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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.05.001 第30卷第5期 北京科技大学学报 Vol.30 No.5 2008年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing My2008 专家系统在电炉炼钢工艺中的应用 姜静2)孙铁)美琳3) 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)山东理工大学电气与电子工程学院，淄博255049 3)河南安阳钢铁公司第二炼钢厂，安阳455004 摘要把可拓学中定量化描述解决矛盾问题过程的工具一关联函数一引入到电弧炉可拓专家系统中，用以解决电炉 出钢前钢水成分不合格的矛盾问题·电弧炉终点目标神经网络预报模型作为可拓专家系统评价机构的基础·终点预报模型 用混合遗传算法训练，达到了较高的预报精度·仿真结果表明电炉可拓专家系统可以指导技术人员进行更合理的炼钢操作。 关键词电弧炉：电炉炼钢：预报模型：关联函数：专家系统 分类号TF741.5:TP18 Application of an expert system to arc furnace steel-making JIA NG Jing),SUN Tie),JIA NG Lin2) 1)School of Information Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)The Second Steel Plant of Anyang Iron&Steel Corporation,Anyang 455004.China ABSTRACT The correlation function,a means to quantitatively describe contradictory problems.was introduced into an arc furnace expert system to distinguish if the composition of molten steel was qualified before tapping.The neural network prediction model was used as an evaluation basis of the arc furnace expert system.which was trained by the hybrid genetic algorithm to a high precision. Simulation results show that many reasonable advices can be given to operators in steel-making process by the expert system. KEY WORDS arc furnace:electric furnace steelmaking:prediction model:correlation function:expert system 现代炼钢工艺只在电弧炉中保留了熔化、升温 建模被认为是对具有非线性、复杂性的“黑箱”建模 和必要的精炼（如脱磷、脱碳），而把其余的精炼过程 的最有前途的方法之一， 均移到二次精炼工序中进行，现代电弧炉冶炼工艺 在人工神经网络的实际应用中，80%~90%的 以为炉外精炼提供成分、温度都符合要求的初炼钢 神经网络模型采用BP网络或它的变化形式，它是 液为前提山，因此应有良好的冶金操作相配合，钢 前馈网络的核心部分，BP算法用于局部搜索时比 包完全可以对钢液进行成分、温度、夹杂物、气体含 较有效，而遗传算法擅长全局搜索，典型的遗传算 量等的严格控制)，为电弧炉初炼钢液提供各种最 法训练中，起初算法收敛得很快，然而得到进一步的 佳精炼条件，以满足用户对钢材质量越来越严格的 改善却非常困难山，将遗传算法和基于梯度下降的 要求，电弧炉冶炼的主要任务是确保钢液中含碳 BP算法相结合的混合训练算法可以综合两种算法 量、含磷量和温度达到要求的终点目标值，对电 的优点·首先用遗传算法对初始权值分布进行优 弧炉冶炼终点主要技术指标进行预报，可以实现更 化，在解空间中定位出一个较好的搜索空间，然后采 合理操作并提高炼钢过程生产率， 用BP算法在这个小的解空间中搜索出最优解， 电弧炉炼钢过程的物理化学反应过程难以用数 这种混合训练算法在缩短训练时间的同时提高了训 学描述，参数耦合关系极其复杂，而且是时变、非线 练的精度· 性和分布参数的多输入多输出系统，而用神经网络 在电弧炉冶炼工艺中，出钢前需要对钢水进行 测温取样操作，如果钢水的温度、碳含量和磷含量 收稿日期：2007-03-11修回日期：2007-04-05 在目标范围内，进行出钢操作；如果出钢前钢水测温 作者简介：姜静(1974一)女，博士研究生：孙铁(1952一)， 取样分析后目标值不合格，则继续进行钢水冶炼过 男，教授，E-mail:suntiel605@163.com 程，电弧炉可拓专家系统把可拓学中的关联函数和专家系统在电炉炼钢工艺中的应用 姜 静12） 孙 铁1） 姜 琳3） 1）北京科技大学信息工程学院北京100083 2）山东理工大学电气与电子工程学院淄博255049 3）河南安阳钢铁公司第二炼钢厂安阳455004 摘 要 把可拓学中定量化描述解决矛盾问题过程的工具———关联函数———引入到电弧炉可拓专家系统中用以解决电炉 出钢前钢水成分不合格的矛盾问题．电弧炉终点目标神经网络预报模型作为可拓专家系统评价机构的基础．终点预报模型 用混合遗传算法训练达到了较高的预报精度．仿真结果表明电炉可拓专家系统可以指导技术人员进行更合理的炼钢操作． 关键词 电弧炉；电炉炼钢；预报模型；关联函数；专家系统 分类号 TF741．5；TP18 Application of an expert system to arc furnace stee-l making JIA NG Jing 1）SUN Tie 1）JIA NG Lin 2） 1） School of Information EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） The Second Steel Plant of Anyang Iron ＆ Steel CorporationAnyang455004China ABSTRACT T he correlation functiona means to quantitatively describe contradictory problemswas introduced into an arc furnace expert system to distinguish if the composition of molten steel was qualified before tapping．T he neural network prediction model was used as an evaluation basis of the arc furnace expert systemwhich was trained by the hybrid genetic algorithm to a high precision． Simulation results show that many reasonable advices can be given to operators in stee-l making process by the expert system． KEY WORDS arc furnace；electric furnace steelmaking；prediction model；correlation function；expert system 收稿日期：2007-03-11 修回日期：2007-04-05 作者简介：姜 静（1974—）女博士研究生；孙 铁（1952—） 男教授E-mail：suntie1605＠163．com 现代炼钢工艺只在电弧炉中保留了熔化、升温 和必要的精炼（如脱磷、脱碳）而把其余的精炼过程 均移到二次精炼工序中进行．现代电弧炉冶炼工艺 以为炉外精炼提供成分、温度都符合要求的初炼钢 液为前提［1］因此应有良好的冶金操作相配合．钢 包完全可以对钢液进行成分、温度、夹杂物、气体含 量等的严格控制［2］为电弧炉初炼钢液提供各种最 佳精炼条件以满足用户对钢材质量越来越严格的 要求．电弧炉冶炼的主要任务是确保钢液中含碳 量、含磷量和温度达到要求的终点目标值［3］．对电 弧炉冶炼终点主要技术指标进行预报可以实现更 合理操作并提高炼钢过程生产率． 电弧炉炼钢过程的物理化学反应过程难以用数 学描述参数耦合关系极其复杂而且是时变、非线 性和分布参数的多输入多输出系统．而用神经网络 建模被认为是对具有非线性、复杂性的“黑箱”建模 的最有前途的方法之一． 在人工神经网络的实际应用中80％～90％的 神经网络模型采用 BP 网络或它的变化形式它是 前馈网络的核心部分．BP 算法用于局部搜索时比 较有效而遗传算法擅长全局搜索．典型的遗传算 法训练中起初算法收敛得很快然而得到进一步的 改善却非常困难［4］．将遗传算法和基于梯度下降的 BP 算法相结合的混合训练算法可以综合两种算法 的优点．首先用遗传算法对初始权值分布进行优 化在解空间中定位出一个较好的搜索空间然后采 用 BP 算法在这个小的解空间中搜索出最优解［5］ 这种混合训练算法在缩短训练时间的同时提高了训 练的精度． 在电弧炉冶炼工艺中出钢前需要对钢水进行 测温取样操作．如果钢水的温度、碳含量和磷含量 在目标范围内进行出钢操作；如果出钢前钢水测温 取样分析后目标值不合格则继续进行钢水冶炼过 程．电弧炉可拓专家系统把可拓学中的关联函数和 第30卷 第5期 2008年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．5 May2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．05．001