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面向生产指标的高炉料面优化研究

发布时间:2020-06-15 00:46
【摘要】:钢铁产业是国民经济的重要支柱产业,是衡量一个国家工业水平和综合国力的重要指标,对国民经济的可持续发展有着不可忽视的影响。高炉炼铁过程作为钢铁流程中的重要环节,其能耗和排放量占整个流程的主要部分。“中国制造2025”倡导以“信息化与工业化深度融合”为主线,强化工业基础能力,提高工业技术和产品质量,加快推进和发展节能减排和技术创新。因此,实现高炉炼铁的信息化与智能化,符合国家发展的需求。在高炉炼铁生产的四大制度中,高炉的上部调节制度(布料制度)是操控高炉最频繁和最有效的手段,它直接影响炉料在炉喉处的分布。合理的炉料分布能够形成更加合理的煤气流分布,使得炉内的化学反应更加充分,对高炉长期稳顺运行和节能减排具有重要作用。由于高炉运行机理复杂、关键参数检测困难,料面形状的调整目前仍以操作人员的经验为主,难以实现高炉生产指标的优化。本文针对高炉炼铁过程的非线性、多约束等特点,以高炉指标优化为目标,开展面向生产指标的高炉料面优化决策的研究。主要从高炉生产指标体系构建、生产指标预测模型、料面优化决策及调整四个方面进行了深入研究,为高炉布料操作提供了指导,保证了高炉的稳顺运行。本文的主要研究工作和创新性成果如下:(1)构建了高炉生产指标体系并提出了面向生产指标的料面优化框架。根据高炉生产宗旨和实践经验,从质量指标、经济成本指标、能源利用指标、顺行指标以及运行参数指标五个方面来考虑,构建了一个科学可行的高炉生产指标体系,为高炉生产管理提供了依据。同时,根据高炉生产工艺特点,对生产指标进行了多尺度定义与刻画,以描述指标之间的时间与空间的相互关系,为后续指标优化指引了方向。在此基础上,针对面向指标的高炉料面优化的难点,将数据与知识相结合,提出了料面初值优化设定、生产指标预测模型与反馈补偿修正的多层次料面优化决策流程和方法。(2)建立了高炉生产指标预测模型。基于超限学习机理论建立了高炉生产指标与料面参数、过程参数之间的非线性关系模型。针对高炉数据的特点,提出了多种改进的超限学习机算法,以提高算法处理工业数据的应用能力和模型的准确性。并利用实际的高炉生产数据,进行了仿真实验,验证了所提出算法的可行性和有效性。(3)建立了面向生产指标的高炉料而多目标优化模型.为达到高效低耗的生产优化目标,建立了以煤气利用率、优比为优化目标,生产顺行与产品质量为约束条件,料面特征参数为决策变量的料面初值多目标优化模型。然后,根据该优化问题的特点以及获得更综合的Pareto最优解,提出了集成的多目标优化求解框架,用于发现可行解,提高优化的效率和准确性。(4)提出了基于关联规则挖掘的反馈补偿策略。首先,根据高炉炼铁过程的生产数据特征,构建了煤气利用率和焦比偏差与料面增量间的规则形式,然后利用改进的关联规则挖掘方法从大量实际生产数据中挖掘出补偿规则。当优化的目标值与实际值发生偏差时,利用挖掘得到的增量规则对料面设定值进行补偿修正。通过仿真实验验证了所提方法的可行性与有效性。该优化决策能在保证高炉生产稳定运行的前提下,实现优化运行,达到高效、优质、低耗的生产目标,并为布料控制提供精准控制目标。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP18;TF54
【图文】:

框图,研究工作,框图,生产指标


当优化得到的目标值与实际值发生偏差时,利用所挖掘的增量规则对料逡逑面设定初值进行补偿修正。最后,通过仿真实验验证了所提出方法的可行性。逡逑本文的研[偣ぷ骺蛲既缤迹保彼尽e义县嫦蛏副暧呕牧厦嬗呕芯垮义现饕侍忮五危卞五五义希副晏逑靛危副甑慕ㄥ澹厦嫔瓒ǔ踔靛危厦嫔瓒ㄖ档腻义希宓墓菇ㄥ危迥e危逵乓插尾钩メ苷义霞际踔С佩义希苫谏谥肌㈠危慕某扪у危闪0m丨丨焯诟逡逑专家知识、实践逦习机算'法逡逑经验的多尺度的邋逦逦邋逦逡逑指标体系逡逑图1-1研究工作框图逡逑L4论文的组织结构逡逑本文的内容共分七章,各章节的主要内容组织如下:逡逑第一章:引言,介绍了课题来源,论述了课题研宄背景及意义,并给出逡逑了本文的主要研宄工作和组织结构。逡逑第二章:文献综述,详细阐述了高炉料而分布模型、高炉生产指标智能逡逑建模技术、高炉优化问题以及多丨:丨标优化等方而的闺内外研究现状,并分析逡逑了连前研究现状中存在的问题。逡逑第.章:高炉生产指标体系的建立与面向生产指标的料而优化框架

拟合曲线,料面形状,料面


图2-2料面拟合曲线类型逡逑2008年,于要伟W为了更加精确的描述料面形状,提出将料面进行多段逡逑线性化处理,用#条线段组合起来表示料面函数,如下式所示:逡逑f(r)邋=邋Kn(r-r0)邋+邋f0(r)逦(2-1)逡逑式中,r为半径方向上离高炉中心的距离,rn、/D(r)为料面函数某段的端点坐逡逑标,&为第《段料面函数的斜率。逡逑2009年,高绪东、程树森等人W综合考虑了料流宽度、炉料堆角对料面逡逑形状的影响以及料堆的形成机理,认为料面形状符合正态分布规律,采用等逡逑体积法料面叠加原理,建立了布料数学模型,结合试验数据修正仿真模拟过逡逑程,模拟结果与实际布料结果基本吻合。逡逑印度比莱钢铁公司的V.R.邋Radhakrishna等人|71研究了整个过程的数学模逡逑型,分析了不同的炉料轨迹对应的落点位置,同时分析了炉料轨迹对料面形逡逑状的影响,并采用曲线的方式描述了料面形状。逡逑

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