PS轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉過程建模與優(yōu)化控制方法的研究及應用.pdf

1、Pierce-Smith(PS)轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉是從含鐵、硫等多種雜質(zhì)的銅锍中提取粗銅的常用冶金方法。吹煉過程是一個間歇式的高溫、多相熔池反應過程，具有強烈的動態(tài)變化特征，難以確定吹煉過程的穩(wěn)態(tài)工作點，從而使基于靜態(tài)模型的操作優(yōu)化方法不能對銅锍吹煉過程進行有效的優(yōu)化控制。同時，由于過程關鍵工藝參數(shù)難以實時檢測，造成基于檢測信息的預測控制等方法也不再適用。 目前，吹煉過程的操作由工人依據(jù)自身經(jīng)驗進行，不僅容易造成生產(chǎn)中工藝指標波動較大

2、，而且難以保證吹煉過程的優(yōu)化運行，因此研究銅锍吹煉過程的動態(tài)優(yōu)化控制方法，對于實現(xiàn)銅锍吹煉過程的節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)過程的技術(shù)經(jīng)濟指標，以及實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。 論文在深入研究銅锍吹煉機理的基礎上，依據(jù)冶金反應動力學原理，建立了銅锍吹煉過程的非線性反應動力學模型，在此基礎上提出基于生產(chǎn)質(zhì)量指標反饋校正的銅锍吹煉過程動態(tài)優(yōu)化控制方案，并將其應用于銅锍吹煉過程的優(yōu)化控制指導決策系統(tǒng)中，取得了明顯的成效。論文主要研究工作及

3、創(chuàng)新性成果如下： (1)在對PS轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉過程進行深入分析的基礎上，提出了基于生產(chǎn)質(zhì)量指標反饋校正的銅锍吹煉過程動態(tài)優(yōu)化控制方案。該方案首先基于動態(tài)最優(yōu)模型求得最優(yōu)控制律。為消除生產(chǎn)過程中的擾動，以及其它不確定因素所帶來的影響，引入基于生產(chǎn)質(zhì)量指標的反饋調(diào)整機制，其中反饋信息由軟測量模型根據(jù)進出轉(zhuǎn)爐的物料計算得到，智能控制單元根據(jù)反饋的質(zhì)量信息和期望的質(zhì)量目標間的偏差對最優(yōu)控制律進行補償修正。而動態(tài)最優(yōu)模型中狀態(tài)變量的初值、控

4、制變量的邊界，以及終端時間由參數(shù)初始化計算模型計算獲得。 (2)通過研究銅锍吹煉過程的反應機理，根據(jù)冶金反應動力學原理，建立了銅锍吹煉過程造渣期和造銅期的非線性反應動力學模型，為銅锍吹煉過程的優(yōu)化控制奠定了基礎。論文采用現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)對建立的反應動力學模型進行了仿真實驗，并與實際檢測數(shù)據(jù)進行對比分析，結(jié)果表明上述兩組模型均能有效地描述吹煉過程中銅锍組份及溫度隨時間變化的過程，計算結(jié)果準確可靠。 (3)在參數(shù)初始化計算模型中

5、，針對動態(tài)優(yōu)化模型的終端時間設置問題，提出了基于簡約模糊最小二乘支持向量機的吹煉終點預測方法，該方法通過對建模樣本模糊化、核矩陣簡約化，以及采用核偏最小二乘法辨識最小二乘支持向量機回歸參數(shù)的方法，有效地提高了最小二乘支持向量機的抗噪性，從而使預測結(jié)果的相對均方根誤差保持在4％以下，符合生產(chǎn)操作的精度要求。另外，為計算動態(tài)優(yōu)化模型的狀態(tài)初值和冷料加入量的調(diào)節(jié)范圍，采用線性規(guī)劃方法建立了冷料添加總量的優(yōu)化配比計算模型，從而可根據(jù)現(xiàn)場冷料備料

6、情況對冷料裝入總量進行優(yōu)化計算，與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對比表明該配比模型計算準確有效。 (4)利用滾動計算方法，在多相多組份平衡計算的基礎上，建立了銅锍硅鐵比和溫度的軟測量模型。仿真實驗表明軟測量模型計算準確，軟測量結(jié)果的相對均方根誤差低于1％，符合優(yōu)化控制系統(tǒng)的要求。 (5)提出了基于爐況綜合判斷模型的智能補償控制方法。該方法依據(jù)軟測量模型提供的爐況信息，利用爐況綜合判斷模型計算生產(chǎn)質(zhì)量指標與期望目標之間的偏差，若偏差過大，由智

7、能控制單元根據(jù)建立的熔劑模糊調(diào)整規(guī)則和冷料專家控制規(guī)則，分別對熔劑和冷料的添加率進行補償調(diào)整。實際應用效果表明，該智能補償控制方法有效地提高了動態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)的魯棒性。 (6)設計并開發(fā)了銅锍吹煉過程的優(yōu)化控制指導決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立在吹煉過程動態(tài)優(yōu)化控制方案基礎上，實現(xiàn)了銅锍吹煉過程的優(yōu)化。系統(tǒng)投入運行后，穩(wěn)定了銅锍吹煉產(chǎn)品的質(zhì)量，實現(xiàn)了吹煉過程的節(jié)能降耗。吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐渣中硅含量被控制在21％左右，并且使平均每爐的冷料處理