冶金加熱過程數學模型及其參數優化研究

馮國勇

（蘭州資源環境職業技術學院，甘肅 蘭州730021）

隨著科學技術的不斷發展，冶金行業也發生了改變，工藝逐漸從簡單走向了復雜，更具科學性。現代冶金行業包含了金屬學、熱力學以及動能學等多方面知識。在整個冶金加熱過程中，這種知識受到廣泛應用。事實上，冶金工作是十分復雜的，操作過程具有一定的局限性。冶金過程中會用到冶金爐，冶金爐中發生大量的物理與化學反應，多種形態的金屬同時出現[1]。在整個冶金加熱過程中，冶金爐是封閉的，相關工作人員需要通過冶金爐外部的儀表盤進行操作，并根據參數對冶金情況進行分析，利用儀表中顯示的數據進行計算。并建立相應的數學模型，便于得出結論，對冶金工作進行進一步指導。近年來，計算機技術發展迅猛，逐漸應用在各個行業中，冶金加熱過程中，計算機技術為數學模型的建立提供了有力基礎，使工作者可以通過模型對冶金過程進行控制，獲得了突破性的發展[2]。對多種金屬礦產資源的冶煉加熱過程進行分析，研究數學模型使用及其參數優化的過程。經驗與機理結合在一起，屬于混合型模型，這種數學模型的建立通常需要相關工作者根據自身的實踐經驗對相應工藝進行推理與假設，形成具體的方程。建立后，再將多種參數帶入其中，對方程進行驗證。第三種模型屬于統計模型，全部依靠操作者的工作經驗，不對具體原理與理論進行分析，在參數的變化過程中總結規律，這種類型的數學模型，雖然較為方便，但是準確程度并不高。這三種數學模型都是在冶金加熱過程中較為常見。本文冶金加熱過程數學模型相關組成數據如表1所示。

表1 模型組成

1 探究冶金加熱過程數學模型及其參數優化方式

在冶金加熱過程中，數學模型的建立有以下幾種類型，第一個類型用于較為簡單的問題，在模型建立前，需要對工業過程進行準確了解，總結其中的規律，結合理論進行具體分析，在相應的方程中能夠體現工作性質與行為，這種模型建立為機理模型。將機理模型應用到冶金加熱的過程中，能夠總結出各個參數的具體變化情況。在使用這種數學模型時應注意掌握冶金工作的原理與規律。第二種模型將操作者的

由表1所示，冶金加熱過程中數學模型的建立就是對冶金原理與冶金設備進行分析的過程，對其中的多種物理化學反應進行研究。數學模型能夠對冶金理論進行傳輸，這也是一切工作的基礎，模型能夠對坐標、方程式等參數進行統計。使整個冶金加熱過程更加細化，在機理模型的基礎上，將操作者的經驗融入其中，并進行計算。在模型建立與計算中需要依靠計算機設備與先進的計算機技術，研究各項參數的變化，總結其中規律，實現對冶金加熱過程中各個參數進行優化的目的。數學模型與相應參數不斷優化的過程中，也能夠尋找出最好的冶金加熱方案，在各種環境下都能夠進行冶金作業。選取一組參數值，并通過數學模型將參數進行優化。在優化過程中相應方程能夠對整個空間的信息與數據進行搜索，并完成相應的組合，形成多項式。對智能優化方法進行分析，判斷冶金加熱過程中粒子的變化情況，分析粒子之間的關系，將整個空間視為一個整體，每一個粒子都是獨立的個體，對粒子群進行優化，公式如下。

式中：x 為微粒值，k 為當前代數值，λ為加速常數，f為學習因子。冶金加熱模型通過多次參數代入，得到的結果都是相對于最初更加優化的，但同時也具有一定的局限性。通過適當改進后實現參數最優，其運行效率也明顯得到了提升，可見在這一方程下的數學模型有著較好的效果。

2 實驗結果與分析

為證明冶金加熱過程數學模型及其參數優化效果，完善系統模型。進行進一步實驗，實驗為對照實驗，將傳統數學模型和參數優化方式與本文提出的模型和方式進行比較，使用多種數據采集，分別利用這兩種方法對冶金過程中耗費率進行檢測，對比結果如圖1所示。

圖1 實驗對比圖

根據圖1實驗對比圖可以看出，本文提出的數學模型及其參數優化方式相比于傳統數學模型和參數優化方式能夠有效降低冶金過程中的消耗率，有效、清晰的獲取工藝過程中各參數的變化規律及參數間的定量關系，通過變化規律實現對冶金加熱過程中消耗量的控制，節約能源，具有較好的應用價值。

3 結語

冶金加熱中應用到了多種學科的知識，數學模型的建立過程中也出現了許多方程組，這些方程組能夠對參數進行優化，并記錄其變化的規律。建立數學模型對參數進行優化能夠使冶金加熱工作具有更高的效率與質量。通過對模擬數值的分析，能夠使工作者對冶金加熱的過程更加了解，對相關工藝的完善起到了重要的作用。冶金加熱過程中數學模型的建立與參數優化取得了良好的效果，發展過程從簡單到復雜，由一維到多維，實現了真正的動態研究，但仍然存在許多不足之處，參數優化效果仍然沒有達到最佳，相關技術工作者還應在實踐過程中對數學模型進行完善，以促進冶金行業的持續發展。