一種高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，步驟1：數(shù)據(jù)采集及計(jì)算：采集的操作參數(shù)包括：風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量、噴煤速率、頂壓、高爐煤氣中CO和CO2體積百分比，并計(jì)算出一氧化碳利用率ηCO；步驟2：對數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)滯配準(zhǔn)：用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，分別將不同時(shí)滯程度的操作參數(shù)時(shí)間序列與一氧化碳利用率時(shí)間序列進(jìn)行相關(guān)性分析，從而分別確定每個(gè)操作參數(shù)的時(shí)滯時(shí)間，完成數(shù)據(jù)的時(shí)滯配準(zhǔn)，并形成樣本集；步驟3：模型的建立：基于步驟2所述的樣本集建立基于SVM的高爐一氧化碳利用率實(shí)時(shí)預(yù)測模型。該高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，所建立的模型能對高爐煉鐵過程一氧化碳利用率實(shí)施精確預(yù)測。
【專利說明】一種高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，屬于高爐煉鐵領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是高消耗，高污染“大戶”。面對當(dāng)前資源短缺，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)象，鋼鐵工業(yè)亟需承擔(dān)起節(jié)能減排，綠色生產(chǎn)的重任。
[0003]高爐煉鐵是鋼鐵流程的主要耗能工序，一氧化碳利用率反應(yīng)高爐內(nèi)的間接還原進(jìn)程，直接影響噸鐵的能耗，是評價(jià)高爐能量利用好壞的重要指標(biāo)，并且與高爐穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)，在高爐煉鐵過程短期調(diào)控中發(fā)揮著重要的指導(dǎo)作用。
[0004]然而，由于高爐生產(chǎn)的密閉性、過程機(jī)理的復(fù)雜性等原因，使得一氧化碳利用率和高爐操作之間的影響關(guān)系難以確定，無法實(shí)現(xiàn)精確的定量調(diào)節(jié)，能耗模型難以準(zhǔn)確建立。
[0005]同時(shí)，由于高爐響應(yīng)存在滯后性，使得“實(shí)時(shí)”檢測到的高爐一氧化碳利用率并非是當(dāng)前時(shí)刻操作的結(jié)果。當(dāng)前操作參數(shù)改變后，一氧化利用率不會馬上響應(yīng)變化，而是會經(jīng)過一段時(shí)間才會反映出操作變化帶來的影響，即當(dāng)前檢測的一氧化碳利用率值，只能反應(yīng)一段時(shí)間之前操作情況。這就大大降低了一氧化碳利用率在現(xiàn)場的參考價(jià)值，也無法對高爐穩(wěn)定運(yùn)行提供有效指導(dǎo)。
[0006]目前，還未有準(zhǔn)確的一氧化碳利用率模型，高爐生產(chǎn)現(xiàn)場只能通過觀察現(xiàn)在以及過去一段時(shí)間內(nèi)一氧化碳利用率的實(shí)時(shí)檢測數(shù)值，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)判斷其未來可能的變化趨勢。這種判斷具有主觀性，容易出現(xiàn)紕漏和失誤，不能保證高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，也增強(qiáng)了現(xiàn)場勞動強(qiáng)度，降低了信息自動化水平。
[0007]由于模型的缺乏，現(xiàn)場操作的調(diào)節(jié)也只能憑借經(jīng)驗(yàn)來盡量優(yōu)化，以提高一氧化碳利用率，不能達(dá)到定量精確調(diào)節(jié)的效果。
[0008]本發(fā)明提出了一種高爐一氧化碳利用率建模方法，用于確定高爐操作參數(shù)和一氧化碳利用率之間的關(guān)系，且能根據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)基于操作參數(shù)的高爐一氧化碳利用率實(shí)時(shí)預(yù)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種高爐煉鐵過程中一氧化碳利用率的建模方法，該方法基于SVM算法，能實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的實(shí)時(shí)精確預(yù)測，有效解決目前在高爐煉鐵過程中，由于高爐生產(chǎn)的密閉性和現(xiàn)場操作對高爐影響的滯后性，導(dǎo)致高爐操作參數(shù)與一氧化碳之間的關(guān)系不明，只能憑借主觀經(jīng)驗(yàn)來判斷一氧化碳利用率的變化趨勢以及進(jìn)行高爐操作調(diào)節(jié)的問題。
[0010]發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0011]一種高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:數(shù)據(jù)采集及計(jì)算:
[0013]在高爐工控機(jī)的本地?cái)?shù)據(jù)庫【如Oracle數(shù)據(jù)庫】中采集操作參數(shù)數(shù)據(jù)；所述的操作參數(shù)包括:風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量、噴煤速率、頂壓、高爐煤氣中CO和CO2體積百分比；并由下式計(jì)算出一氧化碳利用率n?:
【權(quán)利要求】
1.一種高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:數(shù)據(jù)采集及計(jì)算； 從高爐工控機(jī)上的本地?cái)?shù)據(jù)庫中采集操作參數(shù)數(shù)據(jù)；所述的操作參數(shù)包括:風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量、噴煤速率、頂壓、高爐煤氣中CO和CO2體積百分比，并由下式計(jì)算出一氧化碳利用率ITcq:
=(CO2) 其中，(CO2)為高爐煤氣中CO2的體積百分比；(CO)為高爐煤氣中CO的體積百分比； 步驟2:對數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)滯配準(zhǔn)； 對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，利用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，分別將不同時(shí)滯程度的操作參數(shù)時(shí)間序列與一氧化碳利用率時(shí)間序列進(jìn)行相關(guān)性分析，分別確定每個(gè)操作參數(shù)的時(shí)滯時(shí)間，完成數(shù)據(jù)的時(shí)滯配準(zhǔn)，并形成樣本集； 步驟3:模型的建立； 基于步驟2所述的樣本集，以風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)速、風(fēng)壓、噴煤速率、頂壓六個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)作為輸入，一氧化碳利用率為輸出，建立基于SVM的高爐一氧化碳利用率預(yù)測模型。所述的SVM采用RBF核函數(shù)，并采用交叉驗(yàn)證法對SVM的懲罰參數(shù)c和核函數(shù)參數(shù)g進(jìn)行優(yōu)化選擇；模型驗(yàn)證完成后，以當(dāng)前時(shí)滯配準(zhǔn)的輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)為輸入，通過模型得到當(dāng)前操作參數(shù)下的一氧化碳利用率； 所述交叉驗(yàn)證法的步驟如下: ①確定懲罰參數(shù)c和核函數(shù)參數(shù)g的取值范圍； ②確定測試集分組數(shù)目V; ③對測試集進(jìn)行交叉驗(yàn)證:即，當(dāng)c和g以步長從小到大變化時(shí)，以每一組測試集為訓(xùn)練集，后一組測試集為驗(yàn)證集，計(jì)算驗(yàn)證的平均準(zhǔn)確率； ④保留平均準(zhǔn)確率最大的時(shí)候所對應(yīng)的c和g值，作為最終的參數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵過程一氧化碳利用率建模方法，其特征在于，步驟2中對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括異常數(shù)據(jù)剔除，并利用小波分解方法去噪，以消除工業(yè)現(xiàn)場檢測的干擾噪聲。 異常數(shù)據(jù)剔除的方法為:對風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)速、噴煤速率、頂壓、一氧化碳利用率這7個(gè)數(shù)據(jù)序列的每一個(gè)數(shù)據(jù)序列中，最大的3個(gè)數(shù)據(jù)和最小的3個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，替換為前一時(shí)刻和后一時(shí)刻數(shù)據(jù)的平均值，以減少尖峰脈沖數(shù)據(jù)的干擾； 去噪方法為:對7個(gè)數(shù)據(jù)序列的每一個(gè)數(shù)據(jù)序列作如下操作: ①選取demy為小波基函數(shù)，將該數(shù)據(jù)序列進(jìn)行5層小波分解； ②根據(jù)軟閾值法，選擇各層的閾值，將最高頻率的兩層信號完全屏蔽，保留低頻信號； ③將低頻信號進(jìn)行重構(gòu)，覆蓋原來的數(shù)據(jù)序列，即完成數(shù)據(jù)樣本的小波去噪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，其特征在于，步驟2中，確定某個(gè)操作參數(shù)時(shí)滯時(shí)間的過程為: ①對于當(dāng)前的操作參數(shù)，以10分鐘為間隔，提取滯后不同時(shí)間的風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)速、噴煤速率、頂壓數(shù)據(jù)樣本，分別表示為zfl、zfw、zfy、zfs、zps、zdy，以風(fēng)量為例如下，
滯后 O 分鐘:zOfl (k) = xl (k), k = 1,2,…，480)滯后 10 分鐘:zlfl (k) = xl (k), k = 11,12,…，490 ； 滯后 20 分鐘:z2fl (k) = xl(k)，k = 21，22，-,500 ； 滯后 120 分鐘:zl2fl (k) = xl(k)，k = 121，122，-,600 ；

形成矩陣
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高爐煉鐵過程一氧化碳利用率的建模方法，其特征在于，步驟2中，風(fēng)量的時(shí)滯時(shí)間90min，風(fēng)溫的時(shí)滯時(shí)間70min，風(fēng)速的時(shí)滯時(shí)間20min，風(fēng)壓的時(shí)滯時(shí)間40min，頂壓的時(shí)滯時(shí)間60min，噴煤速率的時(shí)滯時(shí)間為70min ;步驟3中，c和p的最終的參數(shù)值分別為2和1.867。
【文檔編號】C21B5/00GK103729571SQ201410032031
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】安劍奇, 陳易斐, 吳敏, 何勇, 曹衛(wèi)華 申請人:中南大學(xué)