指標(biāo)，因此 選擇終點(diǎn)碳含量和溫度同時(shí)命中爐次的數(shù)據(jù)記錄；為保證吹煉過(guò)程中不進(jìn)行倒 渣操作，選擇鐵水硅含量在0.2 0.6%之間的數(shù)據(jù)記錄；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求， 爐渣終點(diǎn)堿度最好控制在2.8 3.5之間，因而選擇爐渣終點(diǎn)堿度在2.8 3.5之 間的數(shù)據(jù)記錄。如此選擇數(shù)據(jù)是為了保證支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的準(zhǔn)確 性。
使用上述挑選的數(shù)據(jù)建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型，模型的輸出為輸
入堿度和爐渣終點(diǎn)堿度的差值。輸入堿度i ,一定義為裝入轉(zhuǎn)爐的所有輔原料中 含有的氧化鈣量與主輔原料中含有以及可能生成的二氧化硅量之比。計(jì)算公式 為
dolomite J_____ f 1 、
——(Si021ime +Si02dd。mite +K x w[Si] x『脂+Si02scrap)
$巾
CaO,^為石灰?guī)氲难趸}量；
CaOd。^te為白云石帶入的氧化鈣量；
Si02l，為石灰?guī)氲亩趸枇浚?br> 8102 。為由白云石帶入的二氧化硅量；
K=2.14為SiO"Si的分子質(zhì)量之比；
Kxw[Si]x^M為鐵水中硅反應(yīng)生成的二氧化硅量；
SiO^，為由廢鋼帶入的二氧化硅量及其反應(yīng)生成的二氧化硅量。支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸出為輸入堿度與吹煉終點(diǎn)堿度的偏差 AR，有
<formula>formula see original document page 9</formula>(2)
其中
《一為輸入堿度； /^為目標(biāo)堿度。
由于所選的輸入輸出數(shù)據(jù)存在不同的量綱，而且不同量綱的數(shù)據(jù)在數(shù)值上 相差較大，有些甚至相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。為避免數(shù)值上較大的變量湮沒(méi)較小的變 量，對(duì)每個(gè)輸入和輸出變量做歸---化處理
<formula>formula see original document page 9</formula> (3)
式(4)中
hl,2,L ，8對(duì)應(yīng)第/個(gè)變量；
A",2,L ,"對(duì)應(yīng)每組變量中第/t個(gè)樣本，"為樣本總數(shù)； 一為第z'組變量中的最小值；
一為第z'組變量中的最大值；
x,("為第/組變量中第個(gè)原始值；
;c^)為第/變量中第A個(gè)歸一化后的值。
支持向量機(jī)的計(jì)算過(guò)程如下
設(shè)樣本數(shù)據(jù)為((^,力),(x2,》),…,(xw,, )}，其中Xi.ElT，》eR，片l,…，見(jiàn) 支持向量機(jī)首先通過(guò)非線(xiàn)性映射00把樣本的輸入部分{^, x2，…，xw)映射到高 維特征空間F，然后進(jìn)行線(xiàn)性回歸
/(x) = wrO(x) + 6 (4)
其中，WEF， 6表示偏置，w^(x)表示w和①(x)向量的點(diǎn)積。未知量(W， 6)的求取可通過(guò)對(duì)下式的優(yōu)化得出
min C|^(/(xJ —力+ >||2 (5) 其中11.II為歐式距離，C為正則化系數(shù)，A(自為損失函數(shù)。為了得到稀疏解，提高對(duì)測(cè)試樣本的計(jì)算速度，本發(fā)明中誤差損失函數(shù)選擇為帶有e不敏感的一次 損失函數(shù)
W(x)l)=1/y、' 4袖1 (6)
U/(x)-別-f,其他
為每個(gè)樣本點(diǎn)引入兩個(gè)松馳因子么和之，將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為下式所示的凸二
次規(guī)劃
min咱(")+會(huì)HI2
x - wtO(x, (7) wT0>0,) + 6 - 《"，+《 《》0,^0
為解此優(yōu)化問(wèn)題，引入拉格朗日乘子并將此優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為拉格朗日對(duì)偶 問(wèn)題
m"x{ W(a, % = — ^ Z J]— 5 —夂)*(x , xw)
^ "=i ,"=i
".$(") = 0 (8) 0 S C
其中，0 和5 為L(zhǎng)agrange乘子，A:(、,、)為核函數(shù)方程，本發(fā)明中核函數(shù)選 擇為徑向基核函數(shù)
(、-0T(x。-0
A:(x",x》 ^ (9) 其中，"為徑向基函數(shù)寬度。
徑向基函數(shù)寬度;6和正則項(xiàng)系數(shù)C使用交叉檢驗(yàn)方法確定。 由于一次不敏感損失函數(shù)的應(yīng)用，僅有少數(shù)(""-5")值不為0，其所對(duì)應(yīng)的向 量為支持向量。偏置6的值可以通過(guò)Karush-Kuhn-Tucker (KKT)條件計(jì)算得到。 最終建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示
y(x) = |> —5,(x,x ) + 6 (10)為了得到實(shí)際的堿度偏差值，需要對(duì)支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸出 結(jié)果作如下的反歸一化變換
<formula>formula see original document page 11</formula> (11)
其屮
M為堿度偏差的估計(jì)值；
;/W為模型輸出的歸一化的值；
>U為訓(xùn)練樣本中的最大偏差值； 凡,。為訓(xùn)練樣本中的最小偏差值。
建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型吋使用的是歷史數(shù)據(jù)中吹煉結(jié)果符合工 藝要求的數(shù)據(jù)記錄。在對(duì)當(dāng)前爐次進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)， 一些輸入變量無(wú)法直接獲得， 需要對(duì)這些變量進(jìn)行確定。確定的方法如下
對(duì)于鋼水終點(diǎn)溫度，只有在吹煉結(jié)束后才能獲得，而轉(zhuǎn)爐吹煉對(duì)終點(diǎn)溫度 要求比較嚴(yán)格，終點(diǎn)溫度與工藝要求的目標(biāo)溫度比較接近，因此，選擇當(dāng)前爐 次工藝要求的目標(biāo)溫度代替鋼水終點(diǎn)溫度作為支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的 輸入。
對(duì)于白云石加入量和爐次總耗氧量，搜索與當(dāng)前爐次各冶煉條件最相似以 及目標(biāo)要求相同的成功歷史爐次(終點(diǎn)碳溫命中且堿度滿(mǎn)足工藝要求)，以該歷 史爐次的白云石加入量和爐次總耗氧量作為當(dāng)前爐次支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì) 模型的輸入。
將確定的當(dāng)前爐次的鐵水硅含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、鐵水硫含量、 白云石加入量、鋼水終點(diǎn)溫度、石灰活度以及爐次總耗氧量與建立支持向量機(jī) 堿度偏差估計(jì)模型所使用的數(shù)據(jù)一起進(jìn)行歸-化。
將歸一化后的當(dāng)前爐次各輸入變量值帶入支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型進(jìn) 行計(jì)算，再對(duì)支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸出值反歸一化，得到對(duì)當(dāng)前爐 次堿度偏差的預(yù)報(bào)值A(chǔ)i 。
石灰加入量的經(jīng)驗(yàn)公式與爐渣的工藝堿度要求相關(guān)，表示為
<formula>formula see original document page 11</formula>其中 ' ^,為爐渣的目標(biāo)堿度；
"'(CaOhiMeff)為石灰中有效氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且 w(CaOhme eff) = ,OJ-l x w(Si02hme);
K=2.14為Si(ySi的分子質(zhì)量之比；
w[Si]為鐵水中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
^M為鐵水質(zhì)量。
由于白云石中也含有CaO和Si02，可以對(duì)終點(diǎn)的堿度值產(chǎn)生影響，為消除 白云石對(duì)石灰加入量的影響，將經(jīng)驗(yàn)公式修改為
^^olomite ef〃 / 1 ，、
—CaO)limeeff w(CaOhmeeff)
其中
K=2.14為Si02/Si的分子質(zhì)量之比；
l旨為白云石加入量；
w(CaOd。,。mite_rff)為白云石中有效氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 且w(CaOddOTite—eff )=W(CaOd。lomite) — / 謹(jǐn)x ^(8丄0^10111^)。
進(jìn)一步，使用支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型預(yù)報(bào)的堿度偏差值對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式 中的堿度參數(shù)進(jìn)行修正，最終得到石灰加入量的計(jì)算公式為
^ _ K x 、v[Si] x『服x 『d。lomite x w(CaOd。,咖加祖)
' e w(CaO)lime—eff w'(Ca0limc cff)
使用上式計(jì)算的石灰加入量充分考慮了影響堿度產(chǎn)生偏差的原因，并對(duì)其 進(jìn)行補(bǔ)償，最大程度保證爐渣終點(diǎn)堿度滿(mǎn)足工藝要求。
當(dāng)前爐次吹煉結(jié)束后，如果進(jìn)行爐渣化驗(yàn)，且爐渣堿度和終點(diǎn)碳溫滿(mǎn)足工 藝要求，則將本爐次信息加入標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)，對(duì)以后的爐次建立支持向量機(jī)堿度 偏差估計(jì)模型時(shí)使用。
示例為驗(yàn)證本發(fā)明所提方法的有效性，采用某鋼廠(chǎng)150噸轉(zhuǎn)爐的實(shí)際生 產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。按照建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型步驟3的要求挑選 230組數(shù)據(jù)，前150組用作建模，后80組用作測(cè)試。在使用交叉檢驗(yàn)方法確定
12徑向基寬度參數(shù)A和正則項(xiàng)系數(shù)C時(shí)，使用150組建模數(shù)據(jù)中的前100組進(jìn)行 建模，后50進(jìn)行檢驗(yàn)，參數(shù)的確定過(guò)程使用網(wǎng)格搜索法，其搜索結(jié)果如圖3所 不，選擇最優(yōu)的一組參數(shù)為;^=0.62， C=24000。
使用建立的支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型對(duì)80組測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行堿度偏差估 計(jì)，預(yù)報(bào)值與計(jì)算值之間的關(guān)系如圖4所示。堿度偏差估計(jì)模型的準(zhǔn)確建立為 石灰加入量的準(zhǔn)確計(jì)算提供了有力保證。將堿度偏差的預(yù)報(bào)值代入公式(14)，得 到的石灰加入量與實(shí)際加入量之間的關(guān)系如圖5所示?？梢钥闯?，以計(jì)算值和 實(shí)際值為坐標(biāo)的數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在點(diǎn)劃線(xiàn)的兩側(cè)，計(jì)算值與實(shí)際值之間的誤差 的絕對(duì)值大部分都在0.7噸的范圍內(nèi)。
使用同樣的數(shù)據(jù)，將本發(fā)明的方法與經(jīng)驗(yàn)公式法和增量回歸方法進(jìn)行比較， 結(jié)果如表1所示。
基于支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)的石灰加入量模型計(jì)算值與實(shí)際值之間的均 方誤差為0.2042噸，誤差絕對(duì)值小于1噸的測(cè)試樣本點(diǎn)所占的比例為％.34%， 誤差絕對(duì)值小于0.7噸的測(cè)試樣本點(diǎn)所占的比例為S9.02%。在各項(xiàng)指標(biāo)上本文 的方法都優(yōu)于己有方法，而且當(dāng)誤差精度由1噸提高到0.7噸時(shí)，準(zhǔn)確率下降的 程度明顯小于已有方法。
表l與傳統(tǒng)方法的比較
均方誤差 (噸)準(zhǔn)確率(±1噸)準(zhǔn)確率(±0.7噸)
經(jīng)驗(yàn)公式0.424087.80%73.17%
增量回歸0.349390.15%76.52%
本文方法0.204296.34%89.02%
1權(quán)利要求
1. 一種轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰加入量計(jì)算方法，建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型，利用堿度偏差估計(jì)模型預(yù)報(bào)當(dāng)前爐次輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度間的偏差，使用此偏差值補(bǔ)償經(jīng)驗(yàn)公式中的堿度參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算石灰加入量；其特征在于支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型建立的步驟如下(1)分析影響爐渣終點(diǎn)堿度的主要因素，包括爐渣成分、熔池溫度、石灰質(zhì)量以及吹氧量；(2)確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入變量，包括鐵水硅含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、鐵水硫含量、白云石加入量、鋼水終點(diǎn)溫度、石灰活度以及爐次總耗氧量；(3)構(gòu)建適用于建模的標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)；(4)建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型；對(duì)當(dāng)前爐次石灰加入量計(jì)算的步驟如下(1)預(yù)報(bào)當(dāng)前爐次輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度的偏差值；(2)使用預(yù)報(bào)的堿度偏差值對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式中的堿度參數(shù)進(jìn)行修正；(3)計(jì)算當(dāng)前爐次石灰加入量；當(dāng)前爐次吹煉結(jié)束后，如果爐渣堿度、終點(diǎn)碳含量和溫度滿(mǎn)足工藝要求，則將本爐次信息加入標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)，為建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰加入量計(jì)算方法，其特征在于 支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型建立包括.-(1) 在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇有終點(diǎn)爐渣成分化驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄；(2) 選擇終點(diǎn)碳含量和溫度同時(shí)命中的數(shù)據(jù)記錄；(3) 選擇鐵水硅含量在0.2 0.6%之間，并且爐渣終點(diǎn)堿度在2.8 3.5之間的 數(shù)據(jù)記錄，建立標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰加入量計(jì)算方法，其特征在于 支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型建立包括(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)中各爐次的輸入堿度&put :尺=_(Ca0lime+CaOd。lQmite)叩"(Si02"me +Si02dQl。mite +K x w[Si] x『腹+Si02scrap)其中，CaO,^為石灰?guī)氲难趸}量；CaOd。,。^為白云石帶入的氧化鈣量；Si02lime為石灰?guī)氲亩趸枇?；Si02d。,。mite為由白云石帶入的二氧化硅量； K=2.14為Si(VSi的分子質(zhì)量之比；Kxw[Si]x^M為鐵水中硅反應(yīng)生成的二氧化硅 量；SiC^，為由廢鋼帶入的二氧化硅量及其反應(yīng)生成的二氧化硅量；(2) 計(jì)算輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度之間的偏差A(yù)i ，作為支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸出其中，《，,為輸入堿度；i^為目標(biāo)堿度；(3) 歸一化輸入輸出變量，并選擇支持向量機(jī)的核函數(shù)和損失函數(shù)；(4) 使用交叉檢驗(yàn)方法確定支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰加入量計(jì)算方法，其特征在于對(duì)當(dāng)前爐次石灰加入量計(jì)算的步驟1中包括(1) 在標(biāo)準(zhǔn)爐次庫(kù)中搜索與本爐次鐵水硅含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、 鐵水硫含量、白云石加入量、石灰活度以及終點(diǎn)目標(biāo)溫度最相近的爐次，以該 爐次的總耗氧量作為當(dāng)前爐次總耗氧量的參考，同時(shí)使用當(dāng)前爐次鋼水的工藝目標(biāo)溫度代替鋼水終點(diǎn)溫度，作為本爐次支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的輸入；(2) 將確定的當(dāng)前爐次鐵水硅含量、鐵水錳含量、鐵水磷含量、鐵水硫含量、 白云石加入量、鋼水終點(diǎn)溫度、石灰活度以及爐次總耗氧量歸一化，將歸^ -化 的各輸入變量值帶入支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型計(jì)算；(3) 將支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型的計(jì)算結(jié)果反歸一化，得到對(duì)當(dāng)前爐次 堿度偏差的預(yù)報(bào)值。
全文摘要
本發(fā)明屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)靜態(tài)模型的建立，特別涉及一種轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中石灰加入量的計(jì)算方法。在堿度偏差估計(jì)模型的建立方面，通過(guò)分析造成輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度之間偏差的原因，選擇合適的變量作為堿度偏差估計(jì)模型的輸入，然后利用歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的合格爐次數(shù)據(jù)建立支持向量機(jī)堿度偏差估計(jì)模型，預(yù)報(bào)當(dāng)前爐次輸入堿度與爐渣終點(diǎn)堿度間的偏差。在石灰加入量計(jì)算方面，使用堿度偏差估計(jì)模型的預(yù)報(bào)值修正經(jīng)驗(yàn)公式中的堿度參數(shù)，并消除白云石加入量對(duì)石灰加入量的影響，最終得到石灰加入量的計(jì)算公式。本發(fā)明的效果和益處在于能夠有效提高石灰加入量計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)保證爐渣終點(diǎn)堿度滿(mǎn)足工藝要求。
文檔編號(hào)C21C5/28GK101463407SQ20081022901
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月22日
發(fā)明者王心哲, 敏 韓 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)