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基于数据驱动的绿色高炉

发布时间:2019-12-12 16:09:38? 文章来源:/? 作者:仰编辑? 阅读:次


(华北理工大学机械工程学院,河北省 唐山市 063210)
摘要:高炉炼铁过程是一个高度复杂的多元非线性过程,其实质是将铁从铁矿石等含铁化合物中还原出来,在冶炼过程中我们需要通过提高高炉利用系数,降低能耗来提高高炉效率。
关键词:燃料比;利用系数;多元非线性回归;绿色高炉

一、引言
钢铁企业大部分的能源和资源消耗都在炼铁系统,同样,大部分的排放物也来自炼铁系统。因此当前应该把节约能源和资源作为炼铁工业发展的基点,大力发展循环经济。由于当前阶段钢铁市场繁荣,不少企业在组织生产中,只是一味的追求高的利用系数,来完成所需产量,但在今后产能过剩、控制产量的形式下,企业应以降低成本为主,把降低燃料比、焦比、和能耗为主要目标。我国是能源缺乏国家,因此在燃料比、焦比、能耗指标等方面引起的炼铁界的高度重视。
二、相关问题
根据提供的燃料比、冶炼强度、利用系数部分相对应的数据信息,探索这三个关键信息两两之间的关系,并证明高炉的冶炼强度与燃料比关系都呈U字形。而增加冶炼强度由于燃料比升高得更快,在利用系数与燃料比的资料数据中,高冶炼强度、高燃料比区域的那些数据点的位里处于低利用系数的区域之内气使得利用系数与燃料比往往不呈U字形。因此,选择合适的利用系数还应由冶炼强度与燃料比的关系曲线确定。此外, 还需说明的是选择的设计年平均利用系数,与高炉设备能力,与今后高炉的实际操作指标是不相同的。设计年平均利用系数并不能限制高炉以降低燃料比来达到更高的利用系数,并且在设计高炉时还应留有一定的富余能力,让高炉达到更高的利用系数。
三、问题分析
根据对高炉的分析可知高炉的冶炼强度与燃料比的关系是呈U字形的,并且增加冶炼强度由于燃料比升高的更快,通过对冶炼强度与燃料比、利用系数与燃料比这两组数据进行拟合,得到两组数据的关系,从而印证合理性。
四、相关资料
查找冶炼强度、燃料比、利用系数部分相互对应的数据信息。
五、模型建立与求解
将所给冶炼强度与燃料比、利用系数与燃料比这两组数据分别进行拟合,得到燃料比与冶炼强度的关系,以及燃料比与利用系数之间的关系。
根据冶炼强度和与之对应的相关数据,并通过SPSS对数据进行预处理,去除异常值,通过matlab软件对冶炼强度和相关数据进行二次拟合,得到如图1所示图像。

图1.冶炼强度和相关系数关系图
可知,高炉的冶炼强度与燃料比之间的关系可以分为以下三种情况:
(1)冶炼强度在1.05~1.15t/(m^3.d)的中间区域时,各方面条件比较好,获得了较低的燃料比;
(2)冶炼强度低于1.05 t/(m^3.d)的区域原燃料条件及其他条件较差,高炉燃烧不起来,而且燃料比比较高。
(3)冶炼强度高于1.15t/(m^3.d)的区域,高炉强化程度超过原燃料的容许范围,引起燃料比升高。
据分析可得,当冶炼强度高于1.15t/(m^3.d)时,随着冶炼强度的不断增大,燃料比是不断增加的,随着燃料比的不断增加利用系数不断减小,因此我们可以看出高强度的冶炼强度并不能提高利用系数(如图1),当冶炼强度低于1.05 t/(m^3.d)时,随着冶炼强度的不断减小,燃料比随之增大,同样,利用系数也不能随之增大,因此应以降低燃料比为中心环节,降低燃料比对提高利用系数的贡献率远大于提高冶炼强度。
当利用系数较低时,所对应的高冶炼强度和高燃料比区域并不是U型,由于燃料比与利用系数的关系呈线性关系,无极值点,因此不能够使我们选择出最合适的利用系数,选择合适的利用系数还应由冶炼强度与燃料比的关系曲线来确定。
冶炼强度在1.06 t/(m^3.d) 燃料比有最低点497.06kg/t,此时利用系数为2.13 t/(m^3.d),所以高炉年平均利用系数上限为2.2 t/(m^3.d)。
六、结语
原料是高炉冶炼的基础,精料工作非常重要。 注重烧结矿冶金性能的改善,同时还强调筛分工作,降低人炉粉末,保持高炉原料配比的相对稳定。这是目前高炉提高利用系数的重要技术措施。在保证冶炼强度、燃料比、利用系数的关系稳定下,提高利用系数,减少能源的消耗也是目前我们的首要任务。
参考文献
[1]曹正盛,冯健沛,杨非,蔡俊,廖进.高炉冶炼过程的大数据建模研究[J].化工管理,2017(32):176-178.
[2]胡海洋. 基于数据驱动的高炉冶炼过程喷煤决策模型研究[D].燕山大学,2017.
[3]钟海涛,陈伟.非线性规划问题的全局最优必要条件[J].应用数学与计算数学学报,2018,32(01):36-42.

作者简介:于行(1997—),女,汉族,辽宁省建平县人,本科。

本文来源:基于数据驱动的绿色高炉:/lunwen/6115.html

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