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宝钢大型高炉运行质量控制分析及延寿的研究

作　者: 张永新
导　师: 苗瑞；朱锦明
学　校: 上海交通大学
专　业: 工业工程
关键词: 高炉运行质量控制延寿
分类号: F273.2;F224
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高炉炼铁是钢铁企业最重要的环节之一,它为后续的炼钢、铸铁等工艺提供原材料,高炉运行质量的好坏,直接影响到最终产品的质量,而且高炉设备能否保持长寿命直接影响着企业的生产成本并最终影响到企业的利润。高炉炼铁过程复杂,其质量由原材料变量和控制变量等控制,这些变量之间又具有多元非线性和相关性,简单的单变量控制组合无法满足这种具有相关性的多变量统计控制的需要。因此,将主成分分析和多元统计过程控制应用于复杂的高炉炼铁工艺,主成分分析和多元统计过程控制可以对工艺参数进行有效的分析和实时的控制。所以对众多参数经过合适的分析,确定关键因素后进行统计质量控制,可以有效提升高炉运行质量。本文的主要工作包括:1、主成分分析可以根据炼铁工艺中的原变量构造出尽量少的相互正交的新变量而且以这新变量的方差尽量大为变换准则,从而以新变量代替原变量,达到降维的目的。2、多元统计过程控制的T 2控制图是在主成分分析的基础上对变量进行控制的方法,通过T 2控制图,可以实时监测炼铁工艺,当炼铁工艺偏离控制状态时,可以通过T 2控制的分解得到对变动贡献较大的变量,从而有针对性对这些变量进行控制。3、在主成分分析和多元统计过程控制的基础上,对于变动贡献较大的变量,如原燃料变量和输入变量进行针对性控制,尤其分析了目前影响高炉长寿的关键因素,从而有效提升高炉运行质量控制。本文的研究工作与实际项目紧密结合,研究成果直接应用于宝钢股份公司炼铁高炉生产系统,并可以推广到宝钢集团公司下属各个大型钢厂。本文利用的主成分分析方法及多元统计过程技术对钢铁企业高炉运行质量控制具有重要意义,引入了一种新针对多变量的控制方法,突破了以往使用的简单的、单一变量控制的统计过程控制,而且该方法对于其它大型钢铁企业同样具有适用性。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 本课题研究的背景与意义  11-14
    1.2.1 炼铁高炉的发展历程  11-13
    1.2.2 传统状态监测方法的缺陷  13-14
  1.3 高炉运行质量控制的意义  14-16
  1.4 统计过程质量控制技术的发展  16-20
    1.4.1 过程控制系统  16-17
    1.4.2 统计过程控制理论的进展  17-18
    1.4.3 统计过程控制在实施过程中的研究  18-19
    1.4.4 多元统计过程控制  19-20
    1.4.5 目前已有研究成果  20
  1.5 本文的主要工作  20-22
第二章高炉炼铁过程分析  22-39
  2.1 高炉炼铁原理简介  22-24
  2.2 宝钢高炉炼铁工艺流程分析  24-26
  2.3 炼铁对高炉炉体各部位的影响分析  26-29
    2.3.1 冶炼过程对炉身中上部的影响  27
    2.3.2 冶炼过程对炉身下部到炉腹的影响  27-28
    2.3.3 冶炼过程对风口带的影响  28
    2.3.4 冶炼过程对炉缸炉底的影响  28
    2.3.5 高炉各部位损毁机理总结  28-29
  2.4 国内外炼铁高炉现状  29-35
    2.4.1 国内外炼铁高炉寿命对比  29-31
    2.4.2 影响高炉长寿的主要因素  31-35
  2.5 国内外炼铁高炉智能控制系统对比  35-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章基于主成分分析和多元统计过程控制的高炉侵蚀关键因素的确定  39-69
  3.1 主成分分析简介  39-40
  3.2 主成分分析算法  40-42
  3.3 主成分对原始数据的恢复  42-43
  3.4 主元个数的选取方法  43-45
    3.4.1 特征值方差累计贡献率法  43-44
    3.4.2 平均特征值法  44-45
  3.5 监测指标主成分分析  45-46
  3.6 高炉日常操业参数  46-48
  3.7 变量对高炉炼铁过程的影响  48-49
    3.7.1 原燃料变量对高炉炼铁过程的影响  48-49
  3.8 高炉炼铁过程主成分分析  49-55
  3.9 多元统计过程控制  55-56
  3.10 多元统计控制图  56-57
  3.11 Hotelling T~2 控制图在高炉炼铁中的应用  57-67
    3.11.1 样本1 的异常分析  60-64
    3.11.2 样本126 的异常分析  64-67
  3.12 本章小结  67-69
第四章多元统计在宝钢特大型高炉控制中的应用  69-89
  4.1 对过程采取措施  69-70
  4.2 维护（控制）、改进过程  70-75
    4.2.1 控制变量BV 和02  70-72
    4.2.2 控制变量风压BP、透气性指数  72-75
  4.3 加强入炉原燃料的过程管理  75-79
    4.3.1 原燃料管理分类  75
    4.3.2 原燃料质量标准的制定  75-76
    4.3.3 原燃料质量的使用实绩  76-78
    4.3.4 筛网管理基准  78
    4.3.5 槽位管理标准  78-79
  4.4 减少有害元素入炉和富集  79-82
    4.4.1 高炉近炉墙试样的取样与分析  80-81
    4.4.2 二高炉锌平衡测试  81-82
  4.5 钛含量TiO_2  82-84
  4.6 目前宝钢二、四高炉炉缸侧壁侵蚀原因分析及对策  84-88
    4.6.1 宝钢二高炉炉缸侧壁侵蚀原因分析  84-86
    4.6.2 控制炉缸侵蚀的措施  86-88
  4.7 本章小结  88-89
第五章结论与展望  89-91
  5.1 结论  89
  5.2 进一步研究工作的展望  89-91
参考文献  91-93
致谢  93-95
攻读学位期间取得的研究成果  95-98
上海交通大学学位论文答辩决议书  98

宝钢大型高炉运行质量控制分析及延寿的研究

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