离心浇铸轧辊生产工艺专家系统

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1、离心浇铸轧辊生产工艺专家系统何建平　王峰摘要：介绍用工业控制机和轧辊专家长期积累的经验实现的离心浇铸轧辊生产工艺专家系统。该系统运行以来，对轧辊生产起到指导作用，提高了离心浇铸轧辊的合格率，取得了较好的经济效益。关键词：专家系统轧辊离心浇铸计算机　　轧辊是轧钢生产中的大型消耗性工具，轧制钢材的产量和质量都与轧辊有着极为密切的关系。轧辊的离心浇铸是工艺十分复杂的生产过程，轧辊质量与铸造工艺、化学成分、冷却速度、造型材料、球化处理、浇铸工艺、填芯工艺等很多因素有关。为了克服生产过程中的人为因素，指导工人的现场操作，适应众

2、多规格、品种轧辊的生产，提高成材率，我们研制了离心浇铸轧辊生产工艺专家系统，于1997年初在太钢轧辊厂投入运行。1　系统结构及设计原理1.1　系统结构　　系统结构框图如图1所示，离心浇铸轧辊的生产过程由配料、冶炼、离心浇铸外层、填芯等几部分组成，其中每一部分都有很多参数需要确定。为此，我们将系统分成配料、冶炼、浇铸、填芯、数据管理、知识维护等部分。配料、冶炼、浇铸与填芯系统离线用于现场工序的咨询与操作指导，它们分别通过各自的知识库，应用推理机，将现场操作中所应采取的步骤及措施显示在屏幕上，实时指导工人进行正确操作，知

3、识采用产生式规则，推理机采用正反向混合推理，共计50余条规则；数据管理系统通过数据查询与统计功能块，使技术人员能够方便灵活地进行生产管理；知识维护系统供专家进行知识的建立、修改和删除以及规则的添加。图1　系统结构框图1.2　设计原理1.2.1　配料　　配料过程的目的是将原料(回炉铁、平炉铁、低碳铁、铸造铁以及废钢等)按一定比例进行搭配，使原料中的碳(C)、硅(Si)含量及原料的铁性(Mn、P、S、Ni、Cr、Mo)方面达到较理想的状况。　　配料部分的知识库包括配料数据库和配料规则库。配料数据库用来存放轧辊的类型、硬度

4、指标值、C和Si含量的合格范围与期望值、各种原料成分、原料总重量、回炉铁重量、铁性要求等数据；配料规则库包括轧辊硬度期望值判断规则库、C和Si含量合格范围规则库、铁性判断规则库等。　　配料部分的推理机由以下推理步骤构成：　　(1)根据轧辊硬度期望值判断规则库推断硬度期望值是否合理，如果不合理，重新给出期望值。　　(2)根据轧辊类型、硬度期望值大小，通过规则库，给出C、Si含量的合格范围，即Cmin％～Cmax％、Simin％～Simax％。　　(3)根据各种原料成分、原料总重量、回炉铁重量、C和Si含量期望值，利用数

5、学推理计算平炉铁、低碳铁、铸造铁及废钢的重量。　　(4)根据铁性判断规则库判断回炉铁、平炉铁、低碳铁、铸造铁以及废钢是否符合铁性要求，如果符合，转入步骤(7)，结束配料。　　(5)调整各原料成分重量直至符合铁性要求，同时重新计算原料中C、Si含量。　　(6)判断C、Si含量是否在合格范围之内，如果超出合格范围，转入步骤(5)。　　(7)配料结束。1.2.2　冶炼　　冶炼过程主要是根据硬度值要求以及上一工序的配料情况，考虑收得率等因素，通过规则推断出应加Fe－Ni、Fe－Cr、Fe－Mo、Fe－Mn、Fe－P合金的重量

6、，以达到对炉前化学成分的控制。　　冶炼知识库由冶炼数据库和冶炼规则库组成。冶炼数据库主要存放轧辊技术指标、上一工序的数据(包括硬度值、原料重量、原料成分等)、本工序检测到的化学成分和合金成分、检测的炉温、期望的化学成分目标值等；冶炼规则库主要有C含量调整规则库、炉前化学成分目标值推理规则库、修正炉前化学成分目标值规则库等。　　冶炼过程推理机的推理步骤如下：　　(1)根据C含量调整规则库判断原料中C含量是否合适，若不合适，计算出需添加的碳粉重量。　　(2)根据轧辊技术指标(硬度、抗拉强度、金相等)、上一工序数据(原料重

7、量、原料成分等)、收得率等参数，运用炉前化学成分目标值推理规则库推断出炉前化学成分目标值。　　(3)根据取样分析得到的化学成分实际值、炉前化学成分目标值、合金成分(Fe－Ni、Fe－Cr、Fe－Mo、Fe－Mn、Fe－P)计算出需要添加的各种铁合金重量。　　(4)再次取样分析化学成分，判断化学成分是否合适。　　(5)若化学成分不合适，则根据当前化学成分实际值，运用修正炉前化学成分目标值规则库推断出新的化学成分目标值，并根据目标值、实际值、合金成分计算出需补加的合金重量。　　(6)检测冶炼温度是否达到规定值，若达到，则

8、准备出铁。1.2.3　浇铸与填芯　　浇铸与填芯过程主要是根据轧辊技术指标、上一工序状况逐步推断本过程中所应采取的各项工艺步骤及措施，以确保轧辊具有良好的机械性能。　　浇铸与填芯部分知识库也是由数据库与规则库组成。其中数据库主要有轧辊类型及规格、炉前化学成分、辊模参数、浇铸与填芯时间、浇铸与填芯速度等数据；规则库包括孕育量(加矽铁粉量)推断规则库