烧结过程控制专家系统(Ⅲ)——透气性中心控制策略和烧结终点预报策略

为了克服烧结过程因机理复杂、影响因素多且相关性高而难以准确控制的困难,提出了烧结过程状态控制以透气性为中心的控制策略,研究了透气性的判断方法和实现此策略的控制原则和方法;同时,为了解决烧结过程控制的长时滞问题,提出了烧结终点的预报策略,研究了烧结终点的预报方法．     

补偿式烧结终点预报方案

单纯以烧结热状态为基础预报烧结终点将导致烧结过程调节的滞后性及振荡性.通过对烧结过程的实验分析,研究了烧结过程反应状态(透气性状态、热状态)的迁移特征,指出在预热带触底点之前,烧结废气温度对工艺因素波动无区别性特征,而透气性状态在整个烧结机长度方向上对工艺因素波动均呈现明显区别性特征.以透气性状态迁移规律为基础对烧结终点进行前置性预报,以热状态迁移规律为基础对烧结终点进行补偿性预报,可以大幅度提高预报的前置度及预报结果的准确性,最大程度的避免烧结过程调节的振荡性.     

合理垂直烧结速度的研究

通过考查气流速度的变化研究垂直烧结速度随烧结过程的变化规律。结果表明:垂直烧结速度并非固定不变,而是随着烧结过程的逐步进行发生显著变化;点火保温后,随烧结物理化学反应的进行,燃烧带逐渐形成并变宽且产生过湿现象,导致料层的透气性显著变差,烧结速度显著下降,直至约25 min后过湿层完全消失,透气性变好,烧结速度迅速上升。根据垂直烧结速度变化规律,通过改变负压烧结,进行烧结速度优化实验,结果表明:在保持转鼓强度及成品率基本不变的情况下,将垂直烧结速度由20.08 mm/min提高到21.82 mm/min,利用系数由1.401 t/(m2-h)提高到1.587 t/(m2-h)。     

以透气性为中心的链篦机过程智能优化控制

针对球团烧结链篦机过程被控对象复杂、数学模型不确定以及控制要求高等特点,提出一种基于球团烧结透气性软测量模型的专家控制方法,以提高球团烧结过程自动化控制水平,最终实现了球团烧结生产过程链篦机子系统的优化管理,优化控制和优化运行.     

以透气性为中心的链篦机过程智能优化控制

针对球团烧结链篦机过程被控对象复杂、数学模型不确定以及控制要求高等特点,提出一种基于球团烧结透气性软测量模型的专家控制方法,以提高球团烧结过程自动化控制水平,最终实现了球团烧结生产过程链篦机子系统的优化管理,优化控制和优化运行。     

支撑板对烧结过程的影响

烧结料层上部荷重是造成烧结过程中燃烧熔融带透气性差的重要因素,而烧结料层透气性是制约我国厚料层烧结技术进一步发展的限制性环节. 从减轻烧结料层燃烧熔融带荷重以及改善烧结过程料层透气性的角度出发,通过在烧结料层中安装支架研究不同荷重条件下对铁矿粉烧结行为的影响. 烧结杯实验研究表明:安装支撑板后,烧结料层透气性明显改善,烧结矿转鼓强度大于65%;垂直烧结速度显著提高,最高可达28. 4 mm·min-1;成品率波动幅度不大,利用系数从1. 89 t· m-2·h-1增加到2. 31 t·m-2 ·h-1;燃耗有所降低,最大降幅达1. 32%. 理论分析和实验表明,支撑板对减轻烧结熔融带上部荷重,提高料层透气性,以及改善燃耗和烧结矿质量具有重要意义.     

小样本贫信息条件下高炉冶炼烧结终点组合预测法

由于烧结过程具有不确定性、多变量耦合、时变时滞的特点,并且烧结终点受多种因素的影响,采用传统控制方法难以将烧结终点控制在要求的范围内,提出应用支持向量机优良的时序预测性能,以及贝叶斯理论能够利用样本信息和先验知识来简化预测模型和优化参数的特性,建立了贝叶斯支持向量机烧结终点的预报模型。首先对烧结终点的机理分析,后分别叙述贝叶斯框架理论和LS-SVM算法,并将贝叶斯证据框架应用于最小二乘支持向量机模型参数的自动选择,建立起时间序列的烧结终点非线性预测模型。在贝叶斯推断的第一层,进行模型参数的选择;在贝叶斯推断的第二层,进行模型超参数的选择;在贝叶斯推断的第三层,估计模型核参数,然后利用贝叶斯最小二乘支持向量机算法(LS-SVM)对烧结终点进行预测,并在此基础上构造了烧结终点的贝叶斯最小二乘支持向量机模型。仿真结果和多种模型比较表明,本模型能在小样本贫信息条件下对烧结终点做出比较准确的预测,并具有预测精度高、所需样本少、计算简便等优点,取得了令人满意的结果。     

基于多目标粒子群协同算法的状态参数优化

针对铅锌烧结过程综合透气性、烧结终点的优化具有强非线性、计算复杂等特点,提出了一种有效的多目标粒子群协同优化算法。首先,建立了有综合透气性、烧结终点两个目标的优化模型。接着,通过改进的约束比较方法、粒子极值选取方法,以及利用不同的粒子群来分别优化相应的变量,提出了一种改进的多目标粒子群协同优化算法。最后,利用提出的多目标优化算法进行综合透气性、烧结终点的优化。仿真结果表明,所提出的多目标优化算法能较好地解决综合透气性、烧结终点的优化问题。     

料层减荷烧结支撑板数值模拟

在烧结台车上安装支撑板,可以支撑起上部烧结饼,减轻下部料层荷重,从而改善下部料层透气性,提高垂直烧结速度,进而提高烧结生产率. 应用ANSYS软件对烧结过程中料层内支撑板的热应力进行模拟. 结果表明:烧结过程中,支撑面中间部位和支撑板窄面中上部是最容易损坏的部位;排矿时,支撑板支脚部位产生应力集中,当支脚厚度大于40 mm时可以满足要求. 料层减荷烧结工业试验验证了模拟结果的正确性.     

基于烧结过程各带迁移规律的烧结终点预报方法

提出利用最小二乘法拟合烧结废气温度曲线,求曲线方程的二阶导数计算出烧结废气温度的四个拐点. 结合烧结过程各带的迁移情况,计算得出拐点所对应的各带前沿到达料层底部的温度. 根据拐点出现的时间,求出烧结过程中各带前沿平均速度. 利用多元线性回归法和F检验进一步考察烧结工艺参数对各带前沿平均速度的影响规律,并给出了它们之间的关系式. 利用该关系式, 可以在节能和提高烧结矿平均粒度的原则下,定量地调整工艺参数以稳定烧结终点.     

烧结余热回收竖罐内料层传热过程数值计算

罐体料层内气固传热过程是决定罐式回收是否可行的主要因素之一.采用Comsol Multiphysics软件,基于稳定传热前提下,计算了罐体料层内气固传热过程,研究竖罐内的传热规律.研究结果表明:气固比和料层高度是影响料层气固传热的最主要因素,随着气料比增加,烧结矿和气体出口温度逐渐降低,气体所携带的值呈现出先增加后减小的趋势;随着料层高度增加,气料比逐渐下降,气体出口温度逐渐增加,气体携带的值呈现先增大后减小的趋势.针对国内某典型360m2烧结机,配套单罐体,料层高度6～7m,气料比为1 500～1 650m3/t;配套双罐体,料层高度5～6m,气料比为1 360～1 550m3/t.     

不同料层高度烧结过程尾气排放规律

研究了不同料层高度下烧结过程中尾气成分(O2、CO2、SO2和NO)的变化规律.结果表明:随着烧结历程的推进,尾气中O2含量降低而CO2含量升高,这主要是因为固体燃料燃烧量逐渐增多;尾气中SO2、NO的含量亦呈升高趋势,但幅度很小,这主要是因为烧结料层对SO2有吸收作用,而燃烧带的CO气体则可以还原使部分NO分解;在临近烧结终点时,因料层对SO2的吸收作用消失而使析出作用强化,导致尾气中SO2含量急剧升高.另外,随着料层高度的增加,因固体燃料配比相应减小,尾气中CO2、SO2和NO的含量降低,而O2含量增加.因此,控制高温区宽度的厚料层烧结技术是我国开展减少烧结尾气中气体污染物(CO2、SO2和NO)的有效措施.     

基于质量指标的球团焙烧先进过程控制

以某烧结厂球团焙烧过程中燃烧控制系统为研究对象，针对生产过程中因果非线性及条件不确定等因素的影响，综合运用网络技术、软测量技术、模糊控制和专家系统等，提出一种焙烧过程的质量控制策略和先进过程控制(APC)方案，设计了基于神经网络的模糊化软测量(FNNSS)模型。采用软测量的方法实现生产综合条件指标即广义透气性的测定，对不同的透气性采取不同的控制策略，并进行了仿真研究。     

大跨度张弦桁架预应力张拉控制研究

应用有限元软件ANSYS，通过对模拟千斤顶升温的模拟千斤顶法实现拉索预应力，提出了张弦桁架预应力的实用确定方法．将使用状态下计算得到的千斤顶温度荷载加到施工状态的计算模型即可求出施工需控制的索力、控制点位移．二次张拉需考虑张拉对相邻桁架的影响，施工控制难度大，本文结合哈尔滨会展体育中心支座跨度128m的超大跨度预应力张弦桁架结构的深化设计计算，提出了单榀张弦桁架下弦拉索胎架一次张拉法施工方法，通过对张拉阶段胎架与张弦桁架间摩擦力的计算研究，定量索力下跨中位移法考虑摩擦力影响，以跨中竖向位移作为预应力张拉的主要控制指标，成功地完成了该工程预应力张拉施工．     

钒钛烧结料床竖向不均匀烧结

通过对钒钛烧结料床的不同料层进行测温,研究了不同深度烧结料成矿过程的温度变化曲线,利用火焰前锋速度和成矿前锋速度两个参数评价了台车竖向烧结的不均匀程度.结果表明:随着料层深度的增加,火焰前锋和成矿前锋迁移速度下降,说明台车下部料床的结构变化大,烧结透气性恶化;加强偏析布料效果,增大台车下部料粒的平均粒度和热态强度,对提高钒钛矿烧结利用系数至关重要.同时,对不同深度处的烧结矿进行矿相分析表明,钒钛烧结矿由磁铁矿、赤铁矿、铁酸钙、硅酸钙、钙钛矿和玻璃相六种主要矿物组成,随着料层深度的增加,磁铁矿、硅酸钙和钙钛矿含量增多,铁酸钙和赤铁矿含量下降.     

烧结机模糊控制规则设计及其仿真

实际生产中烧结终点的控制是一个较为复杂的过程,往往受到多种因素的影响.针对烧结过程中烧结终点的判别问题,建立了烧结过程的模糊控制系统,提出了烧结终点赋值方法,对烧结终点的判别做出了更合理的设计,从而保证了系统对受控过程的实时控制.仿真结果表明控制系统表现出较快的实时行为,具有严格的响应时间,可以提高烧结矿的质量,降低烧结机的故障率.     

Characteristics of combustion zone and evolution of mineral phases along bed height in ore sintering

Quantitative parameters of bed combustion, including the thickness of the combustion zone (TCZ), the maximum temperature of the combustion zone (MTCZ), and the bed shrinkage, were characterized through a series of sinter pot tests in transparent quartz pots. The results showed that TCZ first ascended and then descended as the sintering process proceeded. The sintering process was divided into four stages according to the variation rate of the TCZ. A "relative-coordinate" method was developed to obtain the actual reaction temperature of sinter along the height direction. With increasing the sintering temperature, the reactants transformed and entered into liquid phases. The mineral composition and microstructure of the sinter were characterized through X-ray diffraction and scanning electron microscopy-energy-dispersive X-ray spectroscopy. Liquid phases with greater Fe and Al contents were more likely to form acicular-like silico-ferrite of calcium and aluminum after crystallization because of the outward spread of Al, which led to a better fluidity of the liquid. An evolution mechanism of "solid-state reaction-liquid phases formation-crystallization" of the mineral phases is proposed.     

快速晶闸管烧结条件的选取

对快速晶闸管烧结所用材料进行了分析，对铝箔厚度的确定进行了讨论。重点研究了烧结温度的选取．包括炉体内温度的分布，烧结过程温度曲线的设计等。力图解决晶闸管烧结过程中出现的非“欧姆接触”及粘润不良问题。     

影响烧结工艺过程NOx排放质量浓度的主要因素解析

在烧结烟气脱硫治理取得成效之后,烟气脱硝迅即摆上钢铁企业的环保治理议程.在尚无经济有效的末端治理脱硝工艺的前提下,有必要在烧结生产中进行工序过程控制,从而保持烧结烟气NOx排放质量浓度处于较低水平.本文通过统计解析的研究方法,系统分析了2013至2014年宝钢实际烧结过程中原燃料条件参数、工艺条件参数对烟气中NOx排放质量浓度的影响规律.研究结果表明:适当降低赤铁矿的使用比例,提高烧结粉、返矿的配比,提高钙质熔剂中石灰石的使用比例,降低镁质熔剂使用比例,保持烧结矿较高的碱度水平,强化制粒提高料层透气性,坚持厚料层烧结等措施均有利于抑制烧结烟气NOx的排放质量浓度水平.