底吹炉铜冶炼过程智能控制技术研究与应用

论文摘要

铜作为第二大有色金属,因其特性优异,在各行业都具有十分广泛的应用。“氧气底吹炼铜新工艺”具有原料适应性强、低耗氧量等特点,更可以实现无碳造锍熔炼,零cO2排放,符合当今世界发展低碳经济的整体方向。生产实践表明,铜锍品位、渣中铁硅比以及铜锍温度这三大工艺参数是底吹炉铜熔炼过程的综合评价指标,也是控制底吹炉操作参数的主要依据。底吹炉铜熔炼过程具有多变量、非线性、强耦合、大滞后、不确定性强等特点,三大参数的人工检测至少滞后一小时,铜锍温度甚至无法直接检测,造成难以及时对实际生产起到反馈修正的作用。针对这一难题,本课题以山东某企业底吹炉为研究对象,建立底吹炉铜熔炼过程三大工艺参数智能集成预测模型。论文在对底吹炉铜熔炼工艺机理分析的基础上,建立了基于质量守恒定律与能量守恒原理的底吹炉铜熔炼过程三大工艺参数机理预测模型,但由于反应机理的复杂性与建模时的假设和简化,机理模型的误差相对较大,精度难以满足工业生产的要求。同时基于大量实际工业生产运行数据,建立了以直接影响三大工艺参数的当前状态参数为输入,以三大工艺参数为输出的神经网络预测模型,它能很好地描述训练样本数据之间的关系,但泛化能力不够,当工况不稳定或受干扰时,由于数据的不完备而导致神经网络模型的预测结果不够理想。对此,根据二者的特点,引入模糊协调器,将三大工艺参数机理预测模型和神经网络预测模型有机结合,提出了一种智能集成预测模型。经仿真验证,该模型可行,精度较高,满足工业生产要求,能为控制生产过程提供重要的参考。最后,结合该厂的实际情况,制定底吹炉铜熔炼过程控制策略。并在此基础上设计开发了底吹炉生产监控系统。应用表明,该系统切实可行,取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 铜冶炼工艺的发展与现状
• 1.3 铜熔炼过程模型的国内外研究现状
• 1.3.1 熔炼过程智能控制
• 1.3.2 过程建模方法
• 1.3.3 铜熔炼过程三大工艺参数预测研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 富氧底吹炉铜熔炼过程及设备
• 2.1 富氧底吹炉结构及其铜冶炼流程
• 2.1.1 底吹炉炉体结构
• 2.1.2 底吹炉铜冶炼流程概述
• 2.1.3 富氧在底吹炉铜熔炼中的应用
• 2.2 富氧底吹炉铜熔炼机理及特点
• 2.2.1 底吹炉铜熔炼化学反应
• 2.2.2 底吹炉铜熔炼工艺特点
• 2.2.3 底吹炉铜熔炼过程工况影响因素分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 底吹炉铜熔炼过程机理模型建立与仿真
• 3.1 底吹炉铜熔炼物料平衡模型
• 3.1.1 物料及产物成分分析
• 3.1.2 铜熔炼物料平衡模型
• 3.2 底吹炉铜熔炼热平衡模型
• 3.2.1 底吹炉铜熔炼过程所需氧量计算
• 3.2.2 热收入项计算
• 3.2.3 热支出项计算
• 3.3 铜熔炼过程三大参数的机理模型仿真
• 3.3.1 机理模型仿真研究
• 3.3.2 机理模型仿真结果分析
• 3.4 小结
• 第4章 熔炼过程三大参数预测神经网络模型
• 4.1 改进后的BP神经网络模型
• 4.1.1 传统的BP算法
• 4.1.2 改进的BP算法
• 4.2 三大工艺参数神经网络模型
• 4.2.1 输入、输出层的神经元数目
• 4.2.2 隐含层数目和隐含层神经元数目
• 4.3 仿真计算
• 4.3.1 网络的训练次数
• 4.3.2 学习样本的确定和获取
• 4.3.3 样本的归一化
• 4.4 神经网络模型仿真
• 4.4.1 神经网络模型仿真研究
• 4.4.2 神经网络模型仿真结果分析
• 4.5 小结
• 第5章 底吹铜熔炼过程三大参数智能集成模型
• 5.1 智能集成模型分析设计
• 5.2 智能协调器设计
• 5.2.1 模糊集
• 5.2.2 模糊分类
• 5.2.3 模糊协调器的设计
• 5.3 智能集成模型的预测仿真结果
• 5.3.1 智能集成模型仿真研究
• 5.3.2 智能集成模型仿真结果分析
• 5.4 小结
• 第6章 底吹炉铜熔炼过程控制系统设计与实现
• 6.1 底吹炉铜溶炼工况评价
• 6.2 底吹炉三大参数控制策略
• 6.2.1 模糊控制技术
• 6.2.2 渣中铁硅比控制
• 6.2.3 铜锍品位控制
• 6.2.4 铜锍温度控制
• 6.3 铜溶炼预测模型的在线校正
• 6.4 底吹炉铜熔炼计算机控制系统
• 6.5 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢