熔鎂爐概述

電熔鎂爐是典型的高耗能設(shè)備，熔煉過程具有多種復(fù)雜動態(tài)特性。熔煉過程能耗與三相電極電流設(shè)定值直接相關(guān)，及時有效的獲得合適的電流設(shè)定值對實現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要意義。本項目擬針對復(fù)雜動態(tài)環(huán)境下電熔鎂爐熔煉電流的設(shè)定控制問題，開展如下研究：1）利用熔煉過程所能獲得的前饋和反饋信息，采用前饋、反饋、預(yù)報和補償?shù)然究刂扑枷?，提出一種基于前饋和反饋信息的三相電極電流值智能閉環(huán)設(shè)定控制方法；2）在所提閉環(huán)設(shè)定控制方法基礎(chǔ)上，分析爐內(nèi)電熱轉(zhuǎn)換機理并結(jié)合過程數(shù)據(jù)，開展單噸能耗預(yù)報模型研究，用于實現(xiàn)電流設(shè)定值前饋補償；3）利用人工決策經(jīng)驗和過程數(shù)據(jù)所蘊含的工藝知識，開展基于不同工況的單噸能耗目標(biāo)值智能決策方法研究，為實現(xiàn)電流閉環(huán)設(shè)定提供前提條件；4）以實際電熔鎂爐為背景，開展上述方法的仿真和工業(yè)驗證研究。本項目申請將為電熔鎂爐電流值的閉環(huán)設(shè)定提供理論方法，并在其他復(fù)雜工業(yè)過程的設(shè)定控制中具有推廣價值。

電熔鎂砂具有熔點高、抗氧化、絕緣性強等特性，是生產(chǎn)耐火材料的主要原料。電熔鎂爐是生產(chǎn)電熔鎂砂的關(guān)鍵設(shè)備，熔煉過程通過調(diào)整電熔鎂爐三相電極與熔池液面之間的位置來控制三相電極電流，通過電弧放熱使?fàn)t內(nèi)菱鎂礦石熔化形成熔液，熔液再經(jīng)過冷卻結(jié)晶后生成電熔鎂砂成品。電熔鎂爐熔煉過程是一個具有原料物理化學(xué)反應(yīng)的氣液固多相共存的批次過程。由于運行指標(biāo)單噸能耗在熔煉結(jié)束后才能測得，加上熔煉過程的物質(zhì)變化機理不清，難以建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型，難以采用基于模型的方法給出電流優(yōu)化設(shè)定值。本項目針對電熔鎂爐熔煉過程的優(yōu)化設(shè)定問題，首先開展了三相電極電流值智能閉環(huán)設(shè)定控制策略研究，提出了一種由電流預(yù)設(shè)定模塊、單噸能耗預(yù)報模塊、電流預(yù)設(shè)定值前饋和反饋補償模塊組成的電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制策略；其次針對智能閉環(huán)設(shè)定控制策略的各組成模塊，提出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的三相電極電流預(yù)設(shè)定算法、基于規(guī)則推理的多PI三相電極電流設(shè)定值前饋和基于迭代學(xué)習(xí)的反饋補償算法，并建立了數(shù)據(jù)和機理相集合的單噸能耗混合預(yù)報模型，實現(xiàn)了電流值的閉環(huán)設(shè)定；同時，本項目還開展了單噸能耗目標(biāo)值決策方法的研究，提出了不同工況的單噸能耗目標(biāo)值智能決策方法，為實現(xiàn)三相電極電流閉環(huán)設(shè)定提供了前提條件。最后，本項目利用依托單位所開發(fā)的電熔鎂爐半實物仿真平臺對所提出的控制策略和算法的進行了仿真驗證，并基于遼寧省大石橋市某電熔鎂砂生產(chǎn)企業(yè)的實際熔煉過程，研制了電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制系統(tǒng)軟硬件原型，進行了工業(yè)驗證研究。驗證結(jié)果表明，本項目所提出的電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制方法能夠?qū)﹄娏髦颠M行優(yōu)化設(shè)定，并能根據(jù)實際生產(chǎn)情況的變化對電流設(shè)定值進行調(diào)整，使熔煉過程處于優(yōu)化運行狀態(tài)。本項目開發(fā)的閉環(huán)設(shè)定控制系統(tǒng)在實際工業(yè)現(xiàn)場安全穩(wěn)定運行，使單噸能耗降低3.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量提高2.1%，實現(xiàn)了熔煉過程的節(jié)能降耗，并在其他復(fù)雜工業(yè)過程的設(shè)定控制中具有推廣價值。 2100433B