大数据技术在炼钢质量控制中的应用.pdf
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1、大数据技术在炼钢质量控制中的应用毕丹,刘伟(凌源钢铁集团有限责任公司,辽宁凌源122504)摘要:随着经济社会的不断发展,基建规模持续扩大,钢材需求量日渐增加。如何科学控制炼钢过程、提升其质量水平是当前钢材行业面临的难题之一。基于此,从炼钢质量控制过程大数据参数配置入手,搭建炼钢质量控制大数据系统,通过大数据平台的数据采集和数据处理模型形成条理化的业务指标数据,有效保证了炼钢过程中的质量把控,提升了钢材的生产质量。关键词:大数据系统;炼钢质量控制;数据处理中图分类号:TF345文献标识码:A文章编号:2095-0748(2023)08-0148-030引言在当前社会消费升级、产业迭代以及供给侧
2、改革等大环境下,市场对钢材的需求逐渐增强,而大多数钢铁企业在炼钢质量控制中缺乏智能化、自动化的管理技术,未能对炼钢过程实施有效控制。基于此,在炼钢质量控制过程中引入大数据技术,便于跟踪日常生产,及时发现生产异常。还可以针对每个工序及全局生产节奏,结合用户需求抽取关键质量指标,进行趋势分析,避免质量风险的发生。1炼钢质量控制过程大数据参数配置在炼钢质量分析或指标计算时,经常按钢种类别汇总数据做分析。基于大数据控制的炼钢质量管理系统提供钢种类别定义配置功能,在数据源配置中定义数据来源、用途和字段构成信息等,满足参数的可配置化,报警规则的可配置化,评价规则的可配置化1。1)自动分析任务配置:为实现自
3、动化的炼钢质量指标分析,提供自定义任务参数配置功能,以向导模式进行配置,提高易用性。2)名称字典管理:对炼钢过程关键工序命名进行标准化管理,在参数配置模块进行统一定义。工艺指标字典:根据客户产线范围和工序设备构成情况,收集各个工序、设备关键指标项进行统一定义,为大数据平台实时监控、过程跟踪和质量评价提供标准化数据。3)工序事件定义:规范定义各个工序过程中的事件名称,作为工序时段定义的标准输入项。具体工序事件定义以现场二级的工序事件定义为准。4)实时监控告警规则配置:炼钢实时监控针对每个工序进行指标告警阈值配置,超出阈值时进行实时告警。5)权限管理:质量大数据系统根据角色进行权限分配,根据用户组
4、织数据进行用户初始化,根据用户岗位不同分配到不同的角色中。各个角色用户可查看本角色权限范围内的功能和数据,并可在授权范围内选定条件进行查看、分析和导出数据。2炼钢质量控制大数据系统设计要点数据采集模块程序开发的原则是通用、可配置化、可扩展和功能模块化等,配置有 2 个接口,用于存储源表结构信息。该模块数据加载到大数据系统分为三个步骤2:数据文件传输并加载至 HDFS 中、HDFS文件映射到 Hive 外部表以及外部表同步 HBase 数据表或 ORC 表。大数据工序内部通过炉号将当前工序下的工艺指标数据、检化验数据和过程指标数据等多维度数据关联,同时扩充相关炉次所在设备、所在工位、对应班组、对
5、应钢种和规格等炉次属性,为多维度的数据提取分析提供数据支撑。跨工序数据整合,以炉号为主线,将转炉、LF 精炼连铸及轧钢等数据进行组装,为跨工序、多维度业务分析提供数据服务。数据存储模块以数据文件形式传输到大数据平台,存储为 ORC 事务表,数据库接口方式提供数据的数据源,通过 Sqoop 抽取到大数据平台,以 ORC 表方式存储。数据查询模块提供 JDBC 驱动包,通过定制查询页面提供客户查询数据,也可按工序、设备、钢种、规格、物料和时间等多种条件进行数据查询,允许其他应用程序直接通过 SQL 查询获取结果集,并通过Excel 格式导出。3炼钢质量控制大数据系统搭建炼钢质量控制大数据系统架构如
6、图 1 所示,包括质量追溯、质量监控、质量评价和质量分析等事中控制及事后分析功能。事中控制主要是通过质量评价和收稿日期:2023-04-23作者简介:毕丹(1984),女,辽宁人,本科,毕业于沈阳理工大学,高级工程师,主要从事钢铁企业数字化方面的研究及实现工作;刘伟(1972),男,辽宁人,本科,毕业于辽宁工业大学,正高级工程师,主要从事钢铁企业数字化方面的管理研究及实现工作。总第 230 期2023 年第 8 期现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and InformationizationTotal 230No.8,2023DOI:10.16525/ki
7、.14-1362/n.2023.08.050技术创新2023 年第 8 期质量监控实现质量的在线评价与监控,并与信息化系统对接,避免批量质量问题发生。事后分析主要是通过质量分析和质量追溯对质量数据进行确认与追溯,实现根因分析和问题定位。该环节不仅展示工序概况,还包括事件跟踪、实时监控告警分析和指标趋势跟踪等几类信息的跟踪,能够追溯到各工序秒级或毫秒级指标数据,并展现当前追溯的炉次全工序周期内告警趋势及明细详情。产品状态追溯用于查询目标产品及产品对应的炉次涉及的坯料最新的位置,包括在哪个库房、是否取材、是否出库以及是否发给用户。加料信息追溯包括工序加料过程列表和加料信息详情两部分。加料过程列表以
8、树形图形式展现炉次工序加料名称加料时间 4 个层次的信息。检化验信息追溯功能将所有工序检化验结果进行分类统计,并提供每个类别检化验数据明细。包括各工序钢水成份信息、钢渣成份信息、钢坯低倍信息和钢材性能信息。实时监控范围包括转炉、LF 炉和连铸机等工序下的主体设备。监控内容包括各设备实时炉次属性信息、实时指标趋势、实时事件、检化验结果、过程质量评分、评级和预判等各类信息的监控跟踪。包括但不限于炉次开始、废钢加入、铁水加入、加料、测温取样、主吹开始、主吹结束、补吹状态、双渣吹炼、出钢开始、出钢结束、溅渣开始、溅渣结束和炉次结束等。可以实时了解最新生产进度,具体实时事件项以现场二级定义的冶炼事件为准
9、。转炉工序关键指标展示区域显示炉次关键实时数据,包括但不限于炉龄作业时间、测温时间、终点碳、终点温度、转炉冶炼周期、氧枪枪龄、出钢口次数和氧耗等指标3。转炉实时告警分析包括告警时间、告警指标和告警级别等信息,提供时间维度和指标维度的告警分布统计。时间维度告警实时统计以折线图显示当前炉次告警次数变化趋势,横坐标为时间,纵坐标为告警次数。通过“当天炉次”操作切换当天总告警数量变化趋势。指标维度告警统计以指标名称为横坐标,以各指标报警数量为纵坐标,以柱状图等形式展现告警指标范围和每个指标告警数量分布,集中呈现当前炉次在当前工序的告警指标范围。包括但不限于钢包到达、钢包就位、炉次开始、变压器换档、电流
10、换档、加料、测温、软吹开始、软吹结束、送电、停电、喂丝开始、喂丝结束、断路器合闸、炉次结束和钢包吊离等。LF 工序关键指标展示区域显示炉次关键实时数据,包括但不限于作业时间、测温时间、温度、通电周期、电耗、精炼周期、软吹时间、软吹流量、进站温度和出站温度。LF 实时告警分析提供 LF 工序时间维度和指标维度的告警分布统计,时间维度告警实时统计以折线图等显示当前炉次告警次数变化趋势,横坐标为时间,纵坐标为告警次数。通过“当天炉次”操作切换当天总告警数量变化趋势。指标维度告警统计以指标名称为横坐标,以各指标报警数量为纵坐标,以柱状图等形式展现告警指标范围和每个指标告警数量分布。集中呈现当前炉次在当
11、前工序的告警指标范围,便于分析潜在风险。连铸工序关键指标展示区域显示连铸工序关键实时数据,包括但不限于开浇时间,浇铸时间,液相线,过热度、结晶器液面自动控制命中率、温度拉速匹配和成坯率等指标。连铸实时告警分析提供时间和指标两个维度的告警分析。时间维度告警实时统计以折线图显示连铸工序告警次数变化趋势,横坐标为时间,纵坐标为告警次数,缺省显示当前炉次周期内告警分布情况。另外,还提供全天告警分布的分析,便于对比当前炉次告警分布与当天其他炉次告警分布的差异,辅助判断是否存在异常。指标维度告警统计以指标名称为横坐标,以各指标报警数量为纵坐标,以柱状图等形式展现告警指标范围和每个指标告警数量分布。集中呈现
12、当前炉次在连铸工序的告警指标范围,便于分析潜在风险。图 1炼钢质量控制大数据系统架构全流程质里追溯物料数据产品状态加料信息检化验信息炉次分析炼钢过程分析实时指标分析质量分析工具质量分析炼钢工序过程追溯指标评价炉次评价过程质量评价过程实时监控事中控制转炉工序监控LF工序监控连铸工序监控事后分析毕丹,等:大数据技术在炼钢质量控制中的应用149窑窑现代工业经济和信息化第 13 卷表 2炉次分析主要功能表功能功能说明炉次数据查询按照查询条件查询符合条件的炉次大数据,并展现符合查询条件的炉次数据列表图形分析自定义分析维度:通过选择 Y 轴和 X 轴变量指标设定分析维度。图形分析功能:根据设定维度提供折线
13、图、散点图、柱状图和箱线图 种图形分析功能。例如,Y 轴选择 BOF 放钢温度,X 轴选择钢种类别,图形类别选择折线图,则图形展现区域以折线图的形式显示不同钢种类别的放钢温度趋势指标对比分析关注炉次标记,通过手工点选设定关注的炉次范围。关注炉次与其他炉次指标对比分析,自定义对比维度,系统以散点图形式展示指标数据分布,以突出颜色和形状标注关注炉次数据点,直观展现关注炉次数据分布特征过程质量评价包含指标评价和炉次评价,其依据工艺标准,以工序指标数据为基础,采用目标偏差率、合规率和阶梯打分等多种打分算法,对关键质量指标进行打分评价4。根据指标评价结果,进一步对炉次进行评价打分,通过打分评价实现质量精
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