浅谈数学模型技术在冶金行业中的应用

【摘要】随着经济市场快速发展的全球化，科学技术在人们的日常生活中显示出越来越重要的地位。许多新技术和新工艺进入了工程化、产品化阶段，而数学理论与方法的不断扩充，是的数学模型技术已经成为一种能够普遍实施的技术。近几年来数学模型技术控制理论的应用范围越来越广泛，而在冶金行业中用以解决复杂系统的控制问题也越来越受到冶金工作者的重视。

【关键词】数学模型技术;控制系统;冶金

一、前言

随着经济市场快速发展的全球化以及自动化信息技术的日益发展，科学技术是第一生产力日益明显，这对自动控制技术提出更高的要求和挑战。而数学模型（Mathematical Model）是近些年发展起来的新学科，是数学理论与实际问题相结合的一门科学。本文则讲述数学模型技术在冶金行业中的运用，数学模型的建立是整个控制系统的核心部分。所用数学模型能够根据自身的经历不断得到优化，所用控制算法能够使得实测温度很好的跟随设定温度，从而使带钢长卷的温度能够限制在有要求的控制精度决定的目标温度的领域内。

二、数字模型控制系统原理

不同型号带钢的数字模型具体参数并不相同，但是其设计思路是一致的，因此本文选取典型的莱钢1500来进行带钢温控数字模型的设计原理。

1.数学模型预设

根据层流冷却控制所需的边界条件（终轧温度、厚度、速度、卷取温度）的设定值信息，运用预设定的模型，对各因素进行预先计算从而达到消除整个控冷系统动作滞后影响的目的。

2.建立动态修正模型

为了消除由板带进入层流冷却区时的实际温度、厚度、速度的实时变化导致的板带自身边界条件与其设定值的偏差对卷取温度的影响，在带钢出末机架获得实测边界条件后，每隔固定时间（带钢走过两个集管之间间距所需的时间）对预设定模型进行一次修正，相当于沿带钢长度方向分段控制[1]。

3.建立自学习模型

通过采取对带钢头部进行自学习的方法，并根据各种型号钢坯的过程而不断完善自学习过程，使系统具有智能性，实现控制系统稳定性的进一步优化。即每次轧带钢前，首先从自学习库中调出对应于此带钢钢坯的历史自学习值，作为预设定参数的一部分，在带钢头部到达卷取测温仪后，并且反馈控制没有投入前，根据获得的实测数据，产生新的对应于此带钢钢坯的短期自学习值，并进行可行性分析，之后将其应运于此钢坯的轧制[2]。在轧制结束后，将此次的短期学习值和系统数据库里的历史学习值进行综合分析，并消除遗传效应，从而实现修正对应此厚度的带钢的长期自学习值的目的。

三、数学模型技术在冶金行业中的应用的现状

1.冶金工业各个工序的过程控制都使用了数学模型[3]

通过调查分析可以看出，中国冶金工业流程中，采矿与选矿、焦化、烧结、炼铁、炼钢、铸坯（连铸）、轧钢、热处理、涂镀处理等各个生产工序中，基本都有数学模型的应用。

2.中国冶金工业中目前使用的比较好的数学模型

根据中国钢铁工业协会有关课题组收集到的资料，这里列出了一些国内目前使用的比较好的数学模型[4]。

（1）宝钢、武钢的焦炉加热控制模型，节能提高2%以上，达到了国际先进水平。

（2）首钢矿业公司的矿山生产综合管理控制数学模型，在国内矿山行业处于领先地位。应用于首钢水厂铁矿的露天矿卡车优化调度模型，调度和控制46台生产用矿车、11台10立电铲，该项目取得了显著的经济效益。

（3）宝钢的高炉智能专家系统，实现了高炉性能优化、过程条件稳定化的目标。

（4）首钢的新型高炉专家系统，提供切实有效的高炉炉况分析及操作指导建议，帮助操作者综合治理高炉。系统稳定运行率达到99.5%以上，炉况预报准确率达到85%以上。

（5）宝钢、冶金自动化研究院的炉外精炼智能数学模型，包含应用于LF炉、VD炉、RH炉、EAF炉的模型，使钢水质量得到了提高。

（6）宝钢的连铸控制模型，取得了比较好的实际生产控制成绩。

（7）鞍钢的热连轧数学模型，成功地应用于鞍钢1700热轧、2150热轧和营口鲅鱼圈1580热轧以及济钢1700热轧。

（8）高效轧制国家工程研究中心的热连轧数学模型，实现了热轧数学模型的软件标准化、产品化，取得了令用户满意的控制效果。已经分别向国内莱芜1500热轧、日照1580热轧、福建盛特钢1150热轧、西南不锈钢1450热轧、柳钢1450热轧、重钢1780热轧等生产线推广应用。

上述这些数学模型都是国内技术人员在消化、吸收引进数学模型的基础上，又进行集成创新、开发创新以及优化调整过程以后，形成了软件产品，已经在中国冶金行业中推广应用的数学模型。

四、政策措施建议

尽管数学模型技术在我国冶金行业中的运用已经相当娴熟，但是在一些方面上还是存在某些问题。我们更应该制定重视引进数学模型的二次开发政策。对引进技术要进行有效的管理，尽量减少重复引进，使引进技术充分发挥作用。

同时建立冶金行业协同合作的长效工作机制，重视和进一步加强国产化工作的组织协调。加强跨企业协调推进的长效工作机制，重视和进一步加强国产化工作的组织协调。在国内生产企业、大学和科研院所等单位之间建立分工协作的工作模式。

最后还要为培养复合型高级人才创造环境和条件。在国家有关部门的组织下，以大学和科研院所为培养基地，为企业培养计算机水平优秀、冶金工艺熟悉、设备管理水平突出的复合型高级人才。

五、结束语

目前在冶金行业，钢铁企业面临的外部竞争环境发生着翻天覆地的变化。

在能耗方面，钢铁工业耗能量占我国总能耗的11%左右，对比世界先进水平，吨钢能耗就高出10%;在客户服务方面，客户对钢材的品种、规格等需求越来越多样化，对产品的质量和交货期要求也越来越苛刻。

我国领先的钢铁企业已经将数学模型技术信息化列为提高企业核心竞争力的措施之一，冶金行业中基础自动化是生产过程中最基础的部分，生产工艺越复杂，基础自动化的程度也就越高，生产过程控制自动化技术方面也取得显著提高。而生产过程控制自动化过程离不开数学技术的运用，这是提高产品质量、保证生产过程优化控制的重要环节，大量数学模型技术被运用到冶金行业中，让各个行业相互影响、共同发展。

参考文献

[1]刘，杨卫东，刘文仲.热轧生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[2]蒋慎言.连铸及炉外精炼自动化技术[M].北京：冶金工业版社，2006.

[3]韩斌.热轧带钢层冷过程数学模型子系统组成与应用[M].轧钢，2004（5）.

[4]管克智，赵海石，刘萍.热连轧层流冷却的数学模型[J].北京科技大学学报，1994（2）.23-24