带约束动态规划在铁矿石烧结中的探索与应用
发布时间：2021-06-08 20:14
铁矿石烧结是高炉冶炼的第一工序,高炉炼铁工艺是现代钢铁工业生产铁的主要方法,可见,烧结矿质量的优劣与总体钢铁工业效益息息相关。因此,研究铁矿石烧结过程中的机理模型,建立数学模拟模型和烧结矿质量预测模型,有利于改善烧结矿的产量和质量,促进钢铁工业的高速发展。烧结过程热状态的合理分布是生产优质烧结矿的重要条件,对铁矿石烧结过程中烧结终点的预测与控制至关重要。本文将对风箱废气温度分布进行建模,通过拟合最后八个风箱温度的线性曲线,实时在线估计虚拟透烧点的位置,进而预测虚拟透烧点的未来趋势,在线指导控制烧结生产过程,提高烧结矿的质量与产量。本文在铁矿石烧结理论的基础上,将烧结过程分成烧结矿层、燃烧层、预热层和过湿层四个层次,对透烧点所在风箱、预热层和烧结层的风箱温度建立分段线性回归模型。然后利用最小二乘估计对模型进行多变量目标函数的优化拟合,随后再根据实际物理特性附加约束条件,建立多变量目标函数的分层优化模型,利用该模型估计烧结过程的虚拟透烧点和最高精确温度值。最后选取实际数据对铁矿石烧结过程中的虚拟透烧点（BTP）位置进行探讨,预测BTP未来的趋势走向。本文在实证部分选取了山东某钢厂2018年...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１：?２０００－２０１９年我国粗钢产量及其增长率??
?山东大学硕士学位论文???第三章铁矿石烧结的热控制模型??３．１烧结过程简介??铁矿石烧结是指在粉矿和含铁粉料中，加入溶剂和焦炭颗粒等固体颗粒燃??料，点火助燃，使铁矿石原料燃烧熔化最终形成烧结矿的过程。目前我国的??大、中型铁矿石烧结厂普遍都使用带式抽风烧结机来对生产铁矿石，这种烧结??方法具有节约能源、改善产品质量、增加产量以及便于实现大型化和自动化等??优点［３７］，图３．１表示抽风式烧结工艺的流程图。??ｒ?Ｖｗ＿：—！??：１?：；??，！??去禽沪（成ａ？ｗ矿）???＾???＾?Ｊ??抽风烧结工艺流程图??图３．１：抽风式烧结工艺的流程图??铁矿石的烧结过程主要包括布料、点火、烧结和冷却四个步骤。首先将铁??矿石、焦炭颗粒和溶剂（如石灰石、生石灰）等烧结原料与水分按照一定的比??例混合制粒，铺到移动的烧结台车上，然后在台车上方用气体燃烧火焰进行点??火，热量在料层底部的抽风负压作用下从上到下进入料层内部加热混合料，固??体燃料剧烈燃烧使混合燃料达到燃点，料层开始燃烧形成一层火焰锋面。在抽??风机的负压作用下，火焰烽面一直缓慢地往烧结床底部推进，就开始了烧结过??程，这是其中包含很多复杂的物理化学变化。最后当火焰烽面接触的烧结床底??部时，整个烧结过程结束，得到的大块烧结矿，同时需要将热烧结矿用齿辊破??碎机碼碎，冷却后再重新筛分，满足一定粒度要求的铁矿石被送入高炉进行冶??炼，得到成品烧结矿，其他的冷返矿将返回到烧结原料里进行再次烧结［３８］。??本文的研宄重点是烧结机在点火以后的烧结过程，示意图如图３．２所??示，整个烧结料层从上到下基本形成４个带：烧结矿层（Ｓｉｎｔｅｒ
?山东大学硕士学位论文???（Ｂｕｒｎｉｎｇ）、干燥预热层（Ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）、过湿层（Ｗｅｔ），其中每一层发生的主要??物理化学反应如下［３９］：??？?台￥运动方向Ｊ?１??￣￣＊＇废气??图３．２：烧结过程示意图??（１）烧结矿层（Ｓ）：固体燃料逐渐燃烧殆尽，该烧结区域温度很高，风??机从下抽吸进来的冷空气，使液态溶体冷却凝固，烧结床内的料层结构逐渐固??定，形成烧结矿。其中主要发生磁铁矿的氧化和液态溶体的凝固过程两种化学??反应，都是放热反应，因此会对烧结床内温度场逐渐下降。??（２）燃烧层（Ｂ）：混合制粒达到燃点后，在高温的火焰烽面处进行的燃??烧过程，主要有焦炭燃烧、磁铁与〇２，匸〇２的氧化反应、赤铁矿与焦炭、Ｃ０??的还原反应、赤铁矿的高温分解过程等放热反应，温度升高，烧结床内的结构??也发生变化，所有矿物逐渐同化成液态熔体，形成固液气三相体系的形成。当??燃烧层底部接触到物料层最底部时，烧结床内温度达到最高温，该点被称作透??烧点（Ｂｕｒｎ?Ｔｈｒｏｕｇｈ?Ｐｉｏｎｔ），简称?ＢＴＰ。??（３）预热层（Ｐ）：料层中的固体燃料剧烈燃烧，形成火焰烽面，温度很??高，水分蒸发、结晶水脱落，发生固相反应，生成液相溶体，逐渐同化固体矿??物，进而得到更多的液相溶体。固、液相转变的过程中，也会生成气相，从而??形成固液气三相同时存在的混合体系在该体系中，在表面张力和重力的作用??下，液相、气相会导致溶体合并，颗粒的形态开始出现显著变化，料层结构也??发生变化。当预热层底部接触到物料层最底部时，意味着料层温度开始骤然上??升，该点称作温升点（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｒｉｓｅ?Ｐｉｏｎｔ），简
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁矿石烧结过程传热传质数值模拟[J]. 张小辉,张家元,张建智,苏浩,周孑民. 中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[2]烧结床层的热质分析[J]. 刘斌,冯妍卉,姜泽毅,张欣欣. 化工学报. 2012(05)
[3]铁矿石烧结料层温度模拟模型[J]. 范晓慧,彭坤乾,陈许玲,王祎. 矿冶工程. 2012(02)
[4]烧结热过程数值仿真系统的研究与分析[J]. 金周,温治,司俊龙. 冶金自动化. 2008(05)
[5]基于传热的烧结料层温度分布模型[J]. 龙红明,范晓慧,毛晓明,姜涛,陈许玲. 中南大学学报(自然科学版). 2008(03)
[6]基于专家系统的烧结生产质量监督和操作指导控制系统[J]. 赵德宽,王京,王海,张文宇. 冶金自动化. 2004(02)
[7]在线判断烧结矿烧结终点的模糊识别法[J]. 周芳,岑豫皖,杜培明. 仪器仪表用户. 2003(05)
[8]基于神经网络烧结终点（BTP）预测系统[J]. 程武山,刘长青. 计算机应用与软件. 2003(07)
[9]烧结料层温度分布模型解析解及其统一形式[J]. 龚一波,黄典冰,杨天钧. 北京科技大学学报. 2002(04)
[10]烧结机尾红外热成像计算机视觉信息处理系统[J]. 徐正光. 冶金自动化. 2002(02)
博士论文
[1]铁矿石烧结过程的数值模拟与试验验证[D]. 赵加佩.浙江大学 2012
[2]铁矿石烧结过程热状态模型的研究与应用[D]. 龙红明.中南大学 2007
[3]烧结过程智能实时操作指导系统的研究[D]. 李桃.中南大学 2000
硕士论文
[1]基于小波分析的灰色模型与ARMA-GARCH模型的组合预测[D]. 李晓彤.山东大学 2018
本文编号：3219128
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１：?２０００－２０１９年我国粗钢产量及其增长率??
?山东大学硕士学位论文???第三章铁矿石烧结的热控制模型??３．１烧结过程简介??铁矿石烧结是指在粉矿和含铁粉料中，加入溶剂和焦炭颗粒等固体颗粒燃??料，点火助燃，使铁矿石原料燃烧熔化最终形成烧结矿的过程。目前我国的??大、中型铁矿石烧结厂普遍都使用带式抽风烧结机来对生产铁矿石，这种烧结??方法具有节约能源、改善产品质量、增加产量以及便于实现大型化和自动化等??优点［３７］，图３．１表示抽风式烧结工艺的流程图。??ｒ?Ｖｗ＿：—！??：１?：；??，！??去禽沪（成ａ？ｗ矿）???＾???＾?Ｊ??抽风烧结工艺流程图??图３．１：抽风式烧结工艺的流程图??铁矿石的烧结过程主要包括布料、点火、烧结和冷却四个步骤。首先将铁??矿石、焦炭颗粒和溶剂（如石灰石、生石灰）等烧结原料与水分按照一定的比??例混合制粒，铺到移动的烧结台车上，然后在台车上方用气体燃烧火焰进行点??火，热量在料层底部的抽风负压作用下从上到下进入料层内部加热混合料，固??体燃料剧烈燃烧使混合燃料达到燃点，料层开始燃烧形成一层火焰锋面。在抽??风机的负压作用下，火焰烽面一直缓慢地往烧结床底部推进，就开始了烧结过??程，这是其中包含很多复杂的物理化学变化。最后当火焰烽面接触的烧结床底??部时，整个烧结过程结束，得到的大块烧结矿，同时需要将热烧结矿用齿辊破??碎机碼碎，冷却后再重新筛分，满足一定粒度要求的铁矿石被送入高炉进行冶??炼，得到成品烧结矿，其他的冷返矿将返回到烧结原料里进行再次烧结［３８］。??本文的研宄重点是烧结机在点火以后的烧结过程，示意图如图３．２所??示，整个烧结料层从上到下基本形成４个带：烧结矿层（Ｓｉｎｔｅｒ
?山东大学硕士学位论文???（Ｂｕｒｎｉｎｇ）、干燥预热层（Ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）、过湿层（Ｗｅｔ），其中每一层发生的主要??物理化学反应如下［３９］：??？?台￥运动方向Ｊ?１??￣￣＊＇废气??图３．２：烧结过程示意图??（１）烧结矿层（Ｓ）：固体燃料逐渐燃烧殆尽，该烧结区域温度很高，风??机从下抽吸进来的冷空气，使液态溶体冷却凝固，烧结床内的料层结构逐渐固??定，形成烧结矿。其中主要发生磁铁矿的氧化和液态溶体的凝固过程两种化学??反应，都是放热反应，因此会对烧结床内温度场逐渐下降。??（２）燃烧层（Ｂ）：混合制粒达到燃点后，在高温的火焰烽面处进行的燃??烧过程，主要有焦炭燃烧、磁铁与〇２，匸〇２的氧化反应、赤铁矿与焦炭、Ｃ０??的还原反应、赤铁矿的高温分解过程等放热反应，温度升高，烧结床内的结构??也发生变化，所有矿物逐渐同化成液态熔体，形成固液气三相体系的形成。当??燃烧层底部接触到物料层最底部时，烧结床内温度达到最高温，该点被称作透??烧点（Ｂｕｒｎ?Ｔｈｒｏｕｇｈ?Ｐｉｏｎｔ），简称?ＢＴＰ。??（３）预热层（Ｐ）：料层中的固体燃料剧烈燃烧，形成火焰烽面，温度很??高，水分蒸发、结晶水脱落，发生固相反应，生成液相溶体，逐渐同化固体矿??物，进而得到更多的液相溶体。固、液相转变的过程中，也会生成气相，从而??形成固液气三相同时存在的混合体系在该体系中，在表面张力和重力的作用??下，液相、气相会导致溶体合并，颗粒的形态开始出现显著变化，料层结构也??发生变化。当预热层底部接触到物料层最底部时，意味着料层温度开始骤然上??升，该点称作温升点（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｒｉｓｅ?Ｐｉｏｎｔ），简
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁矿石烧结过程传热传质数值模拟[J]. 张小辉,张家元,张建智,苏浩,周孑民. 中南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[2]烧结床层的热质分析[J]. 刘斌,冯妍卉,姜泽毅,张欣欣. 化工学报. 2012(05)
[3]铁矿石烧结料层温度模拟模型[J]. 范晓慧,彭坤乾,陈许玲,王祎. 矿冶工程. 2012(02)
[4]烧结热过程数值仿真系统的研究与分析[J]. 金周,温治,司俊龙. 冶金自动化. 2008(05)
[5]基于传热的烧结料层温度分布模型[J]. 龙红明,范晓慧,毛晓明,姜涛,陈许玲. 中南大学学报(自然科学版). 2008(03)
[6]基于专家系统的烧结生产质量监督和操作指导控制系统[J]. 赵德宽,王京,王海,张文宇. 冶金自动化. 2004(02)
[7]在线判断烧结矿烧结终点的模糊识别法[J]. 周芳,岑豫皖,杜培明. 仪器仪表用户. 2003(05)
[8]基于神经网络烧结终点（BTP）预测系统[J]. 程武山,刘长青. 计算机应用与软件. 2003(07)
[9]烧结料层温度分布模型解析解及其统一形式[J]. 龚一波,黄典冰,杨天钧. 北京科技大学学报. 2002(04)
[10]烧结机尾红外热成像计算机视觉信息处理系统[J]. 徐正光. 冶金自动化. 2002(02)
博士论文
[1]铁矿石烧结过程的数值模拟与试验验证[D]. 赵加佩.浙江大学 2012
[2]铁矿石烧结过程热状态模型的研究与应用[D]. 龙红明.中南大学 2007
[3]烧结过程智能实时操作指导系统的研究[D]. 李桃.中南大学 2000
硕士论文
[1]基于小波分析的灰色模型与ARMA-GARCH模型的组合预测[D]. 李晓彤.山东大学 2018
本文编号：3219128
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