流程工業(yè)的智能制造

劉順 岳秋雨

摘 要：鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)的上游主體工序，對鋼鐵工業(yè)的發(fā)展與節(jié)能降耗有重要的地位。通過大數(shù)據(jù)挖掘，確定生產(chǎn)過程最佳途徑和最佳參數(shù)控制范圍，動(dòng)態(tài)預(yù)測調(diào)整生產(chǎn)過程控制，是目前鋼鐵產(chǎn)業(yè)面臨的一個(gè)難點(diǎn)。對在高爐中的還原反應(yīng)過程進(jìn)行分析，查閱文獻(xiàn)并通過數(shù)據(jù)對比得出，硅含量與鐵水溫度存在正相關(guān)；其次，利用MATLAB軟件繪出爐中生產(chǎn)大數(shù)據(jù)中，硅含量隨時(shí)間序列的變化圖，得出硅含量集中分布在范圍，建立一元平穩(wěn)時(shí)間序列硅含量模型。

關(guān)鍵詞： 動(dòng)態(tài)預(yù)測 擬合回歸分析 質(zhì)量優(yōu)化模型 粒子群算法

引 言

我國于2014年超過美國成為世界頭發(fā)工業(yè)生產(chǎn)國，在工業(yè)的流程當(dāng)中，鋼鐵冶金與石油化工等行業(yè)是代表性的國民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)。在冶煉的過程當(dāng)中，因?yàn)椴杉墓に噮?shù)是一個(gè)高維的大數(shù)據(jù)時(shí)間序列，所以影響因素眾多。在生產(chǎn)指標(biāo)產(chǎn)量、能耗以及鐵水質(zhì)量都與爐溫有密切的關(guān)系，爐溫即鐵水含硅量密切相關(guān)。

一、簡要分析

1.冶煉工藝機(jī)理

高爐煉鐵是一個(gè)工藝復(fù)雜的冶煉過程，高爐內(nèi)的溫度場雖然因各高爐具體情況的不同，沿圓周及半徑方向依煤氣流分布而千差萬別，但是沿高爐高度方向上的溫度分布卻有著共同規(guī)律：在爐料裝入爐內(nèi)的上部區(qū)域和從風(fēng)口燃燒帶形成煤氣向上升的地區(qū)，由于煤氣與爐料之間的溫度差很大，進(jìn)行著很強(qiáng)的熱交換，形成高爐上部熱交換區(qū)和下部熱交換區(qū)；而高爐中部，煤氣與爐料的溫度較小，是熱交換進(jìn)行得極其緩慢的區(qū)域，被稱熱交換空區(qū)或熱儲(chǔ)備區(qū)，熱儲(chǔ)備區(qū)的存在說明高爐是一種熱交換很完善的設(shè)備[1]

2.硅還原反應(yīng)機(jī)理[3]

硅在高爐內(nèi)還原發(fā)生的主要化學(xué)方程式為：爐渣與鐵水接觸時(shí)發(fā)生的渣鐵反應(yīng)：，被還原，發(fā)生的反應(yīng)為：，過程是隨煤氣上升的氣態(tài)，與C反應(yīng)，同時(shí)還與滴下的鐵水相遇，發(fā)生還原反應(yīng)。

二、高爐鐵水硅含量分析

根據(jù)給定的依序號排列的1000爐生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)表，利用MATLAB軟件繪出硅含量隨時(shí)間序列的散點(diǎn)圖和區(qū)域分布折線圖，如圖所示。

從圖中我們可以明顯看出，[Si]含量明顯集中分布在0.36-0.6%的部位，可以把高爐鐵水硅含量[Si]分成5個(gè)不同的級別，雖然鐵水硅含量[Si]在采集時(shí)是離散的。

二、預(yù)測模型求解

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，一般使用命中率來評價(jià)對模型的預(yù)測成功率。命中率越高模型的預(yù)測成功率越高，模型也就越精確；反之，則越不精確。

從表3的模型預(yù)測率中可以得出如下結(jié)論：

1.命中率隨樣本數(shù)的增加而增加；

2.在樣本個(gè)數(shù)較多的情況下，命中率增長程度減緩。可以分析出，若樣本個(gè)數(shù)繼續(xù)增加，預(yù)測命中率應(yīng)在某一數(shù)值的附近波動(dòng)。

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