大数据技术在炼钢质量控制中的应用

大数据技术在炼钢质量控制中的应用

王玉生

河钢邯钢邯宝炼钢厂 河北邯郸 056015 

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

引言

在当前社会消费升级、产业迭代以及供给侧改革等大环境下，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.炼钢质量控制大数据系统设计要点

1.1数据采集设计要点

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：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。

1.2炼钢数据处理设计要点

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。

1.3数据存储设计要点

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。

2.炼钢质量控制大数据系统搭建

2.1炼钢工序过程追溯

2.1.1产品状态追溯

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。

2.1.2加料信息追溯

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。

2.1.3检化验信息追溯

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。

2.2过程实时监控

2.2.1转炉工序监控

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。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。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。

2.2.2LF工序实施监控

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前工序的告警指标范围，便于分析潜在风险。

2.2.3连铸工序监控

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。集中呈现当前炉次在连铸工序的告警指标范围，便于分析潜在风险。

2.4炼钢质量分析

2.4.1实时指标分析

实时指标以秒级或毫秒级间隔采集，能够精细化反映生产过程中指标变化趋势，有助于回顾生产过程，了解生产控制细节。该环节若按时段对比分析，对比同一时段不同指标项的趋势，有助于发现指标间相互影响关系。若按炉次对比分析，通过对比质量异常炉次和优等炉次之间指标趋势关系，辅助分析质量异常炉次的问题根源。

2.4.2炉次分析

炉次分析以炉号为主线，关联炉次转炉、精炼和连铸各工序关键指标数据，提供数据查询，快速了解每个炉次基本信息。通过指标趋势分析、指标对比分析，直观展示指标特征，发现指标异常的炉次。

2.4.3质量分析工具

质量分析工具模块提供从数据提取、数据预处理到数据分析全过程的数据分析功能。通过数据提取功能引入待分析数据，通过数据预处理功能完成数据分析之前数据准备工作，包括数据过滤、转换和数据分布特征的预分析。数据分析方面，系统提供图形分析、Cpk分析、SPC分析、相关分析和主成分分析等多种分析工具，帮助用户更加便捷地进行数据分析。数据提取模块完成待分析数据的提取、预处理过程，系统提供多种数据提取方式和预处理功能，辅助用户在正式分析之前对数据进行多维度筛选和整理。

1）系统支持以大数据平台、外部Excel文件以及用户在系统中保存的数据集作为分析的目标数据集。

2）字段范围选择：针对提取的数据集，系统提供字段筛选功能，只保留目标分析字段，对无关字段进行删减。

3）数据检查：对当前的数据集进行初步的空值检查和数据分布统计，便于了解数据构成情况。

4）单条删除：在数据列表中针对个别单条数据，提供单条删除功能，方便对数据进行更细粒度的筛选。

5）数据预处理：系统提供删除空值、指定字段值范围和指定数据分类等方式进行数据预处理。

6）数据导出Excel：处理结果数据支持导出为本地Excel文件，在系统外进一步分析或作为输入数据再次导入系统分析。

结语

本文从炼钢质量控制过程大数据参数配置出发，在介绍炼钢质量控制大数据系统的设计要点的基础上，对炼钢质量控制大数据系统进行了设计，科学精准地控制炼钢过程，有效提升了钢材质量。

参考文献

[1]官跃辉，邱文军.固体电解质直接定氧技术在炼钢工艺中的应用[J].现代制造技术与装备，2018（12）：118.

[2]钱卫江.快速定碳技术在转炉炼钢中的应用[J].工业计量，2017（S2）：26.