电弧炉冶炼过程行进控制方法的研究与应用

论文摘要

电弧炉炼钢是用来生产特殊钢和高合金钢的主要方法。同转炉炼钢相比较，电弧炉具有钢液温度能灵活掌握、热效率高、炉内气氛可以控制、设备简单、工艺流程短等优点，再加上充足的废钢资源以及环保意识的加强，因而世界各国都在稳步地发展电炉炼钢。有效地操作、高效、优质、节能降耗、低成本的运行对钢铁工业是至关重要的。冶炼过程的自动控制系统是电弧炉的一个重要组成部分，直接影响产品的质量和产量。本文以经济指标和工艺指标两条主线，研究了先进控制技术在电弧炉过程控制中的应用，主要内容如下： （1） 基于经济指标的电弧炉冶炼过程优化设定 为了实现质量稳定可靠和低成本的系统控制目标，围绕终点控制这一基本主线，提出了基于经济指标的生产过程中工艺设定值优化操作思想。对过程参数进行了分析，提出了冶炼工艺优化目标并确定了优化设定值。通过对冶炼过程的能量需求与损失的分析与计算，通过对需氧量、冶炼周期、能量平衡等的分析，建立了以工序效益最大化为目标的工艺模型，对废钢、铁水、吹氧量、电能输入量以及喷碳量等进行优化。通过建立基于模糊数的优化配料计算模型、基于整数混合非线性规划的供电模型，以及基于灰色合金元素收得率校正的合金控制模型，实现了以降低冶炼成本为目标的终点控制的优化设定。 （2） 利用案例推理方法对电弧炉炼钢进行终点预报 采用案例推理的方法建立终点预报的模型。文中给出了求解案例相似度的方法、案例重用的方法。为弥补案例推理方法的不足，结合增量模型终点预报的方法，给出了基于多支持向量机的补偿建模方法，以提高案例推理终点预报的精度。仿真结论表明，基于案例推理和多支持向量机补偿的终点预报方法具有较为理想的预报精度。 （3） 利用分段控制策略对电弧炉炼钢进行终点控制 依据电弧炉冶炼工艺上的阶段划分，建立了分段控制的方法。熔化期采用静态控制方法，以追求冶炼成本的降低；氧化期为提高冶炼钢水的质量，采用智能控制方法，采用T-S模型建立供电量和吹氧量的预设定模型，为提高精度，在终点预报的基础上，采用模糊技术建立了校正模型，提高了终点控制的命中率。

论文目录

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• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 电弧炉的发展及国内外现状
• 1.2.1 电弧炉的发展历史
• 1.2.2 电弧炉炼钢设备
• 1.2.3 电弧炉炼钢的优点
• 1.2.4 电弧炉工艺发展概况
• 1.3 电弧炉炼钢过程自动化技术
• 1.3.1 电弧炉炼钢过程自动化的内容
• 1.3.2 电弧炉炼钢自动化技术的发展
• 1.3.3 电弧炉炼钢过程自动化现状
• 1.3.4 电弧炉炼钢过程自动化发展趋势
• 1.4 本文研究目标
• 第二章 预备知识
• 2.1 支持向量机
• 2.1.1 机器学习的基本问题
• 2.1.2 统计学习理论
• 2.1.3 支持向量机
• 2.1.4 回归支持向量机
• 2.1.5 最小二乘支持向量机
• 2.1.6 支持向量机的特点和性质
• 2.2 案例推理
• 2.2.1 案例推理的思想与理论基础
• 2.2.2 案例推理的两种主要类型
• 2.2.3 案例推理的推理过程
• 2.2.4 案例推理推理方法的优缺点
• 第三章 基于经济指标的电弧炉优化模型
• 3.1 电弧炉优化工艺模型
• 3.1.1 冶金工艺分析
• 3.1.2 电弧炉能量分析
• 3.1.3 冶炼周期的计算
• 3.1.4 工艺优化模型
• 3.1.5 工艺优化模型的应用
• 3.2 熔化期供电优化
• 3.2.1 电弧炉等效电路
• 3.2.2 电弧炉炼钢常用的几种供电策略
• 3.2.3 供电优化模型
• 3.2.4 供电优化模型的应用
• 3.3 配料优化模型
• 3.3.1 模糊配料模型
• 3.3.2 模糊参数的清晰化
• 3.3.3 模型的求解
• 3.4 合金补加优化模型
• 3.4.1 合金补加模型
• 3.4.2 合金元素收得率的估计
• 3.4.3 模型的求解
• 3.5 结论
• 第四章 电弧炉终点预报
• 4.1 电弧炉常用终点预报方法
• 4.1.1 基于机理模型的方法
• 4.1.2 自适应预报方法
• 4.1.3 基于智能理论的方法
• 4.1.4 增量模型预报方法
• 4.2 基于案例推理和支持向量机补偿的终点预报
• 4.2.1 案例库的构造
• 4.2.2 案例相似度计算
• 4.2.3 模糊最小二乘支持向量机
• 4.2.4 基于支持向量机的案例推理结果的修正
• 4.2.5 案例的重用
• 4.3 基于案例推理和多支持向量机补偿的终点预报
• 4.3.1 基于减聚类的案例库分割
• 4.3.2 基于多支持向量机的案例推理结果的修正
• 4.3.3 案例子库的维护
• 4.4 仿真研究
• 4.4.1 基于案例推理和支持向量机的终点预报仿真
• 4.4.2 基于案例推理和多支持向量机的终点预报仿真
• 4.4.3 预报结果对比分析
• 4.5 结论
• 第五章 电弧炉终点控制
• 5.1 终点控制的内容
• 5.2 基于专家系统的熔化期冶炼进程判定
• 5.2.1 基于能量输入比的冶炼进程判断
• 5.2.2 基于电极位置的冶炼进程判断
• 5.2.3 基于专家系统的冶炼进程判断
• 5.3 电弧炉氧化期智能终点控制
• 5.3.1 控制模型结构
• 5.3.2 预设定模型
• 5.3.3 吹氧量校正模型
• 5.3.4 供电量校正模型
• 5.3.5 冶炼时间修正模型
• 5.3.6 控制模型的计算步骤
• 5.4 仿真研究
• 5.5 结论
• 第六章 电弧炉炼钢自动化系统设计
• 6.1 电弧炉自动化系统的设计
• 6.1.1 硬件系统设计
• 6.1.2 系统功能设计
• 6.2 电弧炉炼钢过程控制软件
• 6.2.1 过程控制软件的总体设计
• 6.2.2 过程控制软件包功能
• 6.3 运行结果
• 6.4 结论
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间发表论文情况
• 作者简介