（钢铁冶金专业论文）烧结优化配矿综合技术系统的研究.pdf

摘要 目前，钢铁工业在不断发展，降本增效已成为钢铁企业发展的主 流。随着世界铁矿石资源的不断变化，相应地会对铁矿石的种类、配 比不断做出调整。当烧结用到多种含铁原料时，以什么样的配矿方案 进行设计使烧结矿性能最好，成本最优，对于钢铁工业的降本增效具 有重要的意义。 本论文针对铁矿石烧结配矿的特点，提出两种获得合适配矿方案 的方法，并提出了由铁矿石性能数据库、计算配矿模型、b p 网络模 型、烧结矿质量预报模型以及寻优配矿模型组成的系统总体结构。应 用数据库技术建立由原料基础性能和原料烧结性能组成的铁矿石性 能数据库。建立了b p 神经网络模型，并研究了b p 学习算法，针对 b p 算法存在学习效率低，收敛速度慢等问题，提出了改进的b p 算 法g l 快速算法。应用神经网络技术建立了烧结矿质量预报模 型，模型预报命中率达到8 3 3 以上，该预报模型具有良好的泛化能 力和自适应能力。应用遗传优化技术建立了烧结寻优配矿模型，在保 证烧结矿质量指标和铁矿石供应量的条件下获得优化的配矿方案，具 有较好的优化效果。建立了烧结计算配矿模型，实现了混匀配矿计算 和烧结配料计算，在保证混匀矿物理化学性能和烧结矿化学性能以及 它们的经济指标的条件下，得到合适的配矿方案和配料方案。采用 v i s u a lc + + 6 0 与m a t l a b 混合编程的方式：开发了烧结优化配矿模型 的软件，软件实用性强，界面友好，操作方便，具有强大的存储、计算、 预报和优化等功能。 关键词烧结，优化配矿，神经网络，遗传优化算法 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，l o w e rc o s ta n dh i g h e rb e n e f i th a sb e c o m ef a s h i o no fi r o n a n ds t e e li n d u s t r y t h ek i n d sa n d p r o p o r t i o n so fi r o no r e sf o rs i n t e r i n ga l e a d j u s t e dc o n s t a n t l yw i t hc h a n g eo fg l o b a li r o no r er e s o u r c e s i ti s s i g n i f i c a n tt of i n dao r em a t c h i n gs c h e m e ，w h i c hs i n t e r i n gy i e l da n d q u a l i t yi sh i g hw h i l ec o s ti sl o w t w om e t h o d st oo b t a i nap r o p e ri r o no r e sm a t c h i n gs c h e m ew e r ep u t f o r w a r d , a sw e l la sas y s t e mf r a m e w o r kc o n s i s t e do fi r o no r ec a p a b i l i t i e s d a t a b a s e ，i r o no r em a t c h i n gc a l c u l a t i o nm o d e l ，b pn e u r a ln e t w o r km o d e l ， p r e d i c t i v em o d e lo fs i n t e rq u a l i t ya n do p t i m i z i n gi r o no r e sm a t c h i n g m o d e lb ya n a l y z i n gc h a r a c t e r i s t i c so fi r o no r e sm a t c h i n gi ns i n t e r i n g p r o c e s s d a t a b a s eo fi r o no r e sc a p a b i l i t i e sw h i c hc o n s i s t e do fb a s i c c a p a b i l i t i e so fr a wm a t e r i a la n ds i n t e r i n gc a p a b i l i t i e sw a se s t a b l i s h e db y u s i n gd a t a b a s et e c h n o l o g y b pn e u r a ln e t w o r km o d e lw a sb u i l la n db p a l g o r i t h mw a ss t u d i e d a ni m p r o v e db pa l g o r i t h m - v o g lq u i c ka l g o r i t h m w a sp u tf o r w a r da sb pa l g o r i t h mh a ss o m ep r o b l e m ss u c ha sl o ws t u d y e f f i c i e n c y , s l o wc o n v e r g e n c er a t e p r e d i c t i v em o d e lo fs i n t e rq u a l i t yw a s b u i l tu s i n gn e u r a ln e t w o r kt e c h n o l o g y t h i sm o d e lh a sap r e d i c t i v er a t eo f o v e r8 3 3 a n d 、j i r i t h g o o dg e n e r a l i z a t i o na n ds e l f - a d a p t a t i o na b i l i t i e s o p t i m i z i n gi r o no r e sm a t c h i n gm o d e lw a sb u i l tu s i n gg e n e t i ca l g o r i t h m s t e c h n o l o g y t h i s m o d e lc a n g i v e t h eb e s t i r o n o r e s m a t c h i n g s c h e m e ，w h i c hc o s ti sl o w e ra n dq u a l i t yo fs i n t e ri sg o o d t h i sm o d e lh a s ag o o do p t i m i z i n ge f f e c t s i n t e r i n gi r o no r e sm a t c h i n gc a l c u l a t i o nm o d e l w a sb u i l tw i t hw h i c hi r o no r e sm i x i n gc a l c u l a t i o na n dp r o p o r t i o n i n go f s i n t e r i n gm a t e r i a lc a l c u l a t i o nw e t er e a l i z e d t h i sm o d e lc a ng i v eap r o p e r i r o n o r e sm a t c h i n gs c h e m ea n dm a t 萌a l p r o p o r t i o n i n gs c h e m e t h e o p t i m i z i n gm a t c h i n go r e ss y s t e mm o d e lh a sb e e nd e v e l o p e du s i n ga m i x i n gp r o g r a m m i n gm o d eo fv i s u a lc 抖6 0d e v e l o p m e n tt o o la n d m a t l a bp r o g r a m m i n gl a n g u a g e t h i ss o f t w a r eh a ss o m ea d v a n t a g e ss u c h a sg o o dp r a c t i c a b i l i t y , f r i e n d l yi n t e r f a c e ，c o n v e n i e n to p e r a t i o n , p o w e r f u l f u n c t i o n so f s t o r a g e ，c a l c u l a t i o n , p r e d i c t i o na n do p t i m i z a t i o n k e yw o r d s s i n t e f i n g ，o p t i m i z a t i o ni r o no r e sm a t c h i n g ，a r t i f i c i a ln e u r a l n e t w o r k , g e n e t i ca l g o r i t h m 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：掣月粤日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文 作者签名：盘蛆导师签名鱼丝日期：4 年月孚日 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 铁矿石资源的利用现状 铁矿石是炼铁的主要原料，随着钢铁工业的高速发展，铁矿石需求量急剧 增加。图1 - 1 为2 0 0 0 2 0 0 6 年我国铁矿石需求量情况【1 】。从图1 1 可以看出， 2 0 0 0 年国产铁矿石为2 2 2 5 6 万吨，2 0 0 4 年突破3 0 0 0 0 万吨，2 0 0 6 年猛增到5 7 3 9 7 万吨；进口铁矿石2 0 0 0 年为6 9 9 7 万吨，2 0 0 2 年超过1 0 0 0 0 万吨，2 0 0 4 年增 加到2 0 8 0 9 万吨，2 0 0 6 年达到3 2 6 3 3 万吨。铁矿石需求量的增加，一方面表明 我国对铁矿石的需求量越来越大；另一方面说明国内铁矿石产量远不能满足市 场的需求，较大比例铁矿石需要依靠进口。由于进口铁矿石含铁高，硅、铝、 磷、硫低，冶炼条件较好，综合效益较高，到岸价格和国内的铁精矿相近，因 此，国外铁矿石在中国市场具有很强的竞争力，从国际市场进口一定数量的铁 矿石是我国钢铁生产不断发展的必然选择【2 】。目前，在铁矿资源日益紧缺，进 口矿石种类繁多，国内矿石也参差不齐的情况下，如何在烧结生产中合理利用 这些日益变化的铁矿石资源，使之满足钢铁工业降本增效的需要，这就要求对 铁矿石资源进行合理的利用和优化。 图1 - 12 0 0 0 - , 2 0 0 6 年我国铁矿石需求量 硕十学位论文 第一章文献综述 1 2 铁矿石的价值评价 合理的炉料结构是获得高炉最大效益的基础。它包含有两个概念，一是各种 铁矿石是最经济的，二是各种铁矿石的搭配最优。对于烧结来说也是一样，它的 原料结构也要遵循这个原则。尤其是在目前铁矿资源f 1 益紧缺的情况下，对各种 铁矿石进行烧结性能和经济价值评价是非常必要的。选择能够给烧结生产带来效 益的铁矿石，是合理烧结矿原料结构的前提。关于铁矿石的价值评价有较多的报 道，目前应用最多的铁矿石价值评价是与烧结生产和烧结矿指标相联系的铁矿石 性能指标和经济指标评价。 1 2 1 铁矿石的性能评价 对铁矿石性能评价主要从铁矿石化学性能、物理性能、矿物组成以及微观结 构等方面来考虑。 1 2 1 1 化学性能 铁矿石的化学成分中包括t f e 、s i 0 2 、m g o 、s 、p 、a s 、p b 、z n 、c u 、k 2 0 、 n a 2 0 等。铁矿石的化学成分不仅决定烧结矿的化学成分，而且是影响铁矿石烧 结性能的一个重要因素。 ( 1 ) 要满足烧结矿的品位的要求，首先要保证含铁原料中品位。它直接影响 到烧结矿的化学组成和全铁含量【3 】。 ( 2 ) s i 0 2 是烧结过程必须的造渣物质，所以铁矿石中必须保持一定的s i 0 2 含量，但过多的s i 0 2 会降低铁矿石的品位，从而影响到烧结矿产品的铁品位； 另外s i 0 2 含量过低则粘结相减少，使烧结矿强度降低、成品率下降【4 1 。 ( 3 ) 由于a 1 2 0 3 为高熔点化合物，高a 1 2 0 3 含量烧结需要更高的烧结温度和 更长的烧结时问来维持所需的烧结矿强度，生产率降低，能耗大。因此烧结生 产中希望铁矿石有较低的a 1 2 0 3 含量。但低含量a 1 2 0 3 的铁矿石价格比较高，且 在生产中所使用的铁矿石普遍含有a 1 2 0 3 ，因此在保证烧结矿产质量的基础上， 允许一定品位的a 1 2 0 3 存在 5 1 。 ( 4 ) m g o 使烧结矿熔点升高，促进铁酸钙与磁铁矿熔蚀交织结构的形成，适 量的m 9 0 能提高烧结矿的强度，改善烧结矿的冶金性能，提高烧结矿的质量。 ( 5 ) 在现有条件下，s 、p 、a s 、p b 、z n 和c u 等元素是含铁原料中不可避免 带入有害元素，它们对烧结矿的产质量造成不利的影响，应该把它们控制在一定 的范围内。 1 2 1 2 物理性能 物理性能包括粒度组成、亲水性能、堆密度、孔隙率和水分等。 2 硕士学位论文第一章文献综述 铁矿石粒度组成影响烧结混合料制粒性质，从而影响铁矿石烧结性能产质量 指标。对烧结混合料制粒小球的结构研究表明，球颗粒一般是由成核颗粒和粘附 细粒组成。称之为“准颗粒”。“准颗粒”的形成条件与粒度组成密切相关。理想 的为l 3m i l l 作核颗粒，0 2 5 1 0m l n 的中间颗粒难于粒化，越少越好。对于 铁精矿烧结，配加一定数量的返矿作核颗粒，有利于制粒，且返矿粒度上限最好 控制在5 6m m 以下 6 1 。烧结混合料合适的粒度组成是3 or a i n 料的含量小于 1 5 ，3 5i r o n 料的含量在4 0 5 0 之间，5 l oi n l e t 料含量不要超过3 0 ， 大于1 0m i l l 的料不得超过1 0 ，即尽量减少3 om i l l 的粒级而增加3 1 0m i n 的粒级，尤其是增加3 5i n t o 粒级的含量【刀。这样才能使烧结料在减少粉末的基 础上，粒度更加均匀，从而提高烧结矿的质量和产量。对于铁矿石烧结生产而言， 烧结混合料中3 om l n 的粒级含量与烧结生产率成反比关系。一般铁矿石中小 于3t o n i 部分比率越高，烧结生产率越低，同时随着烧结料中3 or a n 部分的减 少，烧结过程进行得更加均匀，消除了烧结的夹生料，从而使烧结矿的机械强度 得到改善【”。 亲水性能包括原料的最大毛细水、最大分子水、成球性指数、吸水速度等。 关于亲水性能对烧结工艺的影响实验表明：精矿的最大分子水、最大毛细水、 成球性指数均使烧结速度提高，烧结强度降低，烧结速度随着精矿的吸水速度的 提高而降低，强度随着精矿的吸水速度的提高而提高，粉矿的最大分子水、最大 毛细水对烧结性能的影响与精矿相同，但吸水速度的影响相反嗍。 铁矿石的孔隙率和堆密度大小来分别决定了混合料的孔隙率和堆密度。一般 而言，孔隙率大的铁矿石，结晶颗粒大，水合程度高，烧结性能较好，烧结矿的 产质量指标也好，尤其可以改变烧结矿的冶金性能。 水分也是在评价铁矿石时考虑的一个方面，因为铁矿石的水分是按净重计价 的，水分的重量也得花运费，便会增加铁矿石的使用成本。 1 2 1 3 矿物组成及微观结构【5 】 铁矿石的矿物组成大致可分为：赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、硫化物、 脉石和其他金属矿物。在烧结工艺条件相同的情况下，不同矿物类型的含铁原料 消耗的能耗不同，磁铁矿为主的铁矿石，烧结过程中能放出一部分热量，所以消 耗燃料要少。一般来说，褐铁矿由于含结晶水较高，结晶水蒸发要消耗部分热量， 所以它的燃料用量比赤铁矿高，比磁铁矿更高。 不同微观结构的铁矿石其冶炼性能不同。矿石结晶粒度细，比表面积大，利 用系数高，能耗低，还原性好。铁矿石开放孔隙率商，烧结矿还原性好，焦比低。 中等晶粒、低水化度铁矿石有利于提高烧结矿转鼓强度的还原粉化指数。 3 硕士学位论文第一章文献综述 1 2 2 铁矿石的经济评价 目前，比较铁矿石贵贱的主要方法是吨矿价格和吨度价格，吨矿价格是指生 产1 吨烧结矿获得所消耗的原料成本；吨矿价格与矿石含铁量的比值，就是吨度 价格，即生产1 吨烧结矿获得l 的t f e 所消耗的原料成本。从经济效益出发， 应首选吨度价格最低而单烧值较高的铁矿石，它反映了含铁原料的价格能力。 另外，关于单烧值评价铁矿石质量的也较多，单烧值是单独使用某一种铁矿 石进行烧结时，在一定生石灰、燃料配比及指定碱度条件下，配加适量石灰石或 白云石生产出来的烧结矿的含铁量百分数，它主要反映了含铁原料的有效品位。 单烧值与该矿石的品位和杂质s i 0 2 的含量有关，矿石的品位越商，s i 0 2 含量越 低，则单烧值就越高。在碱度相同的条件下，铁矿石的品位越高，杂质越低，烧 结矿的单烧值也越高，则生产1 吨生铁所需要的理论烧结矿量就越少。 对铁矿石的经济评价，应该综合考虑单烧值、吨矿价格与吨度价格；应该以 衡量铁矿石的炼铁价值则以炼一吨生铁所需该矿的单烧烧结矿的成本，通过铁矿 石烧结价值和炼铁价值的比较，将各种矿石按优劣进行排队，选择较优的铁矿石 1 1 2 1 。 1 3 烧结优化配矿的研究现状 配矿效果的好坏直接响到混匀矿的化学成分及稳定性，并影响烧结矿的成本 和高炉冶炼的全过程。随着高炉的大型化，高炉炼铁对烧结矿的要求越来越高， 而参与配矿的铁矿石种类越来越多，品种杂，质量不稳定，如何搞好配矿，在烧 结生产中越来越重要。而配矿方案直接影响到烧结矿的质量，把握配矿对质量的 影响规律，具有十分重要的意义。目前，配矿的研究主要集中在两个方面：烧结 优化配矿试验和优化配矿数学模型。 1 3 1 烧结优化配矿试验研究现状 目前，各个钢铁企业和科研机构的烧结优化配矿试验主要围绕着铁矿石的基 础特性、配矿成本、铁矿石的合理选择和搭配以及铁矿石的高温性能等方面进行 研究，以期使铁矿石的综合性能发挥到最优。 ( 1 ) 铁矿石基础特性研究 马铡塘过研究原料中灿2 q 对烧结性能的影响，当烧结矿a 1 2 0 3 由1 4 3 上升到1 6 3 时，通过优化配矿措施使烧结的生产率和燃耗得到改善。 包钢【1 4 】对不同种类铁矿粉的基础特性进行了实验研究，通过对实验结果的分 4 硕士学位论文 第一章文献综述 析、总结，提出了基于铁矿粉的烧结基础特性来选用铁矿粉及优化配矿的指导依 据。 中南大学烧结球团研究所【i5 l 根据钛铁精矿的特点，采用高铁低硅烧结，通过 优化配矿，使烧结矿全铁的质量分数从4 9 2 0 提高到5 1 4 6 ，s i 0 2 的质量分数 从5 3 0 0 , 6 降低到4 0 5 青岛钢铁公司 1 6 1 根据巴西c v r d 矿具有含铁品位高、有害杂质少、烧结性 能良好的特点。通过优化配矿方案，把c v r d 矿作为烧结配矿的主要矿种，使 烧结生产率提高，烧结矿质量改善，冶金性能提高。 熊冬保等人【i 。7 】根据锰矿烧结的特点，通过烧结生产配矿、提高烧结矿品位、 降低烧结矿s i 0 2 ，改善了锰烧结矿质量，促进了锰铁冶炼节焦增产 ( 2 ) 配矿成本 宝钢从认识和研究各种铁矿石烧结特性出发，以提高褐铁矿等高铝、高结晶 水矿石为突破口，开发出有宝钢特色的低成本配矿技术【。 湘钢【1 9 l 研究了湘钢各种原料的烧结性能，以优质低成本为目标，对烧结配矿 进行了优化，得出了在现有资源条件下的最优配比以及资源改进的方向。 ( 3 ) 铁矿石的合理选择和搭配 鞍钢 2 0 l 运用最优化理论，在烧结统计性模型上进行寻优，德出了获得最佳烧 结指标值时的各种矿的定量搭配关系，模型较正确地反映了各种矿不同搭配后烧 结的规律性。从改善烧结矿粒度组成、还原度、低温还原粉化以及成品率等不同 角度进行优化，可以得出各种精矿的不同优化配比。 安钢【2 i 】为应对原料条件的变化，进行了烧结优化配矿试验，顺利地实现了原 料结构的改变，使各项生产指标得到改善。 唐钢 2 2 1 针对烧结用外矿粉的烧结性能及原始粒度组成情况，对多种配矿结构 进行实验室烧结杯试验，通过对烧结过程的分析及对成品烧结矿冶金性能的检 测，确定出几种配矿结构的优选顺序。 刘振林等瞄】通过配加不同铁精粉、澳洲粗粉、巴西粗粉等一系列烧结试验， 寻找出各矿之间的合理搭配比例，优化出济钢目前原料条件下合理的烧结原料结 构 ( 4 ) 高温性能的研究 2 l 世纪初，北京科技大学吴胜利等提出烧结过程的各项技术经济指标更大 程度上依赖于铁矿石的同化性能、液相流动性、粘结相强度性能和铁酸钙生成性 能等高温物理化学性质，为科学配矿奠定了理论基础例。 南昌钢铁公司瞄】根据对烧结用铁矿粉的同化特性、液相流动特性、粘结相自 身强度特性以及连晶强度特性的实验研究，设计了6 组高品位、低渣量型烧结矿 5 硕士学位论文 第一章文献综述 的优化配矿方案，证实了根据铁矿粉的烧结基础特性和互补原理进行烧结优化配 矿，可以获得事半功倍的效果。 1 3 2 优化配矿数学模型研究现状 关于数学模型在烧结方面的应用，文献 2 6 - 3 5 】中有较多的报道，对于烧结优化 配矿方面，主要有： 日本的t a k a z o k a w a g u c h i 等人【3 6 】在大量烧结试验的基础上，建立了铁矿石烧 结综合模拟模型。该模型利用铁矿石的物理化学性质、烧结设备特性及操作条件 的信息作为输入数据，预报烧结矿质量、能耗、生产率和其他操作性能。 巴西c v r d 公司【3 7 】为了以高质量的产品和服务来满足用户的需要，对各种 矿石的微观结构及其对烧结过程的影响进行了大量的研究，并应用人工神经网络 模拟了铁矿石微观结构与烧结性能和烧结矿质量之间的关系，来评价铁矿石的烧 结性能 上海宝钢冯建生等人【3 8 憾结宝钢1 0 余年来的配矿经验，应用神经网络技术， 建立了配矿专家系统。该系统能准确预测烧结矿质量，并能根据对质量的要求给 出科学的配矿方案。 唐山钢铁集团公司【3 9 】为了取得最佳经济效益，用数学模型的方法设计了炉料 结构经济效益分析软件，该系统包括原料混匀配料计算、烧结配料计算、高炉配 料计算，形成了一套从原料到烧结到高炉的完整配料计算方案体系。该系统还可 以依据设定的配矿结构，计算出烧结矿成分、成本，并进一步计算出生铁成本的 变化情况，使配矿结构的优化工作大大简化，便于寻求最优的配矿结构和炉料结 构。 1 4 人工神经网络及其在烧结中的应用现状 1 4 1 人工神经网络在国外烧结生产中的应用现状 在国外，人工神经网络技术在烧结生产中取得了广泛的应用。 澳大利亚亚布罗肯希尔矿山公司【帅】采用基于神经网络技术的“专家经验研 制了一个人工智能系统，在n e w c a s t l e 和k e m b l a 这两个烧结厂中得到应用。 日本神户制钢】应用人工神经网络很好地实现了加热曲线控制的模型 化。其处理方法是：首先利用自组织神经网络分类学习具有代表性的温度曲 线，并针对具体温度曲线下的平均主排气温度的定性指标( 高、中、低) 学习 烧结矿成品率( 高、中、低) 以及相应调整措施。训练结束后，针对现场具体 6 硕士学位论文 第一章文献综述 条件下的温度曲线、主捧气温度就可以判明烧结状态的局部变化、预见成品 率并通过调整烧结机宽度方向布料或台车前进速度来调节烧结，以稳定目标 成品率。此模型的美中不足是还不能反映温度分布变化对烧结指标带来的定 量影响，也未能靠此网络实现控制参数的自动定量调节。 住友钢铁公司【4 2 慨岛烧结厂应用了在铁矿石烧结综合模型基础上开发的最 佳烧结操作系统。铁矿石烧结综合模拟模型用于各种控制因素对烧结矿质量的影 响，可以预报烧结过程中的烧结矿质量、能耗、产率和其他操作性能。 在烧结生产应用中，国外还有用神经网络技术实现对烧结热状态的识别和控 制【4 3 1 ，用人工神经网络控制烧结矿冷却温度【棚，用多层神经网络确定适宜的生 产操作条件等的报道【4 5 1 。 1 4 2 人工神经网络在国内烧结生产中的应用现状 烧结过程是一类非线性、多变量、强耦合、时变性的复杂控制对象，且缺乏 必要的现场检测手段，使得运用传统的系统建模和参数辨识方法实施比较困难。 近年来人工神经网络在国内烧结生产中发挥了其巨大的优势。 谢国安等人州以某钢铁企业的生产和技术指标的相关的统计数据为基础，利 用人工神经网络的b p 算法，构造了烧结工序能耗的影响因素定量分析模型，分 析了烧结矿品位、合格率、返矿率、f e o 含量和转鼓指标对烧结工序能耗的影响 程度。解决了长期以来仅凭经验估测各因素对工序能耗影响程度的问题。 邵贤强等人 4 7 1 研究了烧结矿质量在线推断神经网络模型，该模型采用b p 网 络设计了分类器，通过二次特征提取，精选出固定碳、机速、第1 2 。、2 0 4 风箱 温度等7 个指标特征变量作为输入层的7 个节点，并将样本质量按f e o 和r 两 项指标的合格与否划分为4 类，对应输出层的4 个节点。试验结果表明建立的模 型预报正确率高，且具有良好的泛化能力，该模型解决了成品矿质量检测时间长 的缺陷。 郭文军等人 4 8 1 研究的烧结矿化学成分神经网络预报模型则选择了与烧结矿 质量有直接关系的碱度、全铁和f e o 含量作为预报的输出，采用m a t l a bt 具仿 真，预报结果与实际结果的偏差均在允许范围内。 李明河等人1 4 卅采用误差反向传播算法的多层前馈神经网络( b p ) 来建立其模 型，用自适应算法确定学习参数，用改进的b p 神经网络的算法求出结构适宜的 自适应网络。提出并实践了提高烧结终点b p 神经网络预报速度的数据处理方法， 基于现场数据采用计算机仿真的结果表明该方法的有效性。 冯建生等i s o 建立了宝钢配矿专家系统。该系统基于神经网络建立配矿模型， 能准确预测烧结矿质量，并能根据对质量的要求给出优化的配矿方案。系统的实 7 硕士学位论文 第一章文献综述 际应用已产生显著的经济效益。 申炳听【5 1 】通过分析烧结原料中化学成分间的相关变量，采用b p 算法建立了 预报烧结矿化学成分的网络模型。 李云澍5 2 】针对烧结配矿的特点，建立了由化学成分约束和产质量优化组成的 优化配矿模型，很好的解决如何配矿可以比较经济的满足烧结矿生产化学成分要 求及在一定的产质量指标要求下如何得到多种配矿方案的难题。 李军田】开发了由配矿方案产生模块、配矿调整指导系统和产、质量指标预测 模型三部分组成的配矿专家系统，配矿方案的产生模块主要是产生满足化学成分 要求的配矿方案，产、质量指标预测模型预测中和矿的烧结性能，配矿调整指导 系统通过预测指标和配矿方案的状态判断对配矿方案进行调整。 韩庆红等人i s 4 利用实际烧结生产数据通过运用人工神经网络技术，不仅对烧 结固体燃耗和烧结矿质量进行了预测，而且研究了各主要参数对烧结固体燃耗的 影响。从而为实现操作工艺参数的优化奠定了基础，为实现烧结矿质量指标预报 提供了一条新途径。 国内还有用神经网络技术预报烧结终点状态【锕，以及用神经网络技术根据机 尾断面图像预报f c o 含量的报道【铜。 1 5 遗传算法在烧结生产中的应用现状 遗传算法是建立在自然选择和群体遗传学机理的基础上的迭代、进化、具有 广泛使用性的搜索算法。目前，遗传算法在烧结生产中得到了广泛应用。 张军红等人【57 】采用遗传算法与b p 神经网络相结合的方法，建立了烧结矿 f c o 含量预测模型，并改进b p 学习算法。仿真表明，该方法可以优化神经网络 结构，缩短学习时间。与传统的b p 神经网络模型相比，预测值与实际值间的相 对误差由6 5 3 4 降低至1 4 0 0 ，其精度高于传统b p 网络模型。 吕学伟等【5 8 】把遗传算法用于烧结配料优化计算，它独有的惩罚函数可以灵活 地处理各种约束条件，通过控制惩罚度的大小来划分约束条件的优先顺序，使配 料过程的计算机运算更符合烧结操作者的意愿，实现人工智能。 刘代飞掣5 9 l 在神经网络模型的基础上结合遗传算法建立了烧结工艺参数优 化模型，计算出最佳的工艺参数模型通过应用，不仅降低了烧结能耗，而且提 高了烧结矿的产质量，验证了模型的有效性和实用性。 曾敏年( 删根据复杂工艺过程的特点，提出了神经网络州n ) 和自适应遗传算 法( a g a ) 相结合的方法去预估控制点位置，并用大量的输入和输出样本来训练和 测试模型。仿真结果表明，该系统能提前3 0 分钟准确地预估控制点的位置，为 系统控制奠定了必要的基础。 硕士学位论文第一章文献综述 1 6 论文的提出 铁矿石在实际生产过程中所表现出的行为和性能是极其复杂的。不同的矿种 具有不同的烧结性能，即使在混匀矿化学成分、粒度组成相同的情况下，配矿方 案不同，混匀矿的烧结性能也有差异，导致烧结生产的技术经济指标差异很大； 有的矿石烧结性能差，造成烧结指标大大下降，虽然价格便宜，但最终烧结成本 反而上升了；相反，某些矿石虽然价格高些，但因为品位高、杂质少，烧结性能 好，烧结生产率提高，反而能使烧结成本降低。另外，由于通常要采用多种矿石 形成混匀矿，则烧结矿的质量控制问题就显得十分复杂；矿石以及辅助原料的种 类越多，越难以把握矿石配比；矿石之间的相互作用和交叉影响，使配矿问题具 有很强的非线性特征；难以进行单因素分析；因为成本过高，实际上不能一一进 行工业实验。这就需要将计算机技术、神经网络技术、数据库技术和系统优化理 论与烧结理论相结合，建立由铁矿石性能数据库、烧结计算配矿模型、b p 网络 模型、烧结矿质量预报模型以及烧结寻优配矿模型组成的烧结优化配矿综合技术 系统，实现低成本、高效益的烧结生产。 9 硕+ 学位论文第二章系统的研究方案和总体结构 第二章系统的研究方案和总体结构 2 1 系统研究方案 烧结配矿是把多种铁矿石按化学成分、粒度组成、冶金性能，并考虑成本的 因素，进行合理搭配，使其物化性能和冶金性能满足烧结生产的产质量的要求， 生产出满足高炉冶炼要求的烧结矿。 一般来说，一个合适的配矿方案必须同时满足以下四个条件： ( 1 ) 具有合适混匀矿物理、化学性能和烧结矿的化学性能； ( 2 ) 满足现有铁矿石的供应量； ( 3 ) 混匀矿、烧结矿成本最经济； ( 4 ) 满足烧结矿质量指标。 目前，条件( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 基本可以通过计算配矿模型混匀配矿计算 和烧结配料计算实现。如果要使配矿方案同时具备条件( 4 ) ，一般都是通过进行 大量的烧结配矿试验，对配矿方案进行不断的摸索，这样不仅耗费大量的人力、 物力和财力，而且试验效果不一定明显。因此，随着世界铁矿石资源的不断变化 和对铁矿石种类、配比的调整以及企业对烧结生产降本增效的要求，本系统提出 了两种获得合适配矿方案省时、省力的新方法。 首先，通过计算配矿模型达到合适配矿方案条件( 1 ) 、( 2 ) 和( 3 ) 。由于铁 矿石在烧结过程中所表现出的行为和性能是极其复杂的，不同的矿种具有不同的 烧结性能，即使在混匀矿化学成分、粒度组成相同的情况下，配矿方案不同，混 匀矿的烧结性能也有差异。这就需要找出配矿方案与烧结矿质量指标之间的内在 关系，建立烧结矿质量预报模型，对烧结矿质量指标进行预报。如果满足烧结矿 质量指标，则得到合适的配矿方案，否则，需要计算配矿模型对配矿方案进行调 整。这种是一种获得传统配矿方案的方法。 另外，如果在条件( 2 ) 和( 4 ) 一定的条件下，如何找出最佳的配矿方案， 这就需要采用全局寻优的遗传算法，建立寻优配矿模型，在满足烧结矿质量指标 和铁矿石供应量的条件下，得到优化的配矿方案。因为一个合适的配矿方案需要 满足以上四个条件，要使配矿方案同时具备条件( 1 ) 和( 3 ) ，还需要通过计算 配矿模型对配矿方案进行检验，判断是否达到混匀矿的物理、化学性能指标和烧 结矿化学性能指标以及它们的经济指标要求。如果达到要求，即可得到合适的配 矿方案，否则，需要寻优配矿模型对配矿方案重新寻优。这是一种用于求解相对 复杂的配矿方案的方法。 l o 硕士学位论文第二章系统的研究方案和总体结构 2 2 系统总体结构 为了实现以上两种获得合适的配矿方案的方法，提出了系统的总体结构，由 五大部分组成：数据库系统、计算配矿模型、b p 网络模型、烧结矿质量预报模 型以及寻优配矿模型。它们之间的关系如图2 1 所示。 计算配矿模型负责混匀配矿计算和烧结配料计算，得出合适的配矿方案和配 料方案，使之满足混匀矿指标要求和烧结矿指标要求。 数据库系即铁矿石性能数据库，包括原料的基础性能数据库和烧结性能数据 库。它负责数据的输入和输出，具有添加、修改和删除等功能，并为计算配矿模 型、b p 网络模型和寻优配矿模型的建立提供相关的数据。 b p 网络模型负责为寻优配矿模型和烧结矿质量预报模型提供网络结构。 烧结矿质量预报模型负责对烧结矿质量指标的预报，输入参数为计算配矿模 型中混匀配矿计算得到的配矿方案。 寻优配矿模型负责在烧结矿质量指标和铁矿石供应量一定的条件下，进行寻 优，得到优化的配矿方案。 图2 - 1 系统总体结构图 硕士学位论文 第二章系统的研究方案和总体结构 2 3 本章小节 本章提出两种获得合适配矿方案的方法，为了这两种方法的实现，提出了系 统的总体结构，系统结构由五大部分组成：数据库系统、计算配矿模型、b p 网 络模型、烧结矿质量预报模型以及寻优配矿模型。 1 2 硕士学位论文 第三章数据库系统的设计 第三章数据库系统的设计 3 1 数据库系统的选取 目前应用较多的中小型数据库系统有m i c r o s o f t s q l s e r v e r 2 0 0 0 和m i c r o s o f t a c 既s2 0 0 0 数据库。 m i c r o s o f ls q ls e r v e r2 0 0 0 是微软公司推出的基于关系型数据库系统，它具 有独立于硬件平台、对称的多处理器结构、抢占式多任务管理、完善的安全系统 和容错功能，具有可靠性、质量保证以及易于维护的特点。并且与微软开发的操 作系统和应用平台的兼容性较好，因此，m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 得到了广泛 地应用。 m i c r o s o f t a c 器s 2 0 0 0 数据库是m i c r o s o f t o f f i c e 2 0 0 0 套件的重要组成部分。 它是一种关系型数据库，每个数据库以文件形式保存，文件的扩展名为m d b 。 a c c e s s 具有其他数据库软件不具有的优势。例如a c c e s s 与w m d o w s 的完全兼容， 与。伍c e 的其他产品w o r d 、e x c e l 的数据共享、通讯等。具有以下五大功能： ， ( 1 ) 数据库中包含多个表，每个表可以分别表示和存储不同类型的信息。 ( 2 ) 通过建立各个表之间的关联，从而将存储在不同表中的相关数据有机 地结合起来。 ( 3 ) 用户可以通过创建查询在一个表或多个数据表中检索、更新和删除记 录，并且可以对数据库中的数据进行各种计算。 ( 4 ) 通过创建联机窗体，用户可以直接对数据库中的记录执行查看和编辑 操作。 ( 5 ) 通过创建报表，用户可以将数据以特定的方式加以组织，从而达到分 析和打印的目的。 由于本系统是基本于w i n d o w s 平台开发的，鉴于m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 和m i c r o s o f t a c , c s s2 0 0 0 的诸多优点，本系统默认的数据库m i c r o s o f t a c e s s2 0 0 0 数据库，用户也可以根据需要选择m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 。 3 2 数据库编程技术的选取 数据库应用程序的开发可以使用的编程接口主要有：o d b c ( s t 放式数据库连 接) 、d a o 【数据访问对象) 、a d o ( 活动数据对象) 等 6 j 罔。每种编程接口都有 自己的特点： 硕士学位论文 第三章数据库系统的设计 ( 1 ) o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) o d b c 是应用程序通过统一的接口访问各种数据库管理系统，不依赖于特定 的数据库管理系统。它是一种底层访问技术，o d b c a p i 可以使客户应用程序从 底层设置和控制数据库，完成一些高级数据库技术无法完成的功能。但是因为 o d b c 只能用于关系数据库，所以利用它很难访问对象数据库及其他非关系数据 库。 ( 2 ) d a o ( d a t a a c c e s so b j e c t ) d a o 提供了一种通过程序代码创建和操纵数据库的机制。它最大特点是对 m i c r o s o f tj e t 数据库的操作很方便，而且是操作j e t 数据库时性能最好的技术 接口之一。并且它并不只是用于访问这种数据库，通过d a o 技术可以访问从文 本文件到大型后台数据库等多种数据格式。 ( 3 ) a d o ( a e t i v e xd a t ao b j e c t s ) v i s u a lc + + 6 0 提供了面向对象的o l ed b ( o b j e e tl i n ka n de m b e d d i n g d a t a b a s e ) 技术a d o 。o l ed b 技术是v i s u a lc + + 开发数据库应用中所提供的基 于c o m 接口的新技术，它是对传统数据库访问技术的扩展。o l ed b 对所有的 文件系统( 包括关系数据库和非关系数据库) 提供了一种统一的接口；这种性能 大大扩展了对文件系统的访问能力，增强了程序的可移植性。与o d b c 技术相 似，o l e d b 属于访问数据库技术中的底层接口。直接使用o l e d b 来设计数据 库应用程序需要大量的代码。在v i s u a lc + + 中提供了a t l 模板，用于设计o l ed b 数据应用程序和数据提供程序。 a d o 技术是基于0 l ed b 的访问接口，它继承了o l ed b 技术的优点，并 且，对o l e d b 的接口作了封装，定义了a d o 对象，使程序开发得到简化。a d o 技术属于数据库访问的高层接口。 由于a d o 具有使用方便、速度快、占用内存少和占用磁盘空间小，并且支 持客户服务器和基于网络的数据库应用程序等优点。而且还支持远程数据服务 ( r d s ) 。通过r d s ，可以将数据从服务器传送到客户机或网页，在客户端处理 数据，并将处理结果传送给服务器。此外，a d o 具有强大的数据处理功能和极 其简单、易用的编程接e l ，是目前在w i n d o w s 环境中应用较为广泛的客户端数 据库编程技术。所以，本系统采用a d o 数据库编程技术。 3 2 1a d o 编程技术 在v i s u a lc + + 中使用a d o 进行数据库编程要经过以下五个步聚： ( 1 ) 使用预处理指令# i m p o r t 在项目的s t d a f x h 文件里用直接引用符号t # i m p o r t 引入a d o 库文件，代码如 1 4 硕士学位论文 第三章数据库系统的设计 f ： # i m p o r t ”c a p r o g r a mf i l e s c o m m o nf i l 铝、s y s t c 】融a d o h s a d 0 1 5 d l l 。 n o _ n a m e s - p a c er e n a m e ( ”e o f ”，”e n d o 行i l e ”) 程序在编译时，v c + + 会读出m s a d o l 5 d l l 中的类型库信息，自动产生两个该 类型库的头文件和实现文件m s a d o l 5 t m 和m s a d o l 5 t l i ( 在d e b u g 或r e l e a s e 目 录下) 它们分别为每一个接口产生智能指针，并为各种接口方法、枚举类型， c l s i d 等进行声明，创建一系列包装方法。这样，便可以在程序中定义a d o 智 能指针类的实例以及调用这些智能指针类的成员函数，实现与数据源的连接以及 对数据源数据的操作。 ( 2 ) 初始化c o m 环境 当程序运行初始过程中，需要在应用程序初始化函数h l i t h l ：北a n c ) 中初始化 组件，一般可以用c o i n i t i a l i z e ( n u l l ) 来实现，这种方法在结束时要关闭初始化 的c o m ，用语句c o u n l n i t i a l i z e ( ) 来实现。在m f c 中还可以采用另一种方法来实 现初始c o m ，这种方法只需要一条语句便可以自动实现初始化c o m 和结束