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基于理论分析和智能算法的高炉炉缸活性预测模型

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中国冶金 2024年第2期34卷 83-95页

作者：刘小杰温梁亦欣张玉洁李欣刘然吕庆华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

延长高炉使用寿命、保证高炉炉况稳定顺行和降低高炉能源消耗已经成为现代高炉生产发展的主要方向,为实现这些目标,提高高炉炉缸活性被认为是至关重要的措施之一。炉缸活性可以揭示高炉内部的化学反应和热力学条件,有助于深入了解高炉... 详细信息

延长高炉使用寿命、保证高炉炉况稳定顺行和降低高炉能源消耗已经成为现代高炉生产发展的主要方向,为实现这些目标,提高高炉炉缸活性被认为是至关重要的措施之一。炉缸活性可以揭示高炉内部的化学反应和热力学条件,有助于深入了解高炉冶炼过程的基本机理,合理评价炉缸活性对指导高炉生产有着重要意义。为此,首先从高炉生产现场采集的工艺数据出发,经过预处理和计算,得到高炉炉缸活跃性指数;然后,为了进一步提高预测准确性,采用特征选择方法以及冗余性分析,从众多参数中选取最具影响力的作为输入参数;最后,采用贝叶斯优化的XGBoost模型对高炉炉缸活性进行回归预测,同时对比了默认超参数的XGBoost模型与随机森林模型的回归效果。结果表明,贝叶斯优化的XGBoost模型在预测炉缸活性方面表现出卓越的性能,具有很好的泛化性和非线性拟合能力,取得了较好的预测效果。该研究结果为高炉生产提供了有力的决策依据,可以帮助优化操作参数、提高冶炼效率和降低能源消耗。

关键词：高炉炉缸活性特征选择 XGBoost模型贝叶斯优化

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基于炉缸渣铁滞留量的高炉炉缸活性研究

炼铁 2024年第2期43卷 49-55页

作者：刘彦祥郭子昱焦克新张建良徐益军丁望杨耀明北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 湖南湘潭钢铁有限公司炼铁厂湖南湘潭411100

针对国内外对炉缸活性表征不明晰的问题,建立以炉缸渣铁滞留量表征炉缸活性的模型,定量分析高炉操作参数对炉缸活性的作用比重,并提出提高炉缸活性的操作手段。结果表明:①渣铁焦物性对渣铁滞留率的影响顺序为:铁水温度>CSR>焦炭粒度>C... 详细信息

针对国内外对炉缸活性表征不明晰的问题,建立以炉缸渣铁滞留量表征炉缸活性的模型,定量分析高炉操作参数对炉缸活性的作用比重,并提出提高炉缸活性的操作手段。结果表明:①渣铁焦物性对渣铁滞留率的影响顺序为:铁水温度>CSR>焦炭粒度>CRI>炉渣碱度>镁铝比;②去除滞留率对滞留量的影响,高炉操作参数对渣铁滞留量的影响顺序为:风量>铁口深度>风温>风压>喷煤量>氧气量;③高炉生产中,可采用原燃料粒级及性能管控技术、高风速大动能操作技术、渣铁流动控制技术、渣铁排放管控技术高效调控炉缸活跃状态。

关键词：高炉炉缸炉缸活性渣铁滞留率渣铁滞留量操作参数

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基于数据挖掘方法的炉缸活性预测

基于数据挖掘方法的炉缸活性预测

作者：王惯玉安徽工业大学

学位级别：硕士

炉缸活性就像高炉生产的“心脏”,如果炉缸活性出现问题,不仅会使得高炉寿命缩短,还会破坏高炉的稳定运行,这将给企业带来巨大的经济损失。目前,炉缸活性的量化计算仅仅从经验公式的角度进行,经验公式的参数获取困难且无法实现炉缸活性... 详细信息

炉缸活性就像高炉生产的“心脏”,如果炉缸活性出现问题,不仅会使得高炉寿命缩短,还会破坏高炉的稳定运行,这将给企业带来巨大的经济损失。目前,炉缸活性的量化计算仅仅从经验公式的角度进行,经验公式的参数获取困难且无法实现炉缸活性的预警功能。针对这一问题,本研究提出使用高炉实际运行中的操作参数数据,采用数据挖掘方法来预测高炉炉缸活性。具体包括:(1)数据处理及模型评价标准。首先简要介绍数据获取的方式及途径,接着对获取到的数据进行简单分析。其次对数据进行填充及去噪处理等数据清洗操作,然后计算目标值,进而对处理好的数据集进行数据标准化,再对数据集进行划分。最后,给出本文中模型的评价标准。(2)基于改进多元线性回归模型的炉缸活性预测。对于处理好的数据,首先使用相关性分析得到操作参数与目标值之间的相关性程度,进而选取相关性强的操作参数作为初步特征。接着考察初步特征间物理公式上的联系,以达到剔除冗余特征的目的。最后将赤化信息准则引入作为多元线性回归模型的损失函数来建立多元线性回归模型以预测炉缸活性。(3)基于主成分分析的支持向量机回归模型的炉缸活性预测。多元线性回归模型仅仅反映了操作参数与目标值间的线性关系。为了探究操作参数与目标值的非线性关系,使用主成分分析算法在尽可能保证原数据信息损失较小的情况将原始数据转换成独立的分量。进而使用分量作为支持向量机回归模型的输入建立基于不同核函数的支持向量机回归模型来预测炉缸活性。通过以上方法比较分析,对于炉缸活性的预测,利用改进的多元线性回归模型与支持向量机回归模型都得到了良好的预测效果。改进的多元线性回归模型与最优支持向量机回归模型在测试集上的平均相对误差分别为0.69%和0.44%,在训练集上的平均相对误差为0.57%和0.42%且两模型均具有炉缸活性预警功能。而相比于多元线性回归模型,基于主成分分析的最优支持向量机回归模型在测试集上的平均相对误差下降了36.23%且具有更强的炉缸活性预警能力,从一定程度上较好反映了原始数据与目标值之间的非线性关系。相对于现有的相似工作,本文提出的炉缸活性量化模型具有不依赖于经验、模型参数容易获取且还能实现炉缸活性预警功能的优点。

关键词：高炉多元线性回归主成分分析支持向量机回归炉缸活性

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基于数据挖掘的炉缸活性预测

基于数据挖掘的炉缸活性预测

作者：王子安徽工业大学

学位级别：硕士

炉缸是炼铁高炉的重要组成部分,其活性在一定程度上影响钢铁产量及出铁质量。量化分析炉缸活性有助于保障高炉运行的稳定性,并能提高钢铁企业的经济效益。冶金工程领域对炉缸活性的量化计算依赖经验公式,计算过程复杂、对冶金经验要求高... 详细信息

炉缸是炼铁高炉的重要组成部分,其活性在一定程度上影响钢铁产量及出铁质量。量化分析炉缸活性有助于保障高炉运行的稳定性,并能提高钢铁企业的经济效益。冶金工程领域对炉缸活性的量化计算依赖经验公式,计算过程复杂、对冶金经验要求高,当其中的部分参数难以获取时更是失去计算意义。针对这些问题,本文提出一种基于机器学习方法的炉缸活性计算模型。同时考虑到高炉数据中包含时序性信息,提出一种基于深度网络的预测模型。具体工作如下:(1)数据预处理。首先介绍高炉炼铁背景知识及高炉参数,之后对采集到的数据进行分析,并对其中的缺失值、异常值做填补或去除等操作,同时根据已有参数计算炉芯死料柱温度。最后将数据特征标准化,并给出本文中模型性能的评价指标。(2)建立基于距离相关系数和岭回归的模型。对经过预处理的数据,基于距离相关系数初步提取其中的主要特征,对这些特征进行冗余度分析,删去冗余特征得到特征集。建模时采用岭回归消除特征间共线性影响,学习特征间的关系,并分析模型的泛化能力。之后解析出回归方程,根据方程中系数的比例和现有的技术经验提出调控该高炉炉缸活性的理论依据。(3)建立基于深度学习的长短期记忆网络模型。对经过预处理的数据,各参数的变化是一种连续的时间序列。鉴于此,本文首先分析了预测目标前有多少时刻数据与该预测目标相关,用一维分组卷积提取该时间序列信息,并将输出的张量按通道数进行拼接。之后由二维卷积层进一步提取序列信息所包含的深层语义特征,将提取的特征输入长短期记忆网络得到对炉芯死料柱温度的预测值。最终,从性能和应用价值等方面综合比较本文提出方法的优越性。通过实验验证,本文建立的基于距离相关系数和岭回归的模型能准确处理变量间的相关关系,并且模型有良好的预测性能。其平均绝对误差为4.01,均方误差为25.95,平均绝对百分比误差为0.282%,拟合优度为0.81。本文建立的基于深度学习的长短期记忆网络模型利用了数据时序信息,模型的预测性能和泛化能力均有所提高。其平均绝对误差为0.96,均方误差为2.74,平均绝对百分比误差为0.067%,拟合优度为0.985。与其他工作相比,本文建立的炉缸活性预测模型所需参数易采集,能够充分利用高炉各相关参数的信息,优化模型各项性能,提高对炉缸状态的监测能力,具有良好的现实意义。

关键词：炉缸活性距离相关系数岭回归时间序列长短期记忆网络

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基于最大信息系数与岭回归的炉缸活性预测

基于最大信息系数与岭回归的炉缸活性预测

作者：张笑凡安徽工业大学

学位级别：硕士

炉缸作为高炉内部的核心区域,其活跃性程度直接影响到高炉的铁产量和出铁质量。炉缸活性的量化分析对于提高炉缸的使用寿命以及保证炉缸稳定顺行具有重要意义。针对传统炉缸活性量化模型存在的高炉参数获取困难,模型计算复杂,泛化能力... 详细信息

炉缸作为高炉内部的核心区域,其活跃性程度直接影响到高炉的铁产量和出铁质量。炉缸活性的量化分析对于提高炉缸的使用寿命以及保证炉缸稳定顺行具有重要意义。针对传统炉缸活性量化模型存在的高炉参数获取困难,模型计算复杂,泛化能力差等问题,本研究从高炉生产现场采集到的工艺参数出发,将统计学、信息论以及机器学习相结合,提出了一种新的炉缸活性预测模型,其具体内容如下:(1)高炉数据处理与分析。对于从高炉生产现场采集到的工艺参数,首先对高炉以及相关的采集设备进行介绍,其次,对采集到的工艺参数进行大致叙述,接着,对采集到的数据进行数据预处理,这其中包括缺失值填补、异常值处理、目标值计算以及数据标准化。最后,给出本文所使用的回归模型评价指标。(2)基于统计学相关系数和信息论的特征提取方法。对于处理后的数据集,首先从统计学的角度使用Pearson相关系数初步挑选出与炉缸活性线性相关性强的特征,接着对这些特征进行冗余性分析,删除冗余特征得到特征子集1。然后针对Pearson相关系数无法捕捉非线性关系的缺陷,从信息论的角度使用了最大信息系数来衡量特征与炉缸活性之间的依赖关系,提取出与炉缸活性依赖性强的特征后同样进行冗余性分析,删除冗余特征后得到特征子集2.(3)基于岭回归与支持向量回归机的炉缸活性预测模型。对于构建出的特征子集1和特征子集2,首先针对特征子集中存在的复共线性,使用岭回归消除共线性影响并进行炉缸活性的预测。由于岭回归无法拟合非线性模型,接着使用支持向量回归机建立炉缸活性预测模型。最后对得到的4种预测模型进行对比分析,找出最优的特征子集以及回归预测模型。通过本文中所给出的回归模型评价指标,对本研究中所使用的四种预测模型进行对比,其中,基于最大信息系数提取特征并采用岭回归建立预测模型的效果最好。在训练集上的R-squared值达到了0.906,测试集上的R-squared值达到了0.897,说明该预测模型能够很好的拟合高炉数据,同时也证明了基于最大信息系数提取出的特征对炉缸活性有显著影响,并且岭回归模型能够很好的解决特征间存在的复共线性问题。从相对误差上看,该预测模型在训练集上的平均相对误差为0.272%,测试集上为0.255%,这说明了该模型不存在过拟合现象,模型泛化能力强,且对于新数据的预测效果更好。最后从误差分布情况来看,该模型的预测值与实际值间的误差主要集中在-5～5℃之间,说明该模型能够很精确的预测炉缸活性。对比传统的炉缸活性量化模型,本文提出的炉缸活性量化模型不依赖冶金领域相关经验,模型使用的高炉参数容易获取,参数量较少计算简单,且模型泛化能力强。

关键词：炉缸活性 Pearson相关系数最大信息系数岭回归支持向量回归机

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湘钢2号高炉炉缸活性评估

上海金属 2024年第2期46卷 71-77,94页

作者：袁骧郑林但家云张建良邓勇郭子昱湖南华菱湘潭钢铁有限公司湘钢炼铁厂湖南湘潭411100 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

实时监测和准确评估高炉炉缸活性对于高炉高效稳定生产有极重要的意义。对国内外炉缸活性表征方法及预测模型进行了调研,并基于湘钢2号高炉的生产实践数据,使用代表性炉缸活性表征方法和模型对上述高炉炉缸活跃性进行了评估。研究表明:... 详细信息

实时监测和准确评估高炉炉缸活性对于高炉高效稳定生产有极重要的意义。对国内外炉缸活性表征方法及预测模型进行了调研,并基于湘钢2号高炉的生产实践数据,使用代表性炉缸活性表征方法和模型对上述高炉炉缸活跃性进行了评估。研究表明:(1)国内外钢铁工作者大多使用生产经验和表征指标反映炉缸状态,具有滞后性;(2)湘钢2号高炉2021年1—4月平均利用系数为3.22 t/(m^(3)·d),平均燃料比为504 kg/t,炉缸活性较强。(3)高炉炉缸活性模型表征结果存在较大差异,且与高炉生产指标表征结果存在一定偏差。综合考虑高炉指标及表征模型结果,湘钢2号高炉于2021年1月炉缸活性较好,2—3月炉缸活性中等,4月炉缸活性较差。

关键词：高炉炉缸活性评估

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梅钢五号高炉提高炉缸活性生产实践

梅山科技 2023年第4期 13-15页

作者：张哲梅山钢铁公司炼铁厂南京210039

炉缸是整座高炉的发动机,影响着高炉内部一次气流分布,炉缸的活性直接决定了炉况的好坏,更严重时甚至会导致长期炉况失常。但由于目前针对炉缸活性的基础理论研究较少,判断炉缸状态大多依靠生产上的经验积累,实际生产中缺乏对炉缸工作... 详细信息

炉缸是整座高炉的发动机,影响着高炉内部一次气流分布,炉缸的活性直接决定了炉况的好坏,更严重时甚至会导致长期炉况失常。但由于目前针对炉缸活性的基础理论研究较少,判断炉缸状态大多依靠生产上的经验积累,实际生产中缺乏对炉缸工作状态的实时监视。

关键词：炉况失常炉缸活性生产实践气流分布实时监视炉缸工作基础理论研究经验积累

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高炉炉缸活性的基础研究

中国钢铁业 2017年第2期 30-33,48页

作者：代兵本钢板材股份有限公司炼铁厂

通过对高炉炉缸活性的基础研究,重点分析了炉缸活性的概念及其影响因素,提出了炉缸活性量化计算模型。通过采集与处理现场高炉数据以及编程技术完成了模型的在线和离线计算,成功应用于本钢新一号高炉的生产,并以该高炉曾经发生的炉缸堆... 详细信息

通过对高炉炉缸活性的基础研究,重点分析了炉缸活性的概念及其影响因素,提出了炉缸活性量化计算模型。通过采集与处理现场高炉数据以及编程技术完成了模型的在线和离线计算,成功应用于本钢新一号高炉的生产,并以该高炉曾经发生的炉缸堆积事故,从操作制度阐述了恢复炉缸活性的方法和过程。实践证明,这些研究可以为维护炉缸活性的长期良好稳定提供参考。

关键词：高炉炉缸活性量化计算模型操作制度

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高炉炉缸活性的分析探讨

山东冶金 2022年第1期44卷 21-22,26页

作者：张文政天津市新天钢联合特钢有限公司天津301500

高炉安全长寿、降低高炉能源消耗成为现代高炉技术发展的主要方向,而其关键在于提高高炉炉缸活性。在介绍高炉炉缸活性变差特征的基础上,从高炉上部调剂、下部调剂、渣铁物性、高炉原燃料性能等方面,就如何提高高炉炉缸活性进行了分析... 详细信息

高炉安全长寿、降低高炉能源消耗成为现代高炉技术发展的主要方向,而其关键在于提高高炉炉缸活性。在介绍高炉炉缸活性变差特征的基础上,从高炉上部调剂、下部调剂、渣铁物性、高炉原燃料性能等方面,就如何提高高炉炉缸活性进行了分析和探讨。

关键词：高炉炉缸活性原燃料渣铁