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[硕士论文] 李冲
化学工程与技术 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:我国的煤炭资源消费总量巨大,目前高炉喷吹燃料的主体仍为煤炭,但煤炭属于不可再生的一次能源,其加工利用过程中污染物排放量大。因此寻求可替代传统喷吹燃料的新型能源,既可缓解煤炭资源紧张又可以降低对环境的污染。我国生物质能源丰富,但利用效率较低,从而造成了大量的浪费,若能将生物质资源应用于高炉喷吹,既可以减少煤炭资源的消耗,又可以为生物质高效利用提供新途径。
  本研究选取可再生且“碳零排放”的农业生物质花生壳为原料,在热解装置中进行热解得到终温为350、400、450、500、550℃的花生壳炭,并对花生壳炭进行基础特性分析,探究花生壳炭的性质与热解终温的关系;同时进行与高炉喷吹相关的冶金性能分析、燃尽率分析和热重分析,判断其是否满足高炉喷吹对燃料的要求,并选取最优热解终温花生壳炭与混煤配合,探究最佳配比。
  研究表明:随着热解温度的升高,花生壳炭的挥发分含量降低,固定碳含量升高,灰分基本不变,炭得率降低;表面孔隙结构先变得丰富且规则,在400℃呈“蜂窝”状结构,随后逐渐变得混乱;各官能团慢慢减少最后趋于稳定,且越来越表现为芳香结构特性,在550℃红外光线基本被吸收,说明花生壳炭热解基本完成。550℃花生壳炭A5的灰分、硫含量、发热量、燃烧性能均满足高炉喷吹对燃料的要求,灰熔融性低于要求,但对比其他几种热解终温的花生壳炭为最优。掺混燃料在本研究的几种冶金性能分析基础上作为高炉喷吹燃料的最佳配比为,永城无烟煤∶神木县长焰煤∶A5=50%∶0%∶50%。
[硕士论文] 袁致强
控制科学与工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:烧结是钢铁冶炼的重要工序之一,烧结矿是我国高炉炼铁的主要原料,烧结矿化学成分的稳定性直接影响高炉炉况和钢铁产品质量。烧结过程是一个具有大滞后性、强耦合性、强非线性等复杂特征的动态系统。烧结矿化学成分难以被稳定控制,实现烧结矿化学成分准确预测对其稳定控制具有十分重要的意义。
  目前传统浅层网络算法未能充分发掘烧结过程的本质规律,预测精度不够高,难以满足实际生产需求。且在实际生产过程中,一直采用人工化验的方式造成数据检测严重滞后,无法实时预测烧结矿化学成分。针对以上问题,本文提出了基于深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)的烧结矿化学成分预测模型,并结合瞬发伽马射线中子活化分析(PGNAA)技术实现在线预测系统,实现烧结矿化学成分的实时快速预测。
  首先,本文通过对烧结过程深入分析,确定模型预测参数,并分析预测算法,选择建立基于DBN的烧结矿化学成分预测模型。其次,使用灰色关联分析方法确定模型输入参数,剔除样本异常数据和归一化处理。在此基础上,设计DBN模型结构,建立基于DBN的烧结矿化学成分预测模型,基于实际生产数据对模型仿真分析,并和BP神经网络模型和SVM模型等常用的浅层模型仿真对比。结果表明,本文所提出的DBN模型预测精度高,相对其他方法具有明显的优势。最后针对烧结过程离线检测存在大滞后的问题,使用PGNAA技术实现成分在线检测,为DBN预测模型提供实时数据,开发在线预测系统。系统仿真运行结果表明:该系统实现了烧结矿化学成分的准确预测,为烧结矿化学成分的稳定控制提供了新思路。
[博士论文] 肖志新
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:目前,中国钢铁产能总体量巨大,为此,炼铁需要消耗大量的铁矿石来满足炼钢生产对铁水的需求,而国内铁矿资源的实际状况是贫矿多,分布散,这就造成了中国大部分钢铁企业长期依赖高价进口富矿,使得炼铁铁原料的成本高、利润低,给企业的生存和发展带来严重挑战。对此,一些企业尝试利用品种多样、价格低廉的低质矿降低成本压力,但由于对低质矿的认识不足,使得烧结矿的质量产生波动,给高炉稳定带来了危害,严重时会造成炼铁工序成本大幅上升,得不偿失。因此,针对多样化的低质矿开展烧结基础研究,掌握低质矿的关键性能,进而来调整烧结配矿结构,稳定烧结矿质量,对高炉顺行和降低成本具有重要意义。
  本文首先研究了各种低质铁矿粉烧结液相行为与关键常温理化性能的相关性;随后分析了各种低质铁矿粉的烧结液相性能对烧结矿结构、组织和性能的影响规律,并使用FactSage7.0软件计算脉石在烧结条件下对烧结液相形成的影响规律;最后结合基础烧结实验结果和生产现场的应用效果进行了低质矿的使用技术研究。
  低质矿烧结液相行为的基础烧结试验结果表明:混合矿的烧结液相行为主要受矿粉粒度和致密结构、烧结料的成分和烧结热制度的影响;烧结过程中液相行为主要表现为相同烧结条件下生成液相量的多少和扩展能力的大小;液相行为主要影响烧结矿结构中孔洞的尺寸、数量和矿粉的粘结效果,即液相对大颗粒矿粉的包裹状况和渗入深度;烧结矿的结构主要受液相行为和大颗粒矿致密度的影响,即扩展性能好的液相易使烧结矿中孔洞数量减少和尺寸增加,也易包裹和渗入大颗粒矿粉中,而液相较难渗入致密度高的大颗粒矿粉中;致密度低和脉石集中的大颗粒矿在烧结后易生成疏松多孔结构;烧结时,在大颗粒矿粉的粘接处易形成气流通道,这些通道升、降温迅速,易达到最高温度,且在烧结恒温段为氧化性气氛,因此,该处的烧结凝固液相中易形成铁酸钙相,其数量与液相成分和烧结过程气氛有关。
  烧结配矿试验结果表明:粒度细和高温液相扩展能力好的烧结料,会明显降低烧结料层的透气性;利用不同矿的粒度、制粒能力和高温液相行为进行互补,能够改善烧结料层的透气性;依据混匀配矿结构及各矿种的烧结液相性能可建立计算混匀矿烧结液相量的经验模型,能够较好预测燃耗、FeO和强度等一些烧结性能指标的变化;低质矿品种和用量对烧结矿还原性能的影响趋势较规律,尤其是对RDI和RI;烧结液相的扩展指数过高或过低的方案RDI均偏高,试验结果表明扩展指数在0.99~1.03范围内的混匀料烧结后的产品具有较好的RDI;在低质矿总用量超过25%后,无论粗、细粒级矿都会引起烧结强度的下降。
  生产试验结果表明:烧结配用19%~32%低质矿期间,因细粒级矿(粉精矿)用量增加9%使得料层透气性变差,但通过适当减低料层的厚度(<30mm),增加机速(平均0.014m/min),降低点火温度(平均16℃)和提高煤气压力,改善了料层透气性,稳定了烧结矿质量和产量,并使燃耗降低了1.78kg/t。在高炉使用该烧结矿期间,出现因低质矿用量增加引起烧结矿粉化率和融滴性能波动的情况。对此,高炉在操作技术方面,主要通过增加大烧5%替换小烧5%,并调整布料制度,疏松料柱边缘和中心,稳定了两股气流,同时,在送风制度方面,主要通过提高热风温度到1181℃、增加0.64%富氧率和缩风口等手段最终稳定了炉型,使高炉煤气利用率由45.15%提高到47.51%,焦比较使用低质矿初期降低了3.09kg/t,煤比降低5.16kg/t。
  本文的研究结果有助于深入认知各种低质铁矿粉的烧结行为及烧结矿的成矿机制,为烧结和炼铁工序合理使用低质矿,降低冶成本提供了指导。
[硕士论文] 吴名
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:近年来钢铁企业产能严重过剩,利润持续走低。如何降本增效成为整个钢铁企业面临的首要难题,而尽量使用低品位铁矿石无疑是降低成本的有效措施,但是使用低品位铁矿石冶炼又会带来各种各样的问题。因此,深入研究高炉配矿极有必要。
  不同的入炉铁矿石品位,会有不同的渣铁比,进而燃料比和生铁成本也不同。优化高炉配矿既要考虑烧结矿、球团矿和天然块矿等各单种入炉矿的化学成分和冶金性能及其配比,又要满足高炉生产中焦炭性能、热制度、鼓风制度、造渣制度、有害元素入炉量等要求,还要使生铁成本最低。国内外的原料优化、配矿方案的研究主要集中在烧结和球团工序方面,而高炉配矿的研究相对很少。基于大数据理论,针对武钢8号高炉从2009年8月到2015年3月将近5年的详细生产数据,本文对高炉利用系数、综合焦比分别建立人工神经网络模型,然后进行训练和预报,并选取预报效果最佳一组实验的权值,来计算矿石品位变化对焦比的影响系数,将其整合到优化高炉配矿决策支持系统中。根据不同的生铁含硅量、风温、矿石中铁品位、矿石FeO含量等分别计算出焦批、燃料量等变化量,从而提出相应的合理变料方案,由变料方案对热制度、造渣制度进行调节等。
[硕士论文] 高述超
控制理论与控制工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:热风炉是高炉炼铁生产最重要的热交换设备,它为高炉提供稳定的高温热风。它提供的热能约占炼铁耗热的1/4,设计和实现热风炉先进控制是提高热风炉燃烧效率、节能降耗的关键。目前国内热风炉的燃烧控制多采用手动调节,燃烧时好时坏,热风炉提供的热风温度较低。为了提高热风炉的自动化水平,改善控制品质,针对热风炉燃烧过程存在滞后、时变和非线性的特点,本文以某钢铁公司顶燃式热风炉为研究对象,设计实现了热风炉先进控制与优化策略,并成功应用。
  本文的主要研究开发工作包括以下内容:
  1、针对烟气温度升温过程存在滞后、时变和非线性等特点,采用升温速度校正,并运用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识时变的参数模型。设计实现了一种烟气升温速度-煤气流量串级控制方案,将GPC和PID分别作为串级控制回路中的主控制器和副控制器,很好地解决了热风炉燃烧速度的控制问题。
  2、拱顶温度变化过程存在非线性、多变量和时变等特点,难以通过建立精确的数学模型寻找合适的空燃比,因而燃烧效率不高。针对这一问题,设计实现了一套燃烧优化系统,采用BP神经网络建立空燃比等变量与拱顶温度之间关系的数学模型,运用遗传算法进行极值寻优,找到最佳空燃比,提高了热风炉燃烧效率。
  3、将现场原有控制系统进行升级改造以提高自动化水平,构建了热风炉先进控制平台,设计了先进控制软件,整定了各回路参数,将研究设计的热风炉先进控制与优化策略投入实际应用,提高了热风炉的风温,优化了热风炉燃烧效率,提升了热风炉控制的自动化水平。
[硕士论文] 胡宏波
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:使用惰性电极电解含有铁的氧化物的熔融电解质可以获得金属铁与氧气,是绿色短流程制备金属铁的一个方法。为制定合理的电解工艺,有必要了解铁离子的电化学还原机理。MgO或Y2O3掺杂的ZrO2是一种氧离子导电固体电解质,在高温下呈现高氧离子导电性和低电子导电性,且抗熔体侵蚀强,经常被用来与流动空气一起构建高温下稳定的O2-|YSZ|Pt|O2(air)参比电极,以开展与氧有关的电化学研究。然而,目前这种参比电极很少用于熔盐体系的电化学基础分析研究。本文拟利用ZrO2(Y2O3)固体电解质管集成构建O2-|YSZ|Pt|O2(air)作为参比电极的结构简单、新颖的电解池,采用循环伏安、方波伏安、计时电位、计时电流、交流阻抗等多种电化学测量技术,系统研究溶解有Fe2O3的CaCl2-NaCl共晶熔盐中Fe3+的电化学行为,分析Fe3+还原机理,并计算电极反应交换电子数、Fe3+扩散系数等电化学参数,为电解还原提铁技术的开发提供理论基础,并探讨YSZ固体电解质管用于熔盐体系电化学基础研究的可能性。
  首先采用循环伏安、方波伏安、计时电位、计时电流与交流阻抗等多种电化学测试技术,结合扫描电镜观察、能谱以及XRD分析,分别研究了不同温度(1273、1323、1373、1393K)、Fe2O3浓度(0.2%、0.5%、1%质量分数)对Fe2O3-CaCl2-NaCl熔盐中Fe3+电化学行为的影响。结果表明,在合适的扫描范围内进行循环伏安与方波伏安法研究时,Fe3+还原峰电流随扫速或者频率的增加而增加,但峰电位基本不随扫速或者频率而变化,Fe3+在Pt电极上的还原为Fe是一步还原并受扩散控制的可逆反应过程,得到了熔盐体系电阻、Fe3+的电极反应交换电子数、Fe3+扩散系数等电化学参数,且发现Fe3+扩散系数随着温度的增加而增加、但随Fe2O3浓度的增加而呈现减小趋势。通过多种电化学测试技术在不同温度Fe3+扩散系数求出了对应的Fe3+离子的扩散活化能。然后利用循环伏安、方波伏安与交流阻抗等电化学技术,在1273K下研究了溶解有0.5%Fe2O3的CaCl2-NaCl熔盐中Fe3+在Fe电极与Mo电极上的电化学行为,发现Fe电极与Mo电极在此条件下可逆性差,所得测试结果的稳定性较差。
  上述结果也表明在一定条件下采用固体电解质集成构建有O2-|YSZ|Pt|O2(air)作为参比电极的新型电化学电池对溶解有Fe2O3的CaCl2-NaCl熔盐进行电化学基础研究是可行的。在选择合适的工作电极条件下,它有望为研究其他熔盐体系中电活性氧化物组元电化学性质提供结构简单、使用方便、稳定性好的统一参比电极。
[硕士论文] 戴柏文
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钢铁工业的快速发展,使得行业中优质炼焦煤资源短缺、温室气体及污染气体排放严重、高炉生产效率提升极限等问题日渐突出,为了有效解决这些问题,一种理论上能降低高炉焦比,且能进一步提升炉身效率的高反应性焦炭-铁焦被提出,铁焦质量的好坏直接影响高炉的稳定顺行。研究表明,铁矿粉添加量、铁矿粉种类、炼焦工艺参数等都会对铁焦的性能有一定的影响,然而,目前的研究主要集中于宏观影响因素方面的解析,针对铁矿物对焦炭热解行为影响的研究并不深入。由于炼焦煤的热解-缩聚过程对焦炭的质量起着决定性作用,因此本文采用热重分析仪、高温热台显微镜等设备,并结合XRD、SEM等表征方法来研究铁矿粉的含量和种类对气煤碳化过程的影响,明确铁焦的结构及性能变化规律。研究得出以下结论:
  首先,从相互作用因子的效果来看,QM添加不同铁矿粉后,相互作用效果由强到弱依次为NF、EX、GW。动力学模型拟合结果表明QM热解过程前期主要由化学反应控制,后期主要由扩散控制。与煤粉单独热解反应机制相比,添加铁矿粉后混合样的反应机制变化明显,煤粉的第二阶段和第四阶段由化学反应控制变为扩散控制。添加铁矿粉后样品热解平均表观活化能为30-35kJ/mol,小于煤粉单独热解时的平均表观活化能46.81k J/mol,且活化能与指前因子存在动力学补偿效应。
  其次,高温热台实验表明随着碳化温度的升高,铁焦体积都表现出先增大后减小的趋势。同种矿粉,收缩程度依次为10%>20%>30%。当矿粉添加量为10%时,三种铁焦样的收缩程度与QM近似;而当矿粉添加量为20%和30%时,铁焦样的收缩程度下降较为明显,且收缩程度大小依次为QM>GW>NF>EX。XRD和SEM结果表明不同铁矿粉在铁焦碳化过程中的变化规律一致,即400℃时,铁焦中的铁矿物主要是Fe2O3,800℃时主要为Fe3O4,1100℃时主要为金属Fe。
  最后,本文从多个角度研究了铁焦结构及性能的变化规律,研究表明EX铁焦的孔隙较少,基质粘结较为紧密;GW铁焦基质粘结较为松散,基质颗粒易脱落;NF铁焦煤粒之间粘结较差,颗粒边界分明。XRD研究表明,同一矿物,随着其添加比例的增加,铁焦石墨化程度逐渐降低。当矿粉添加比例一样时,EX铁焦石墨化程度较高,GW铁焦和NF铁焦的石墨化程度相近,且都低于EX铁焦。抗压强度和转鼓强度结果表明,添加不同矿粉时,铁焦抗压强度顺序依次为QM>EX>GW>NF,铁焦转鼓强度顺序为QM>EX>NF>GW,且随着矿粉添加比例的增加,铁焦强度逐渐下降,但强度顺序保持不变。添加同一矿粉后,除了GW-10%的铁焦外,其他铁焦反应起始温度相对QM焦都有所降低,且随着矿粉添加比例的增大,其降低的幅度越大。同一添加比例,添加不同矿粉时,铁焦反应起始温度高低顺序大致为GW>EX>NF。
[硕士论文] 祝俊俊
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:目前炼铁的主要工艺是高炉炼铁。炉缸高效稳定的排放对延长高炉寿命有重要的技术经济意义。由于高炉实际生产中基本上是个“黑箱”,因此本文利用FLUENT软件的VOF多相流模型,来模拟计算炉缸中铁水瞬态的流动和排放过程。分析炉内各因素对流场、炉缸壁面剪应力、铁口通道渣铁流界面形状和流型以及炉渣滞留率的影响,所得结论如下。
  (1)死料柱的填充形式对炉缸内铁水流场有重要影响。死料柱全填充于炉缸铁水流场稳定。圆柱形和锅底形死料柱存在于炉缸内,铁水环流明显;铁口远端炉缸与炉底的角部有混流,铁口上方和铁口远端渣铁界面附近区域有旋流。
  (2)全填充型死料柱存在于炉缸中,铁水对炉缸壁面的冲刷侵蚀影响最小。随铁口直径、炉缸压力的增加,炉缸壁面所受剪应力增加;随铁口深度、死铁层深度、死料柱孔隙度的增加,炉缸壁面所受剪应力减小;相比于铁口角度为10°和15°时铁口角度为20°时,铁口下侧和泥包壁面的剪应力,有明显的增加。
  (3)死料柱全填充于炉缸与炉壁没有间隙且浮起状态下,铁水排放流量增大。死料柱与炉壁有间隙时,圆柱形还是锅底形死料柱浮起和沉底状态下对铁水排放流量影响较小。随铁口直径和炉内压力增加,铁水排放流量增加;铁口深度、铁口角度、死铁层深度、死料柱空隙度对铁水排放流量的影响较小。
  (4)铁口通道内流体的流型在不同时期不同位置可以分为:渣铁混合界面分层流;渣铁分层流;渣滴分层流和渣铁分层流的混合流;铁-渣-气分层流;弥散流。铁口通道铁水占主导地位时,相界面由近似弓形逐渐向圆滑界面形状转变。
  (5)出铁过程中炉缸内炉渣滞留主要集中在死料柱内部。炉缸四周存在铁水自由区炉渣滞留率较低。随着死料柱空隙度的增加,炉渣的滞留率减小,滞留于死料柱内的炉渣量减小。炉渣粘度增加,可使得炉渣滞留率增加。
[博士论文] 潘怡君
控制科学与工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:高炉炼铁是国家经济体系的支柱产业,一旦发生异常工况,造成的经济损失和安全危害是非常严重的。因此,为了保证高炉设备的安全可靠地运行,异常工况检测是十分必要的。目前在大型高炉系统中,主要有三种故障检测的方法,基于模型的方法,基于知识的方法以及基于数据驱动的方法。近些年来,随着集散控制系统的广泛发展,海量的过程数据被系统采集。基于数据驱动的方法和其他两种方法相比,不需要准确的过程机理模型以及专家知识的长时间积累,因此被广泛地应用在大型高炉系统的故障检测中。
  大型高炉生产过程运行在高温、高压以及高粉尘的情况下,是一个时刻发生各种物理化学反应的复杂流程,同时大型高炉是一个半自动化的生产设备,需要现场操作人员人为地调整生产参数。因此,在设备采集到的训练数据矩阵中,可能会包含大量的过程噪声、离群点以及小故障,而使用传统的数据驱动方法进行故障检测可能会导致较差的检测效果。
  在本文中,作者分别针对高炉过程中出现的过程噪声、离群点以及小故障三种情况进行研究,并分别在数值仿真、TE过程、大型高炉冶炼过程上做了相应的仿真验证。全文的主要内容如下:
  (1)针对大型高炉系统采集到的数据包含过程噪声的问题,利用了主成分追踪方法进行故障检测,并提出了相应的基于相关系数的统计量。该方法是一个在线故障检测的方法,分别将训练矩阵和由训练矩阵与测试矩阵组成的新测试矩阵利于主成分追踪方法进行分解,得到后续用来故障检测的低秩矩阵和稀疏矩阵。其中训练矩阵分解得到的低秩矩阵包含的是过程的重要信息,稀疏矩阵包含的是过程可能存在的噪声。之后在低秩矩阵中利用Hotelling's T2统计量,在稀疏矩阵中利用提出的基于相关系数的统计量,判断设备当前的工况。和传统的故障检测方法相比,主成分追踪方法可以有效地消除过程噪声的影响,同时对数据的特征不加以限制,数据类型可以满足非线性、非高斯性等特征。
  (2)针对大型高炉系统采集到的数据存在离群点的问题,提出改进的主成分追踪方法进行故障检测,并且建立了相应的统计量。该方法首先求解一个凸优化函数,得到一个低秩系数矩阵和一个稀疏矩阵。其中低秩系数矩阵包含过程变量之间的重要关系,是在移除离群点的条件下得到的变量关系,消除了离群点的影响,具有鲁棒性;稀疏矩阵包含过程中可能存在的离群点等。之后,利用低秩系数矩阵以及变量之间的相关关系,构建故障检测统计量。该方法是在移除离群点等异常值的情况下得到的过程变量关系,不仅消除了异常值的影响,还得到了变量之间的本质关系,提高了故障检测的效果。
  (3)针对大型高炉系统采集到的数据存在小故障的问题,提出鲁棒的主成分追踪方法进行故障检测,并对该方法的收敛性进行了证明。小故障的出现可能是因为高炉炉温的微小变化、部分进料不能正常下降等原因,是发生在一段时间内一个或多个变量上的异常工况,与离群点的特征有所不同,因此需要新的方法进行故障检测。本文提出的鲁棒主成分追踪方法是通过求解一个凸优化函数,将小故障同时从训练数据矩阵的行和列分离出来,得到一个不包含小故障的训练矩阵。之后,和主元分析方法相同,利用Hotelling's T2统计量对高炉数据进行故障检测。
  文章的最后对全文做了总结,并展望了未来的研究方向。
[硕士论文] 张建国
动力工程及工程热物理 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国经济的快速发展,对能源的需求量越来越大。2016年中国天然气消耗对外依存度为31%,石油为64.2%,而且该值呈现逐年递增的趋势。因此,有必要开发传统一次能源的替代品,高炉炼铁工艺产生的高炉煤气即是该类替代品之一。但高炉煤气在燃烧过程中因为热值较低而使点火困难,燃烧稳定性差,容易发生熄火等现象。等离子体点火助燃技术即可解决以上问题,等离子体点火助燃技术不仅可以使可燃混合物温度升高到着火点以上,而且能产生大量活性粒子来改善燃料的燃烧特性,从而提高燃烧室的点火可靠性和燃烧稳定性。
  本文以某型等离子体点火器为研究对象,首先对点火器的点火特性进行实验研究,然后建立描述燃烧场的基本控制方程和补充方程,数值模拟研究等离子体对燃烧流场的强化作用,为等离子体点火助燃发生器的设计提供理论基础,主要研究内容如下:
  (1)对点火器的放电电压特性、火核发展过程及空气电离等离子体的发射光谱特性进行实验研究。得到了点火器的放电电压和火核尺寸随时间的变化关系、空气电离等离子体中的活性粒子成分,实验结果为数值模拟等离子体点火过程奠定了基础。
  (2)数值模拟等离子体火核的尺寸大小和能量变化过程,并且在火核附近引入活性粒子。基于某型环管燃烧室系统分析等离子体点火器点火位置、点火功率、点火频率、活性粒子成分和浓度及等离子体射流深度对点火性能的影响;研究结果为点火器的设计和布局提供了指导。
  (3)基于简单湍流扩散射流火焰Flame D对比研究了不同浓度的活性粒子对低热值燃料燃烧流场的强化作用以及不同浓度的活性粒子在不同燃料热值工况下的助燃效果;最后对等离子体助燃低热值气体燃料的助燃效果进行归纳总结,并从化学机理的角度分析其作用原理。
[硕士论文] 庄田
控制科学与工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:高炉炼铁要严格控制硅的还原过程,掌握铁水硅含量的变化。本文针对高炉炼铁过程的非线性和动态性,以Elman神经网络和Adaboost算法为主要的数据驱动建模方法,对硅含量分别进行了回归与分类预测,并将回归与分类的结果进行信息融合:
  (1)硅含量的回归预测。分别研究了多变量Elman-Adaboost强回归器(Multi-variable Elman-Adaboost Strong Predictor,MEASP)和单变量Elman-Adaboost强回归器(Single-variable Elman-Adaboost Strong Predictor,SEASP)。MEASP平均命中率为94.80%;SEASP平均命中翠为90.21%。最后,分析了MEASP比SEASP精度高的原因。
  (2)硅含量变化方向的分类预测。分别研究了多变量Elman-Adaboost强分类器(Multi-variable Elman-Adaboost Strong Classifier,MEASC)和单变量Elman-Adaboost强分类器(Single-variable Elman-Adaboost Strong Classifier,SEASC)。沿用标准型MEASC平均分类命中率L为69.80%,因此引入了改进型MEASC,分别从训练模型、训练数据、训练过程三个方面进行改进,得到的平均分类命中率L为89.19%,分类预测结果较为理想。标准型SEASC平均分类命中率L为71.70%,改进型SEASC的平均分类命中率L为85.32%。最后,进行了详细的分析和比较。
  (3)利用信息融合的方法将回归与分类的结果进行融合。选择了模糊逻辑推理,将所得到的命中率作为隶属度,通过Mamdami模糊蕴含关系得到最终的隶属度,由对应的回归与分类值可以确定模糊控制规则表的输入量,随后就可以查表确定可采取的控制措施。
  最后,总结了全文的研究成果,讨论了进一步的研究方向。
[硕士论文] 许天宇
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:随着高炉冶炼强度的提高,要求热风炉强化燃烧,由于设计热风炉时未考虑到强化燃烧的需求,因此在高炉强化冶炼时热风炉出现振动问题。目前国内外对热风炉振动研究尚少,对热风炉内的气体运动、燃烧过程和振动三者之间的关系认识不够明确,因而有必要研究热风炉内气体运动、燃烧过程和振动特性,为热风炉的设计和操作提供理论支撑。
  以某钢铁厂的霍戈文内燃式热风炉为研究对象。首先,对该厂的热风炉振动特性进行了现场测试;然后通过CFD仿真,分析了燃烧室内的气体流动与燃烧过程;对燃烧室内的压力与温度波动进行瞬态计算,通过FFT分析,探讨了燃烧室内温度与压力波动的频谱,并与热风炉振动特性进行对比分析。在此基础上研究了热风炉煤气喷口尺寸、空气喷口倾角、空气两侧流量分配等因素对燃烧与振动的影响。通过研究,基本弄清了热风炉燃烧室内的气体运动、燃烧过程和热风炉振动三者之间的关系,得出的主要结论如下:
  ①现场振动测试表明:热风炉振动主要是燃烧引起的;炉体和平台振动的最大振幅对应频率集中在20Hz以内。
  ②在燃烧室底部靠近壁面位置有一个低速回流区,该回流区促进了空气和煤气的混合,有利于火焰的稳定;空气环道的高度决定了环道内流速的均匀性及喷嘴出口速度分布的均匀性。
  ③在燃烧室沿高度的各个断面的温分布规律相似,但在沿高度方向上温度值差异较大,在燃烧室不同高度断面上均存在CO,说明燃烧室内燃烧不充分,在高度方向Z=10m断面CO的质量百分数为2.5%,因此该燃烧器的燃烧效率较低。
  ④压力波动峰值对应的频率集中在10-15Hz之间,压力波动峰值频率与实测热风炉炉体振动频率相吻合,说明燃烧室内燃烧过程中压力波动是诱发热风炉炉体振动的主要原因。
  ⑤热风炉负荷、煤气喷口、空气喷口倾角、空气两侧流量分配等因素对燃烧过程影响不明显,但压力波动振幅增加较大。增加热风炉负荷、减小煤气喷口尺寸均使压力波动振幅增加较大;随着倾角α的增大,压力波动振幅加大,当倾角α=60°时峰值振幅为α=55°时的十倍;空气两侧流量分配越不均匀,压力波动振幅越大。
[硕士论文] 董金琴
动力工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:球团烟气中排放的 SO2是大气的主要污染物之一。目前,对球团烟气SO2排放控制的主要方法烟气脱硫法,本文研究了一种新型的湿法脱硫工艺。该工艺稳定可靠,建设成本低,日常维护运行成本较低,操作简单,运行稳定性、可靠性高,脱硫效率高,同时解决了吸收剂利用率偏低的问题。本文首先对近年来湿法烟气脱硫工艺的发展及其特点做了比较。在此基础上,详细研究了本文湿法烟气脱硫工艺,其具有以下特点:(1)在常规脱硫反应器喷淋管顶部加设托盘,使烟气充分接触,气液相得到有效反应;(2)烟气吸收塔的喷淋管道实现了自清洗功能,浆液循环效率提高,吸收塔脱硫剂的利用率达到90%以上,脱硫效率达到96%。
  本文通过研究比较:烟气进出口温度、吸收塔浆液PH值、入口烟气二氧化硫浓度、钙硫比、吸收塔浆池液位高度、烟气量、脱硫剂粒径等运行参数在一定范围内对脱硫效率的影响,同时,简述了其他脱硫辅助设备及防腐材料选择对脱硫效率的影响,烟囱设计的处理工艺对整体脱硫工艺的影响以及经济成本核算和浆液管道布置对现实钢铁企业脱硫改造的指导意义。进口烟气温度对脱硫效率的影响低。出口烟气温度低,操作温度低,脱硫效率高。吸收塔浆液 PH值升高,有利于二氧化硫的吸收率提高,导致脱硫效率提高,当PH值高于5.8,硫酸钙的析出困难,导致脱硫率降低。PH值高有利于二氧化硫的吸收,PH值低有利于硫酸钙的析出。入口烟气二氧化硫浓度升高,脱硫效率降低。钙硫比升高,浆液PH值增大,脱硫效率提高,当钙硫比高于1.05,浆液 PH值偏大,不利于硫酸钙的析出,脱硫效率下降。吸收塔浆池液位高度升高,脱硫效率下降。烟气量升高,脱硫效率降低。脱硫剂粒径增大,脱硫效率降低。
  工程调试结果表明,吸收塔浆液PH值是影响系统脱硫效率和经济运行的重要因素,而且考察系统脱硫过程中效率和安全性时,关键因素就是吸收塔浆池液位。适当入口烟气二氧化硫浓度可以有效保证系统良好运行。当烟气量为560000Nm3/h(工况),烟气入口SO2浓度为:平均4000mg/Nm3(最大6000mg/Nm3)时,在Ca/S=1.03、出口温度为60℃、脱硫剂90%通过250目筛,系统脱硫效率达96%左右。
[硕士论文] 孙一博
物理学 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济和科学技术的发展,高炉研究者对高炉冶炼技术不断完善和提高,使得高炉逐渐趋向大型化、长寿化,这也是高炉冶炼技术的发展趋势。高炉冶炼具有生产效率高、能源消耗少、污染物排放少等特点,在短时期内高炉冶炼依然是中国乃至世界冶金领域的一项重要技术。高炉的长寿化可以降低高炉大修投资,降低因大修停产造成的损失,提高高炉生产效率,实现高炉的稳定顺行。因此,高炉长寿化研究具有重大的实际意义。
  本文详细介绍高炉冶炼流程及高炉冶炼流程中各系统的配合,并对高炉本体结构进行分析,研究发现高炉冶炼流程是相当复杂的。在众多影响冶炼流程的因素中,温度对高炉的使用寿命、冶炼过程的影响是非常巨大的。本文阐述以高炉结构为基础搭建的高炉炉衬测温装置,并以此装置为基础,从高炉炉身、炉腹温度在线检测及时间响应两个方面进行研究,通过仿真模拟与实验数据对比、分析,得到实验规律,为指导高炉操作、保证高炉平稳顺利生产、促进高炉长寿化提供数据支持。
  通过研究近期国内外有关高炉温度检测的方法发现:高炉温度检测方法多集中于炉顶、料面、铁水含硅量等检测,对于炉身、炉腹部位炉衬的直接检测方法鲜有报道。因此,根据高炉炉身、炉腹的炉衬结构分析、设计、搭建高炉炉衬测温装置,初步搭建后对其进行运行调试,优化炉衬测温装置。通过炉衬测温装置模拟高炉运行情况,分析测温装置温度场分布,总结实验规律,为下一步的研究奠定基础,并间接指导高炉生产,促使高炉生产的稳定顺利,实现高炉长寿化。
  针对高炉炉身、炉腹温度在线检测及时间响应问题,以高炉炉身、炉腹结构为基础,对炉衬测温装置进行两个方面研究:一方面从传热学角度推导、论证在线检测的可能性,建立数学模型;另一方面通过检测该炉衬测温装置的温度分布及时间响应,总结实验数据,分析实验规律。结果表明,数学模型的结果表达和实验数据显示出较好的一致性,若根据现场情况加以修正,将能够解决高炉炉身、炉腹温度的在线检测问题。此结论为指导高炉稳定顺行生产提供了有效的数据支撑。
  以红外测温原理为基础,考虑到高炉炉身、炉腹复杂工况条件,提出一种针对高炉炉身、炉腹温度的在线检测方法,并通过软件等设备实现温度在线检测。此系统由热辐射传播介质、光电转换模块、无线发射模块、无线接收模块和上位机五部分组成。本文着重阐述光电转换模块的组成,从发射频率、CCD摄像机、灵敏度等几个角度进行分析,应用于炉衬测温装置后,实验数据显示,理论值与实验值吻合度较好,从而为高炉炉身、炉腹部位温度的在线检测提供了新的途径。
  高炉炉衬测温装置的搭建可以避免直接对高炉炉体进行测量所带来的危险性。高炉炉衬测温装置是根据高炉结构和物性参数进行搭建,故炉衬测温装置得出的数据对于实际高炉有较好的借鉴意义。这为高炉炉衬测温提供了可能性,对于指导高炉生产、保证高炉稳定顺行具有重要意义。
[硕士论文] 裴晓宇
冶金工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:白云鄂博矿含多种矿物且稀土元素储量丰富,为世界所瞩目。目前传统高炉炼铁污染大,投资高但利用率低,因此一直以来冶金工作者都致力于开发直接还原工艺,如熔融还原的预还原技术和气基直接还原技术。其中流态化还原技术具有低能耗、低污染、高效率、产物应用广泛等优点,在冶金领域得到了成功的应用。但目前流化还原多采用一氧化碳作为还原剂,在反应过程中,CO促进还原产物颗粒表面大量生成勾状铁晶须,致使流化过程中容易产生粘结现象,而流化床的粘结失流不仅大大降低了流化还原效率还会导致还原产物不能被均匀的还原,同时在生产过程中产生大量的二氧化碳,对环境造成污染。而氢气作为一种清洁能源,不仅能在较低的温度下将铁氧化物还原为金属铁,并且在还原反应过程中的反应产物为水,不存在对环境的污染问题。因此本研究采用氢气作为还原气体,氮气作为保护气体,通过可视流化床研究富氢流化还原技术的可行性以及粘结机理和还原反应动力学。
  本研究应用热重分析对不同温度,不同添加剂条件下氢气还原白云鄂博铁精矿动力学进行了研究,由 TG曲线计算获得了还原反应的反应速率,探究添加剂作用于铁氧化物被氢还原的不同阶段反应活化能。研究结果表明:(1)整个还原反应分成三个阶段,界面化学反应活化能分别为17.74、12.68、18.47kJ/mol,内扩散活化能分别为37.65、27.50、32.92 kJ/mol,内扩散活化能均大于界面化学反应,由此可知其反应的限制行环节为内扩散,化学反应表观活化能的降低有利于反应的加速进行。(2)添加K、Na碳酸盐、硝酸盐后均使得反应活化能增加,但硝酸盐比碳酸盐抑制了粘结的发生,从而使富氢流化还原效率提高。
  本研究通过可视流化床研究了温度,氢气流速对还原度的影响,碱金属碳酸盐,硝酸盐,碱土金属氧化物添加对流化还原的影响,利用 XRD分析了还原产物的物相组成,通过扫描电镜和能谱分析观察了流化产物的显微结构,得出了添加剂对粘结现象产生的影响,探究了流化还原粘结机理和还原产物微观结构与粘结之间的关系,得出结论:(1)富氢流化还原度随温度升高而增加,当还原时间为30min、650℃时,还原度仅有28%左右,在850℃时,还原度提高到80%。温度在800℃以上,会出现铁矿粉粘结现象,从而在一定程度上减缓了流化还原效率。(2)在同温度下,氢气流速的增加有利于提高流化还原反应的还原效率,但此作用在低于700℃温度下更为明显。(3)添加Na2CO3比添加 K2CO3提高了直接还原反应效率。但在反应后期有粘结物的生成,使得还原反应速度降低。因此,适宜的K2CO3添加量为2%。(4)添加碱土金属MgO可以减少粘结产物的生成,但对还原度不产生影响,添加 CaO、Al2O3促进了粘结现象的产生。
[硕士论文] 张清泉
冶金工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:本实验将磁场应用于高温反应过程,考察磁场在四氧化三铁还原为浮氏体的反应过程中磁场的效用,为今后磁场能够应用于冶金化学反应提供理论基础。
  首先排除其他杂质元素对实验的干扰,本研究采用分析纯四氧化三铁,同时为减弱空隙、裂纹对实验的影响,将分析纯四氧化三铁通过冷等静压、烧结等工艺,制备致密的四氧化三铁试样。再采用等温失重实验,从还原曲线、物相组成、微观形貌变化和动力学分析,考察稳恒磁场作用下Fe3O4转变为FexO的还原特性,并与常规条件下的还原实验作比较,揭示磁场的作用,得到以下结论:
  在施加磁感应强度B=1.01T的稳恒磁场作用下,Fe3O4在还原过程中的反应分数明显得到提高,可以确定稳恒磁场可以促进Fe3O4→FexO的还原。在700℃和750℃施加磁场后,反应时间缩短接近30%;800和850℃反应缩短的时间都超过40%;在900℃时时间缩短21.5%,而磁场作用下在800℃强化还原效率最高,温度升高或降低磁场的效应都开始逐渐减弱。
  通过形貌图可以看出,磁场和常规作用下浮氏体都是以缩核的形式生长,但在相同温度、相同时间时,磁场作用下浮氏体生成的厚度更厚,并且颗粒上有少量点状浮氏体生成。
  在B=1.01T稳恒磁场作用下,700℃为界面化学反应限速环节,750℃至900℃为内扩散限速环节;常规下700℃、750℃为界面化学反应限速环节,800℃至900℃为内扩散限速环节。相同温度,磁场下活化分子比分别是常规的2.94、2.83、2.71倍;磁场有效扩散系数De分别是常规的11.57、1.72、1.40倍。
[硕士论文] 王亮亮
机械工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:管道是工业生产中的介质输送的重要组成部分,一般输送具有有高压、易燃、易爆、有毒的的介质。在压力管道系统中,管道振动是一种较常见的现象,振动会造成管道或附属设施的疲劳损坏。一旦发生破坏,将造成巨大的财产损失,并严重威胁工作人员的生命安全。因此,对管道振动破坏分析有极高的理论和实际生产意义。
  本文针对某钢铁企业1号高炉减压阀组后煤气管道振动破坏的问题,根据现场管道及设备的运行工况,选取8个点作为管系振动检测部位,测试管系各点在不同工况下的振动频谱图。利用有限元软件对波纹管补偿器及管道系统进行建模和动力学分析,获得波纹补偿器及管系的前40阶固有频率,以及管系的前8阶振型图。依据实际检测管道系统的振动数据,减压阀组本体振动分析,波纹管补偿器的受力和有限元分析,以及管道系统的有限元分析,发现减压阀组调节高炉顶压大幅开关过程中,输送的煤气流动是复杂的湍流流动,气流激励加剧了管道系统的振动。
  根据计算分析管系振动原因,提出故障管道减振改造方案,并对改造前后的管道振动情况进行测试对比,验证了减振改造后管道的运行效果。最后,尝试采用随机振动分析的方法,计算管道在冲击荷载的作用下,减压阀组后管道的响应位移、速度、加速度功率谱密度。结果表明,该管道在气体冲击荷载的作用下,计算得到的响应位移、速度、加速度功率谱数值很小,可能因功率谱密度计算公式并未考虑尺寸效应致使结果与实际情况不同。
[硕士论文] 李光卫
热能工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国铁矿石储量丰富,但多数为低品位铁矿,开发成本较高,利用率低。与此同时,煤炭洗选副产品煤泥因粘性大、灰分含量高、热值较低等特点而难以得到有效利用,既污染环境,又浪费能源,目前已引起大量关注。直接还原法作为一种极具创新性的前沿冶金炼铁新技术,日趋受到世界各国的重视。
  本文利用煤基直接还原法,以包头地区褐铁矿粉为炼铁原料,以某洗选厂高铁煤泥为还原剂,生产含碳铁矿球团,利用管式加热炉进行直接还原实验。含碳球团的制备实验分析了原矿粒度、水加入量、压制球团压力、膨润土用量对含碳球团强度的影响;直接还原实验首先以无烟煤作对比研究还原剂用量、还原温度及还原时间对球团金属化率的影响,然后采用正交实验考虑以上三个因素对球团金属化率影响的主次顺序,得到最佳工艺参数;最后采用 X射线衍射(XRD)分析扫描电镜(SEM)和不同还原温度下的还原产物;采用热重法分析含碳球团的还原机理。
  含碳球团制备实验表明:以高铁煤泥为还原剂生产褐铁矿含碳球团,原矿粒度-0.074mm含量占76%,在水用量为2%,压制球团压力为10Mpa,膨润土用量4%的条件下,获得的含碳球团湿球落下强度为7.4次/个,干球抗压强度为197.6N。利用煤泥可生产强度较高的褐铁矿冷固结含碳球团,同时可以减少环境污染,提高经济效益,为低品位褐铁矿含碳球团的直接还原工业化应用提供基础。直接还原实验表明:与无烟煤相比,煤泥作还原剂对褐铁矿的直接还原也能达到较好效果,煤泥球团直接还原的最佳工艺参数为:煤泥添加量25%,还原温度1200℃,还原时间20min,可得到金属化率为86.4%的金属化球团;影响含碳球团金属化率的因素主次顺序依次为:还原温度,还原剂用量,还原时间;通过对不同温度下还原产物的 XRD物相分析和 SEM形貌观察及其能谱分析可知,铁氧化物的还原经历了从高价铁向低价铁的转化过程,适当提高还原温度,有助于铁橄榄石和铁尖晶石的再还原生成金属铁;渣相中最终检测不到铁氧化物,说明原矿及煤泥中的铁氧化物在实验过程中均被还原为金属铁。热分析实验表明:随着温度的不断升高,含碳球团内部发生了由固-固直接还原反应向气-固反应的转变,气化反应气体产物 CO参与间接还原反应,改善了还原动力学的条件,加快反应速度。
  煤泥作还原剂用于非高炉炼铁是一项很有发展前途的技术,它不仅可以解决煤泥排放制约煤炭生产的问题,还可达到资源再利用的环保和经济效益。
[博士论文] 何奥平
材料化学工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:拜耳法生产氧化铝过程中产生的强碱性赤泥,因其颗粒细、化学组成复杂、难以回收和综合利用率低、对生态环境造成极大的威胁,严重阻碍了铝工业的可持续发展。针对以上问题,本工作以广西平果铝拜耳法赤泥为主要原料,引入与赤泥化学组成相近的含镍铬元素的红土镍矿,采用电弧炉碳热还原熔炼技术探索了从拜耳法赤泥直接制备低镍铬合金铸铁的可能性。首先,对熔融选择性还原有价金属元素的可能性进行了热力学分析,并进行了碳热还原熔炼的实验模拟;其次,在实验模拟基础上,设计了一台适用于工程化研究的单电极直流埋弧式电弧炉,实施了赤泥添加红土镍矿的碳热还原熔炼实验,直接制备了低镍铬合金铸铁;最后就低镍铬合金铸铁应用的一些关键问题进行了研究。主要结论如下:
  1.首次提出了采用单电极直流埋弧式电弧炉,通过加入红土镍矿和其他氧化物矿料,使赤泥中金属氧化物依次还原并使得金属与熔渣分离的赤泥材料利用方法。结合下游产业,探索了低镍铬合金铸铁的使用性能,并在实际生产情况下,证实了材料的使用性能优于现有材料,为实现拜耳法高碱赤泥材料化利用的工程化技术提供了试验依据。
  2.碳热还原热力学分析得出,在反应温度为700℃~1800℃之间,全赤泥中主要金属氧化物的还原容易程度为:Fe>V>Cr>Mn>Ti>Si>Zr,还原得到的是金属/石墨或者金属/碳化物体系;Si、Zr、Al、Mg和Ca的氧化物会相互作用生成各种复杂化合物,形成炉渣。赤泥添加红土镍矿后,混合料中的Ni、Cr、Mn、V、Ti元素会随Fe元素一起被还原。
  3.往赤泥中适量添加红土镍矿,有助于获得还原熔炼所需的适宜碱度,促进多种氧化物的还原和进一步丰富铁合金的元素组成。真空碳热还原实验模拟表明,全赤泥碳热还原熔炼时,只有Cr、Ti、Si三种元素随铁元素一起得到了还原,且总直收率和Fe、Cr、Ti元素的直收率都比较低,分别只有76.45%、78.03%、45.64%和6.08%。而当赤泥添加红土镍矿后,碳热还原熔炼效果得到显著改善,合金的总直收率和Fe、Ni、Cr、Ti的直收率分别为84.86%、79.44%、83.72%、58.96%和39.74%。合金组织主要由铁基体和石墨相组成。
  4.采用单电极直流埋弧式电弧炉,以赤泥和红土镍矿为原料,利用高温碳热还原熔炼和中频感应电炉精炼工艺可以直接制备高质量低镍铬合金铸铁。所制备的合金铸铁中镍和铬含量分别为1.59-2.06%和0.76-0.83%。Ni、Cr元素均匀分布在铸铁的莱氏体基体中。随着铸铁中Ni、Cr元素含量的增加,硬度和腐蚀性能逐渐提高。
  5.通过碳热还原熔炼制备了与HT250、RuT380和QT450成分相近的低镍铬合金铸铁。随着镍铬元素添加,铸铁组织中相的种类没有变化,均是由石墨+珠光体+少量铁素体组成,但这些相的形态分布发生了相应变化,尤其是珠光体得到一定程度上的细化。从力学性能方面看,含有镍和铬元素的铸铁性能优于仅含有镍的铸铁,前者珠光体组织更细小更均匀。与标准的HT250、RuT380和QT450相比,开发的低镍铬合金铸铁的抗拉强度分别提高14.8%、31.3%和44.5%,铸铁的腐蚀性能也得到提高。
[硕士论文] 缪孟阁
统计学 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:作为我国GDP的核心产业之一,钢铁行业影响着中国经济的发展。高炉炼铁作为钢铁制造主体的上游工序,是整个钢铁工业的重要构成环节,无论是对整个行业的发展,还是对行业整体的节能减排,都起着十分重要的作用。高炉炼铁的炉况是否顺行,关系到整个炼铁过程是否高效和节能,而高炉炉温则是甄别高炉炉况的重要指标,一般可以通过控制炉温来保证高炉炉况的顺利进行。其中,铁水硅含量,长期以来都是作为炉热状态的表征指标,因此,建立可靠又精确的预报模型,用来指导高炉炼铁工作人员进行炉温控制,不仅仅只是理论研究,更对钢铁工业的生产实践,有着重大的指导意义。然而,高炉炼铁有着非常复杂的反应流程,其整个炼铁过程存在非线性、高维、不确定、大噪声等特点,如何克服这些特点,研究出高精度的预测模型,是目前模型开发的主要难题。
  本文在前人对高炉炉温预测研究的基础上,引入非线性可加模型与时间序列的方法作为主要的研究工具,使用高炉专家系统在线采集的包头钢铁集团公司高炉生产数据为原始数据,进行大量的数据处理、分析以及模型的拟合检验,建立了基于非线性可加模型的高炉炉温预测模型。
  可加模型是90年代开始在国外被运用的一种新的实证方法,经过不断地发展,在理论上形成了一定的框架。目前,可加模型被广泛用于医学、生物、金融、统计学等领域,其最大优点为只需要数据驱动,与模型无关,且不受既定的参数和曲线影响,只要变量具有一定的可加性。同时,可加模型能够在变量较多的情况下,避免“维数灾难”,因此,使得处理高炉炉温数据、建立炉温预测模型的问题变得简化。
  本文首先对高炉炼铁的基本原理、工艺流程、高炉专家系统以及国内外高炉预测模型进行了概述,对高炉炉温当前的发展进行了一定的介绍,然后介绍了非线性可加模型的基本理论和时间序列模型,最后建立了基于非线性可加模型的高炉炉温预测模型。
  本文的建模样本容量为300组在线采集的高炉数据,首先对数据采取归一化预处理,然后将通过高炉检测系统收集到的所有指标数据进行共线性诊断,确定放入可加模型中拟合的指标,最后使用R软件中的GAM包对模型进行拟合,利用P值进行检验,确定最优模型,并进行数据仿真。
  本文使用同一组数据,分别采用时间序列AR模型和非线性可加模型两种方法,进行了多次仿真预测,比较多组实验结果后显示:非线性可加模型和原始时间序列的AR模型相比,预测命中率有了显著地提高,证明了在高炉炉温预测时非线性可加模型具有实际应用价值。
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