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钢铁冶炼、轧制成份及工艺参数优化新技术
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对涉及钢铁冶炼、轧制成份及工艺参数优化方面提供以下解决方案:


项目关键技术难点、预期的创新点:

项目关键技术:

难点1:炼钢、连铸、轧钢过程周期长,因素多、波动大、反应机理复杂、有些过程参数不能直接测量,难以透彻了解和掌握其中的物理化学反应的热力学、动力学细节,传统的数学方法不能准确定义和描述冶炼、轧制过程,神经网络虽然预测精度较高,但对所描述对象的输入输出变量之间的关系往往缺乏很好的解释性正交试验往往代价大、成本高,或者生产根本不允许

创新点1:利用最新的统计技术——偏最小二乘回归解决它。偏最小二乘回归统计方法综合了多元回归、主成分提取、典型相关三项技术,是目前能清晰准确反映复杂系统参数之间关系的最先进方法。冶炼轧制总体而言处于波动与不确定之中,难以完全解析所有的复杂问题,但偏最小二乘回归统计方法仍能找到其中线性或接近线性的确定部分规律。其模型简单有效,物理意义清晰明确,是打开冶炼轧制黑箱的有效工具。偏最小二乘回归统计方法可以根据日常的波动数据发现影响产品强度、韧性、表面质量等指标的重要变量是什么,对重要变量的重要性进行排序,把有限人力、物力、财力用在解决主要矛盾上。

难点2:过去的统计方法有缺陷。从资料看,很多应用多元回归方法包括偏最小二乘回归方法对炼钢、连铸、轧钢参数进行研究的课题都选择多个自变量对一个因变量例如强度或韧性的方式,割裂强度与韧性等多因变量自身联系这一客观现实。另外对参数的检验,只停留在不够严密的变量投影重要性指标VIPj上。

创新点2:利用多自变量对多因变量的PLS2模型,同时研究工艺参数集合与强度、韧性等指标之间的关系,这更贴合冶炼轧制实际情况。另外采用最新的Bootstrap基于数据模拟的再抽样法,对偏最小二乘模型的参数进行检验,最终确定确实有效的显著变量,筛除对系统无解释作用的变量。

难点3:先进有用的统计技术难以被一线关键岗位应用。冶炼轧制中控室是生产单位的核心岗位,各种生产工艺参数、成份数据,各种信息都在此处集中,数据齐全、完整。作业层面普遍具有丰富操作经验,扎实专业技能,但普遍缺乏最先进的统计技术知识,美国、日本等发达国家工业这所以先进,很大一部分要归功于管理人员、技术人员、操作人员对于统计方法和统计思想的运用 工厂各种生产任务最终要落实到作业层面,面对日益紧迫的改善质量、节能降耗压力,只有不断优化操作才能完成,而要优化操作,首先要深刻理解生产过程规律,没有先进科学的统计分析工具,即使是有多年生产操作经验的一线人员,面对复杂的生产过程仍很迷茫。在偏最小二乘回归这一领域,现在先进的国外著名统计软件往往存在英语界面、统计知识、需要再编程、高昂价格等障碍,只被少数研究人员使用。

创新点3:让高新统计技术为一线所用。AOSPS 4.0,安装简单,使用方便,以Excel作为开发平台,成为Excel的一条菜单,无需编程,以Word文档报告形式输出,一线人员无需学习统计知识都能理解。只需要标记、确定两步就完成操作,象使用傻瓜相机一样使用先进工具。另外,软件运行稳定可靠、计算准确,有包括中科院、北大、清华等10余所大学教授、研究生应用业绩,是国内公认最好的偏最小二乘软件。在炼钢、轧钢中控室、技术部门、生产部门安装软件,可以让一线管理、技术、操作人员,无需外语、编程、统计知识也能使用,便于持续改进产品质量。

项目主要研究内容:

1.建立产品强度、韧性、表面质量等指标与各种参数之间的联系。

2. 了解冶炼轧制大量成份参数、控制状态参数、金相特征与强度、韧性等指标之间是什么关系?哪些参数对强度、韧性是重要因素,哪些是次要因素?哪些是正相关,哪些是负相关?变动参数的一个单位对结果影响有多大?哪些数据点是特异点需要关注或剔除?得出的这些结论可信度有多大等等

3. 对重要变量的重要性进行排序,把有限人力、物力、财力用在解决主要矛盾上。

4. 利用偏最小二乘回归中主成分提取及典型相关分析方法,围绕强度、韧性、表面质量等的需要,确定成份优化设计方案,参数优化设计方案。

5. 偏最小二乘回归可综合主成分和典型相关技术,提取到各种参数层面的主成分,并得到此主成分对强度、韧性的影响程度。在理论与实践中建立一座桥梁,让工艺人员更好地理解课本中都未能完全解释的问题。相当于对参数及指标系统进行了一次全方位的参数断层扫描。

6.利用历史数据对技术改造进行统计意义上的评估,对可能达到的效果及成功的把握性进行预测。

7. 研究成份、操作、金相等参数与强度、韧性、表面质量之间的相关程度;参数之间的紧密程度;利用参数对强度、韧性、表面质量指标进行预测,并判断预测精度。

8.利用偏最小二乘方法,在特异点中排除统计误差较大的点,找到最佳工艺参数点,为寻找最佳工艺参数组合提供依据。

9. 利用偏最小二乘方法擅长处理小样本的特点,在新产品开发中,能以最快、最低的成本,最小的生产试制,四、五次小批量生产就能发现规律,有目的有针对性地对产品质量缺陷分析,采取改进措施。

10.根据模型提供的结论,调整不显著的昂贵元素,不显著的苛刻工艺参数,在不改变产品性能的前提下,降低成本。

11.比较各炉子、各机组模型的特点,找出共性及差异,针对当时的设备状况、原料条件对生产操作经验进行统计科学意义上的提炼总结,形成技术诀窍,这将成为企业宝贵的无形财富和竞争力。

12.具体可对诸如以下的高附加值产品的生产工艺提供优化解决方案:《薄板坯连铸连轧含钒普通取向硅钢及其制造方法_钢铁研究总院》,《采用薄板坯连铸连轧生产的半工艺无取向硅钢及方法_武钢》,《高磁感取向硅钢的生产方法_武钢》,《具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板及其制造方法_POSCO,《抗拉强度≥1000MPa的薄带连铸经济性高强捆带及其制造方法_宝钢》,《冷加工用中碳钢板及其制造方法_新日铁》,《冷轧钢板的制造方法_新日铁》,《一种340MPa级热镀锌铁合金高强IF_宝钢》,《一种薄板坯连铸连轧高磁感取向硅钢及其制备方法_钢铁研究总院》,《一种超高强度低成本热轧Qamp;P钢及其生产方法_宝钢》,《一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法_武钢》,《一种高成形性超高强度冷轧钢板及其制造方法_宝钢》,《一种高成形性热镀锌超高强度钢板及其制造方法_宝钢》,《一种高磁感普通取向硅钢的制造方法_宝钢》,《一种高韧性、高耐候钢及其制造方法_宝钢》,《在低温下具有优异韧性的高强度钢板及其制造方法_POSCO