[发明专利]基于模糊类聚遗传算法的卡尔多炉参数寻优控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成智能控制系统领域，尤其涉及卡尔多炉参数寻优控制方法。

背景技术

卡尔多炉(Kaldo)是瑞典波立登(Boliden)公司于上世纪开发，采用富氧顶吹技术，广泛用于有色冶金行业中处理铅精矿、废杂铜和阳极泥等。铜阳极泥是金属铜电解精炼时落于电解槽底的泥状细粒物质，含有较多的Cu、S、Ag、Pb、Te及部分Au、Sb、Bi、As和脉石矿物。处理铜阳极泥，可以回收有价稀有金属，是现阶段贵金属资源综合利用回收的典型代表，符合国家产业政策。

由于卡尔多炉火法处理铜阳极泥工艺流程简洁，同一台炉体内完成熔炼（还原）和吹炼（精炼）作业，作业周期短、金属回收率高，处理金属品种多，我国于20世纪70年代以来引进卡尔多炉。但铜阳极泥成分多变，缺少在线检测金属成分仪器，化验室化验时间长（约1h），现场操控又比较复杂。其随设备配套的控制系统为传统的经典控制方法（单回路控制），没有涉及优化控制问题。

Kaldo炉处理铜阳极泥过程是一个典型的大滞后、时变、非线性、强耦合特性的多输入多输出复杂工业过程，用传统的经典控制方法无法解决其优化控制问题。卡尔多炉熔炼系统由炉体、加料系统、燃烧喷枪、吹炼喷枪、烟道、炉罩、循环水系统等组成。加料系统是将阳极泥在常压浸出、压力浸出工序处理后，经过滤，形成银硒混合物的滤饼和干燥剂，同溶剂进入Kaldo炉。燃烧喷枪通入氧气和天然气，用于加热和熔炼，温度大约1150℃，使炉内物料充分熔炼，熔炼产出银多尔合金和炉渣，熔炼完成后，加入一定量的焦炭屑进行渣还原，使渣中银含量低于0.4%，炉温控制在1000℃以上，否则形成泡沫渣，炉况难以控制。吹炼喷枪通入压缩空气，用于吹炼，吹炼主要用于除去余下的Pb、Te、Bi、Sb和Se，形成氧化铅渣，硒氧化挥发，当吹炼完成后，吹炼渣排出并返回下一个熔炼步骤。

Kaldo炉入炉物料主要包括以下三部分：银硒混合物滤饼、熔剂（焦粉、苏打等）和循环返料。其中，银硒混合物滤饼是入炉的主要原料，焦粉主要是用作还原剂而不是燃料，它能把阳极泥中的氧化铅还原成金属铅。焦粉的用量，以还原适量的金属铅为度，不宜过多，以防止其它杂质氧化物也被还原，降低贵铅质量，焦粉多，灰分也多，会影响炉渣性质，增大渣量；苏打(Na₂CO₃)是碱性熔剂，能与As、Sb等高价氧化物造渣，并能降低炉渣的熔点，改善炉渣的流动性，使炉渣易与贵铅分离，其配入量视阳极泥中酸性成分SiO₂的含量而定，以产出硅酸度为1-1.5的炉渣为宜，一般加入量为8%-14%。

熔剂的加入量对Kaldo炉炉况产生较大影响，恰当的加入量可以改善炉况熔炼指标，缩短作业周期，提高作业效率。因此，在满足炉内合适温度的情况下，寻找最优的焦粉、苏打加入量，可实现生产过程优化。

在熔炼期间，在先期预热在大约1000℃稳定的情况下，开始进料，此时是不允许炉内温度忽高忽低或波动过大，否则将对炉体造成伤害。进料的多少，对炉内熔体的温度影响较大，当炉体内部表面温度达到1100-1200°C时，加热必须限制以便保持在此温度。过快的温升，由于热惯性的存在，温度上限难于控制，过慢的温升，会造成物料熔炼（还原）不彻底，时间过长，影响作业效率，燃气流量的调整范围为200～1000Nm³/h，因此，实时对燃气流量的优化调整控制对炉体的安全及作业周期是具有重要意义。

中国发明专利公告号CN101139661公开了一种“铜闪速熔炼操作参数优化方法”，以闪速熔炼综合工况的稳定为优化目标，分别建立了机理模型和基于模糊C均值聚类混沌伪并行遗传算法的智能优化模型，并采用智能集成的方法对两个模型的优化结果进行协调输出。该方法可以得到铜闪速熔炼过程最优的操作参数，即闪速炉反应塔热风与氧气的最优加入量。但该发明步骤较多，计算量大，且系统的控制精度和系统的执行速度不够理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何从现有的集成智能控制系统技术的算法中合理选择算法，根据卡尔多炉体的结构、生产特点、作业要求确定工况判断模型以及智能算法中参数的确定，为此提供一种基于模糊类聚遗传算法的卡尔多炉参数寻优控制方法。

本发明的技术方案是：基于模糊类聚遗传算法的卡尔多炉参数寻优控制方法，其特征是它包括以下步骤：利用模糊C均值聚类遗传算法分别对焦粉、苏打、燃气加入量进行优化，将优化结果和卡尔多炉工况实测值进行比较并通过控制器进行调整，再将经过调整后的焦粉、苏打和燃气加入量利用工况判断模型对焦粉、苏打、燃气加入量的调整值进行判断：