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基于机理与数据混合驱动的高炉分布式炉温建模方法研究

黄龙诚  
【摘要】:高炉炼铁生产是钢铁工业流程上游的一个核心工序,其中高炉炉温是衡量高炉炉况和铁水质量的重要指标。建立高炉内部温度分布模型,及时反应炉内温度变化,并对炉内温度进行优化控制,是保证高炉平稳、安全、高效、节能运行的关键。但是由于高炉冶炼的复杂性,高炉内部温度无法直接测量,同时没有一个温度模型能够很好地从整体上描述高炉冶炼过程,实时反映高炉炉内温度状态。针对以上问题,本文提出了一种基于机理与数据混合驱动的高炉分布式炉温建模方法,该方法具有计算实时性好、模型适应性强等优点。 本文的研究内容主要包括以下几个方面: 1.提出了高炉内表面实时的温度分布模型建模方法。首先基于傅里叶传热定律建立炉壁的连续传热机理模型,接着利用模糊推理方法反推高炉内表面不同高度的周向温度分布,最后采用分段曲线拟合方法获得高炉整个内表面温度分布。 2.提出了高炉中心轴线温度分布模型建模方法。基于多流体理论和传热原理,根据流体动力学和反应动力学原理研究高炉炼铁过程炉温控制的复杂规律,求出高炉中心轴线每一点的气相和固相温度,对炉温进行预报。 3.提出了一种高炉内部三维温度分布模型建模方法。根据已获得的高炉内表面和高炉中心轴线温度分布,采用含内热源实心圆柱体的导热近似求解方法,求出高炉径向一维温度分布,从而得到高炉内部整体的三维温度分布模型。 4.通过Matlab工具软件对炉温分布模型进行可视化仿真,验证炉温模型的有效性和实时性。并在Matlab GUI平台下开发了高炉炉温实时显示系统软件,通过高炉现场采集的数据,在实验室中实时模拟显示高炉内部温度分布的立体图、纵剖面和横截面,为高炉操作人员对于炉温的监控提供帮助。


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