鏈箅機回轉窯燒結球團過程建模與優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著鐵礦石富礦的日益減少，燒結球團作為冶金主要原料的需求量日益增加。近年來，國際國內市場鋼鐵的利潤的下降，也促使鋼鐵企業(yè)從“粗放式”生產(chǎn)方式向精細化方向轉型。球團燒結作為高能耗的工業(yè)過程，精細化生產(chǎn)尤為重要?，F(xiàn)代化的燒結企業(yè)在精確的過程模型基礎上，對生產(chǎn)過程進行先進控制和過程優(yōu)化，從而實現(xiàn)高效生產(chǎn)、節(jié)能減排的目標，最終實現(xiàn)企業(yè)利潤最大化。
　　論文以實際的鏈算機回轉窯環(huán)冷機系統(tǒng)為背景，探討了燒結球團熱工過程中各環(huán)節(jié)的建模和優(yōu)化問題

2、。由于鏈箅機回轉窯環(huán)冷機燒結系統(tǒng)工藝過程較長，且各個工藝段機理差異較大，整體建模的難度較大，因而將造球、干燥氧化和焙燒固結三段工序各自建立機理模型;將燒結過程能耗密集的干燥氧化和焙燒固結工序段進行全流程和分段優(yōu)化研究。本文研究工作包括以下幾個內容:
　　1.針對以往球團礦燒結過程模型中，球床空隙率一般取為定值，對球床的空隙率和單位體積表面積沒有嚴格計算的情況，提出顆粒聚合球體順次累加模擬算法。該算法對球床內部微觀因素的變化（如，堆

3、積排列方式等）對造粒系統(tǒng)的宏觀物理特性（如，滲透率等）的影響進行詳細研究。根據(jù)實際生產(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”建立生球堆積機理模型，并通過仿真分析了實際生產(chǎn)因素對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)熱力學原理建立生球在干燥氧化過程中的傳熱、傳質機理方程來描述生球的物理化學反應。建立生球干燥和氧化機理模型以及干燥球團和預熱球團的強度模型。生球在鏈

4、箅機中歷經(jīng)抽風干燥、鼓風干燥和二段預熱。機理模型用偏微分方程組描述關鍵變量隨時間和球床厚度的變化，并利用實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對機理模型中的參數(shù)進行辨識;通過分析各過程變量對球團強度的影響，提出了預熱球團的強度預測模型。仿真結果表明預測模型很好反映了預熱球團的強度變化。
　　3.針對回轉窯過程封閉的情況，建立了預熱球團焙燒固結過程的機理模型并給出燒結球團的強度模型。在對窯內燃燒情況的模擬，了解窯體內溫度分布情況的基礎上，將回轉窯燒結固化過程

5、中不可避免的結圈作用考慮進預熱球團固結過程的機理模型，對窯內球團系進行定量的受力分析，并將變徑函數(shù)和變徑作用下動態(tài)休止角的軸向變化代入改進的料層厚度計算公式，分段計算出不同進料速率下的料層厚度分布，模擬出回轉窯在固定轉速下的料層厚度曲線，得出球團平均停留時間。根據(jù)模擬的窯體溫度分布情況結合結圈現(xiàn)象及其對固結過程的影響提出燒結球團的強度模型，該模型較好地預測了燒結球團的強度。
　　4.為補償機理建模時一些不確定因素和未考慮的因素對模

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