本發(fā)明涉及軋鋼控制方法領(lǐng)域，具體涉及一種降低軋鋼工序噸鋼能耗的方法。

背景技術(shù)：

能源的競爭是鋼鐵工業(yè)正在面臨的挑戰(zhàn)，降低能源消耗、建立環(huán)境友好的鋼鐵企業(yè)已經(jīng)成為鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要方面，也是鋼鐵工業(yè)利潤增長的一個重要的基礎(chǔ)工作。軋鋼加熱爐的能源消耗約占冶金行業(yè)能源消耗的10％左右，其中軋鋼加熱爐又占了75至80％。如何有效提高加熱爐的熱效率，降低能源消耗，從而提高企業(yè)的競爭力，已成為當前各個鋼廠所不得不面對的最重要的課題之一。中國冶金行業(yè)的軋鋼加熱爐在產(chǎn)量、爐型結(jié)構(gòu)、機械化、自動化水平及理論操作上與國外還存在一定的差距，爐子噸鋼燃耗高、效率低，造成了能源的極大浪費，因此提高加熱爐效率、搞好加熱爐節(jié)能工作，是降低軋鋼生產(chǎn)成本，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效方法之一。

國內(nèi)主要的加熱爐公司目前主要通過采用增加爐體長度、煙氣余熱的回收利用技術(shù)、改進型燒嘴技術(shù)、余熱回收蒸汽技術(shù)和高等級的全纖維耐火材料等改良爐體設(shè)備的方式，或者通過采用更加先進復(fù)雜的雙交叉限幅算法、模糊pid算法等燃燒控制系統(tǒng)來提高加熱爐的熱效率。然而無論是采用改良爐體設(shè)備還是采用更先進的燃燒控制系統(tǒng)都會大幅度提高技術(shù)改造成本，尤其是對于已投產(chǎn)的生產(chǎn)線而言，還面臨施工工期長，設(shè)備利用率低，生產(chǎn)成本飆升等難題，從而降低了鋼廠的積極性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種降低軋鋼工序噸鋼能耗的方法，該方法克服現(xiàn)有技術(shù)改造成本高、控制精度差等缺陷，具有應(yīng)用簡單、穩(wěn)定出爐溫度、降低噸鋼能耗的特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

a、采集軋鋼工序中涉及的關(guān)鍵參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，采用偏最小二乘回歸方法構(gòu)建出爐溫度數(shù)學(xué)模型和噸鋼能耗的數(shù)學(xué)模型；

b、采集實時生產(chǎn)中的關(guān)鍵參數(shù)，作為關(guān)鍵參數(shù)初始值，設(shè)置出爐溫度的目標值的范圍，設(shè)置各個關(guān)鍵參數(shù)的范圍以及循環(huán)優(yōu)化次數(shù)的上限；

c、將關(guān)鍵參數(shù)分別導(dǎo)入出爐溫度數(shù)學(xué)模型和噸鋼能耗數(shù)學(xué)模型，分別得到出爐溫度預(yù)測值與噸鋼能耗預(yù)測值；

d、以各個關(guān)鍵參數(shù)初始值作為中間值，分別根據(jù)各關(guān)鍵參數(shù)對應(yīng)的工藝參數(shù)范圍或設(shè)備參數(shù)范圍設(shè)立該關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，在各個關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍內(nèi)進行隨機優(yōu)化后，得到關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值，并將其分別導(dǎo)入出爐溫度數(shù)學(xué)模型、噸鋼能耗數(shù)學(xué)模型，分別得到出爐溫度臨時優(yōu)化值與噸鋼能耗臨時優(yōu)化值，并將循環(huán)優(yōu)化次數(shù)加一；

如果出爐溫度臨時優(yōu)化值位于出爐溫度的目標值的范圍內(nèi)，且噸鋼能耗臨時優(yōu)化值小于噸鋼能耗預(yù)測值，則該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值有效；

如果出爐溫度臨時優(yōu)化值未位于出爐溫度的目標值的范圍內(nèi)，但是出爐溫度臨時優(yōu)化值比出爐溫度預(yù)測值更接近出爐溫度的目標值的范圍，且噸鋼能耗臨時優(yōu)化值小于噸鋼能耗預(yù)測值，則該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值有效；

否則該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值無效；

e、如果關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值有效，且當前循環(huán)優(yōu)化次數(shù)未達到上限，則將該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值作為步驟d的關(guān)鍵參數(shù)初始值，進行步驟d的處理；

如果關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值無效，且當前循環(huán)優(yōu)化次數(shù)未達到上限，則返回步驟d，進行步驟d的處理；

如果當前循環(huán)優(yōu)化次數(shù)達到上限，則將最近一次有效的關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值作為關(guān)鍵參數(shù)調(diào)控目標值；

f、將關(guān)鍵參數(shù)調(diào)控目標值輸入軋鋼工序控制系統(tǒng)，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)調(diào)控目標值對軋鋼工序過程進行控制。

優(yōu)選地，所述的軋鋼工序中涉及的關(guān)鍵參數(shù)為：鋼坯的入爐溫度、預(yù)熱段溫度及時間、一加熱段溫度及時間、二加熱段溫度及時間、三加熱段溫度及時間、均熱段溫度及時間。

優(yōu)選地，所述的步驟d中的關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值的獲取詳細過程為：將關(guān)鍵參數(shù)初始值加上區(qū)間在[-5，5]的一個隨機值后，如果該關(guān)鍵參數(shù)值位于其對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)的范圍內(nèi)，則將該關(guān)鍵參數(shù)值作為關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值；否則，再次選擇區(qū)間在[-5，5]的一個隨機值重復(fù)上述操作，直至該加上隨機值之后的關(guān)鍵參數(shù)值位于其對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)的范圍內(nèi)，再將其作為關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值。

優(yōu)選地，所述的偏最小二乘回歸方法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法如下：

a、將關(guān)鍵參數(shù)構(gòu)成的自變量矩陣x＝[x1,…,xp]n*p進行標準化處理，得矩陣變量e0＝[e01,…,e0p]n*p；將出爐溫度和噸鋼能耗構(gòu)成的因變量矩陣y＝[y1,…,yq]n*q進行標準化處理，得矩陣變量f0＝[f01,…,f0q]n*p；

b、求解矩陣e0^tf0f0^te0的最大特征值所對應(yīng)的特征向量w1；求解矩陣f0^te0e0^tf0的最大特征值所對應(yīng)的特征向量c1；

c、求解主成分

t1＝e0w1(1)；

u1＝f0c1(2)；

ti和ui則是第i次分別從自變量x和y中提取的第i對主成分，ti是x1,…,xp的線性組合，ui是y1,…,yq的線性組合；

d、分別求e0和f0對t1的回歸方程：

e0＝t1g1^t+e1(3)；

f0＝t1h1^t+f1(4)；

式中

e、用殘差矩陣e1和f1取代e0和f0，然后求解第二個特征向量w2和c2以及第二個主成分t2和u2：

t2＝e1w2(5)；

u2＝f1c2(6)；

f、分別求e1和f2對t2的回歸方程

e1＝t2g2^t+e2(7)；

f1＝t2h2^t+f2(8)；

式中

h2＝f1^tt2/||t2||²；

g、如此利用剩下的殘差信息矩陣不斷迭代計算，直到em^tem中主對角元素近似0，就退出，則f0和e0在t1,…,tm上的回歸方程為：

e0＝t1g1^t+t2g2^t+λtmgm^t+em(9)；

f0＝t1h1^t+t2h2^t+λtmhm^t+fm(10)；

由于ti是x1,…,xp的線性組合，因此，將ti代入到公式(10)當中，再通過反標準化處理，就可以得到關(guān)于屈服強度、抗拉強度的偏最小二乘回歸數(shù)學(xué)模型：

yk＝bk1x1+…+bkpxp+fmkk＝1,..,q(11)。

本發(fā)明突破了傳統(tǒng)的通過改良爐體設(shè)備或燃燒控制系統(tǒng)的方式的局限，利用工業(yè)大數(shù)據(jù)的角度實現(xiàn)節(jié)能降耗，利用偏最小二乘回歸方法(pls)模型算法，建立起鋼坯出爐溫度及噸鋼能耗的數(shù)學(xué)模型，再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法可以挖掘出影響噸鋼能耗波動和出爐溫度波動的主要參數(shù)，最后再通過采用雙目標循環(huán)優(yōu)化法對pls數(shù)學(xué)模型進行主要參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，使被優(yōu)化的參數(shù)能夠在滿足工藝限制條件下自動調(diào)整，達到鋼坯的出爐溫度盡可能在很小的范圍內(nèi)波動，電耗保持穩(wěn)定的目標，同時煤耗能夠保持在最低的雙目標優(yōu)化系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)的煤耗升電耗降或者煤耗降電耗升的怪圈，從而真正達到節(jié)能降耗的目的。

本發(fā)明利用大數(shù)據(jù)進行技術(shù)改造，不僅能夠?qū)π陆ǖ纳a(chǎn)線，而且對舊式的生產(chǎn)線一樣有效，能夠有效降低技術(shù)改造的生產(chǎn)成本，同時能夠大幅度縮短工期；更重要的是，該系統(tǒng)將plc一級電氣自動化系統(tǒng)升級到智能控制系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)原始的煤耗的預(yù)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)在線優(yōu)化煤耗和預(yù)測出爐溫度，真正實現(xiàn)了“人工智能”控制，解決了因為操作人員的經(jīng)驗限制，導(dǎo)致操作控制不當造成的能耗損失的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明降低軋鋼工序噸鋼能耗方法的流程圖

圖2為本實施例方法的噸鋼能耗預(yù)測值與原始的噸鋼能耗預(yù)測值的對比圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例具體說明本發(fā)明。

實施例1

如圖1所示，本實施例以典型的熱軋產(chǎn)品厚度為7.5mm的ss400鋼板為代表，提供的降低軋鋼工序噸鋼能耗方法包括以下步驟：

a、采集軋鋼工序中涉及的關(guān)鍵參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，采用偏最小二乘回歸方法構(gòu)建出爐溫度數(shù)學(xué)模型和噸鋼能耗的數(shù)學(xué)模型；

所述的軋鋼工序中涉及的關(guān)鍵參數(shù)為：鋼坯的入爐溫度、預(yù)熱段溫度及時間、一加熱段溫度及時間、二加熱段溫度及時間、三加熱段溫度及時間、均熱段溫度及時間；

所述的偏最小二乘回歸方法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法如下：

a、將關(guān)鍵參數(shù)構(gòu)成的自變量矩陣x＝[x1,…,xp]n*p(p＝11)進行標準化處理，得矩陣變量e0＝[e01,…,e0p]n*p；將出爐溫度和噸鋼能耗構(gòu)成的因變量矩陣y＝[y1,…,yq]n*q(q＝2)進行標準化處理，得矩陣變量f0＝[f01,…,f0q]n*p；

b、求解矩陣e0^tf0f0^te0的最大特征值所對應(yīng)的特征向量w1；求解矩陣f0^te0e0^tf0的最大特征值所對應(yīng)的特征向量c1；

c、求解主成分

t1＝e0w1(1)；

u1＝f0c1(2)；

ti和ui則是第i次分別從自變量x和y中提取的第i對主成分，ti是x1,…,xp的線性組合，ui是y1,…,yq的線性組合；

d、分別求e0和f0對t1的回歸方程：

e0＝t1g1^t+e1(3)；

f0＝t1h1^t+f1(4)；

式中

e、用殘差矩陣e1和f1取代e0和f0，然后求解第二個特征向量w2和c2以及第二個主成分t2和u2：

t2＝e1w2(5)；

u2＝f1c2(6)；

f、分別求e1和f2對t2的回歸方程

e1＝t2g2^t+e2(7)；

f1＝t2h2^t+f2(8)；

式中

h2＝f1^tt2/||t2||²；

g、如此利用剩下的殘差信息矩陣不斷迭代計算，直到em^tem中主對角元素近似0，就退出，則f0和e0在t1,…,tm上的回歸方程為：

e0＝t1g1^t+t2g2^t+λtmgm^t+em(9)；

f0＝t1h1^t+t2h2^t+λtmhm^t+fm(10)；

由于ti是x1,…,xp的線性組合，因此，將ti代入到公式(10)當中，再通過反標準化處理，就可以得到關(guān)于屈服強度、抗拉強度的偏最小二乘回歸數(shù)學(xué)模型：

yk＝bk1x1+…+bkpxp+fmkk＝1,..,q(11)；

b、采集實時生產(chǎn)中的關(guān)鍵參數(shù)，作為關(guān)鍵參數(shù)初始值，設(shè)置出爐溫度的目標范圍為1060℃～1090℃，鋼坯的入爐溫度的溫度范圍為12℃～800℃、預(yù)熱段溫度范圍為700℃～900℃、預(yù)熱段時間為該段平均加熱時間58min、一熱段溫度范圍為1100℃～1250℃、一加熱段時間為該段平均加熱時間25min、二熱段溫度范圍為1210℃～1330℃、二加熱段時間為該段平均加熱時間31min、三熱段溫度范圍為1250℃～1350℃、三加熱段時間為該段平均加熱時間27min、均熱段溫度范圍為1220℃～1300℃、均加熱段時間為該段平均加熱時間32min，設(shè)置循環(huán)優(yōu)化次數(shù)的上限為500次；

c、將關(guān)鍵參數(shù)分別導(dǎo)入出爐溫度數(shù)學(xué)模型和噸鋼能耗數(shù)學(xué)模型，分別得到出爐溫度預(yù)測值與噸鋼能耗預(yù)測值；

d、以各個關(guān)鍵參數(shù)初始值作為中間值，分別根據(jù)各關(guān)鍵參數(shù)對應(yīng)的工藝參數(shù)范圍或設(shè)備參數(shù)范圍設(shè)立該關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，在各個關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍內(nèi)進行隨機優(yōu)化后，得到關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值，并將其分別導(dǎo)入出爐溫度數(shù)學(xué)模型、噸鋼能耗數(shù)學(xué)模型，分別得到出爐溫度臨時優(yōu)化值與噸鋼能耗臨時優(yōu)化值，并將循環(huán)優(yōu)化次數(shù)加一；

如果出爐溫度臨時優(yōu)化值位于出爐溫度的目標值的范圍內(nèi)，且噸鋼能耗臨時優(yōu)化值小于噸鋼能耗預(yù)測值，則該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值有效；

如果出爐溫度臨時優(yōu)化值未位于出爐溫度的目標值的范圍內(nèi)，但是出爐溫度臨時優(yōu)化值比出爐溫度預(yù)測值更接近出爐溫度的目標值的范圍，且噸鋼能耗臨時優(yōu)化值小于噸鋼能耗預(yù)測值，則該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值有效；

否則該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值無效；

所述的步驟d中的關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值的獲取詳細過程為：將關(guān)鍵參數(shù)初始值加上區(qū)間在[-5，5]的一個隨機值后，如果該關(guān)鍵參數(shù)值位于其對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)的范圍內(nèi)，則將該關(guān)鍵參數(shù)值作為關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值；否則，再次選擇區(qū)間在[-5，5]的一個隨機值重復(fù)上述操作，直至該加上隨機值之后的關(guān)鍵參數(shù)值位于其對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)的范圍內(nèi)，再將其作為關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值；

e、如果關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值有效，且當前循環(huán)優(yōu)化次數(shù)未達到上限，則將該關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值作為步驟d的關(guān)鍵參數(shù)初始值，進行步驟d的處理；

如果關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值無效，且當前循環(huán)優(yōu)化次數(shù)未達到上限，則返回步驟d，進行步驟d的處理；

如果當前循環(huán)優(yōu)化次數(shù)達到上限，則將最近一次有效的關(guān)鍵參數(shù)臨時優(yōu)化值作為關(guān)鍵參數(shù)調(diào)控目標值；

f、將關(guān)鍵參數(shù)調(diào)控目標值輸入軋鋼工序控制系統(tǒng)，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)調(diào)控目標值對軋鋼工序過程進行控制。

由圖2的對比圖可以看出，采用本實施例降低軋鋼工序噸鋼能耗方法，比原來工序操作的噸鋼能耗預(yù)測值有很大幅度的降低，說明本實施例降低軋鋼工序噸鋼能耗方法效果顯著。