鏈箅機(jī)回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)球團(tuán)過程建模與優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著鐵礦石富礦的日益減少，燒結(jié)球團(tuán)作為冶金主要原料的需求量日益增加。近年來，國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)鋼鐵的利潤(rùn)的下降，也促使鋼鐵企業(yè)從“粗放式”生產(chǎn)方式向精細(xì)化方向轉(zhuǎn)型。球團(tuán)燒結(jié)作為高能耗的工業(yè)過程，精細(xì)化生產(chǎn)尤為重要?，F(xiàn)代化的燒結(jié)企業(yè)在精確的過程模型基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行先進(jìn)控制和過程優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)、節(jié)能減排的目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)最大化。
　　論文以實(shí)際的鏈算機(jī)回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機(jī)系統(tǒng)為背景，探討了燒結(jié)球團(tuán)熱工過程中各環(huán)節(jié)的建模和優(yōu)化問題

2、。由于鏈箅機(jī)回轉(zhuǎn)窯環(huán)冷機(jī)燒結(jié)系統(tǒng)工藝過程較長(zhǎng)，且各個(gè)工藝段機(jī)理差異較大，整體建模的難度較大，因而將造球、干燥氧化和焙燒固結(jié)三段工序各自建立機(jī)理模型;將燒結(jié)過程能耗密集的干燥氧化和焙燒固結(jié)工序段進(jìn)行全流程和分段優(yōu)化研究。本文研究工作包括以下幾個(gè)內(nèi)容:
　　1.針對(duì)以往球團(tuán)礦燒結(jié)過程模型中，球床空隙率一般取為定值，對(duì)球床的空隙率和單位體積表面積沒有嚴(yán)格計(jì)算的情況，提出顆粒聚合球體順次累加模擬算法。該算法對(duì)球床內(nèi)部微觀因素的變化（如，堆

3、積排列方式等）對(duì)造粒系統(tǒng)的宏觀物理特性（如，滲透率等）的影響進(jìn)行詳細(xì)研究。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析生球粒度分布，考慮生球顆粒聚合體在堆積過程中發(fā)生的塑性變形，基于“落滾法則”建立生球堆積機(jī)理模型，并通過仿真分析了實(shí)際生產(chǎn)因素對(duì)球床物理特性的影響，并將堆積模型用于后續(xù)的研究中。
　　2.根據(jù)熱力學(xué)原理建立生球在干燥氧化過程中的傳熱、傳質(zhì)機(jī)理方程來描述生球的物理化學(xué)反應(yīng)。建立生球干燥和氧化機(jī)理模型以及干燥球團(tuán)和預(yù)熱球團(tuán)的強(qiáng)度模型。生球在鏈

4、箅機(jī)中歷經(jīng)抽風(fēng)干燥、鼓風(fēng)干燥和二段預(yù)熱。機(jī)理模型用偏微分方程組描述關(guān)鍵變量隨時(shí)間和球床厚度的變化，并利用實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)理模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí);通過分析各過程變量對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響，提出了預(yù)熱球團(tuán)的強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型。仿真結(jié)果表明預(yù)測(cè)模型很好反映了預(yù)熱球團(tuán)的強(qiáng)度變化。
　　3.針對(duì)回轉(zhuǎn)窯過程封閉的情況，建立了預(yù)熱球團(tuán)焙燒固結(jié)過程的機(jī)理模型并給出燒結(jié)球團(tuán)的強(qiáng)度模型。在對(duì)窯內(nèi)燃燒情況的模擬，了解窯體內(nèi)溫度分布情況的基礎(chǔ)上，將回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)固化過程

5、中不可避免的結(jié)圈作用考慮進(jìn)預(yù)熱球團(tuán)固結(jié)過程的機(jī)理模型，對(duì)窯內(nèi)球團(tuán)系進(jìn)行定量的受力分析，并將變徑函數(shù)和變徑作用下動(dòng)態(tài)休止角的軸向變化代入改進(jìn)的料層厚度計(jì)算公式，分段計(jì)算出不同進(jìn)料速率下的料層厚度分布，模擬出回轉(zhuǎn)窯在固定轉(zhuǎn)速下的料層厚度曲線，得出球團(tuán)平均停留時(shí)間。根據(jù)模擬的窯體溫度分布情況結(jié)合結(jié)圈現(xiàn)象及其對(duì)固結(jié)過程的影響提出燒結(jié)球團(tuán)的強(qiáng)度模型，該模型較好地預(yù)測(cè)了燒結(jié)球團(tuán)的強(qiáng)度。
　　4.為補(bǔ)償機(jī)理建模時(shí)一些不確定因素和未考慮的因素對(duì)模

6、型輸出結(jié)果的影響，在機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成進(jìn)行灰箱模型建模，建立了球團(tuán)整體燒結(jié)過程的混合模型。模型以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為集成中的個(gè)體網(wǎng)絡(luò)，用Bagging方法生成用于訓(xùn)練個(gè)體網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集。仿真結(jié)果顯示混合模型具有更高的精度，是一種更優(yōu)的模型。
　　5.對(duì)球團(tuán)礦燒結(jié)過程進(jìn)行全流程優(yōu)化并提出分級(jí)優(yōu)化算法?；跓Y(jié)過程混合模型，采用改進(jìn)的非支配排序算法NSGA-Ⅱ，對(duì)燒結(jié)全流程進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得出操作優(yōu)化策略;提出了一種基于理