[发明专利]基于模式匹配与平衡计算的智能集成优化方法

摘要

基于模式匹配与平衡计算的智能集成优化方法，特别是一种对铜闪速熔炼过程操作参数进行优化的方法，本发明以闪速熔炼综合工况的稳定为优化目标，分别建立了基于平衡计算的机理模型和基于模糊C均值聚类的模式匹配智能优化模型，并采用智能集成的方法对两个模型的优化结果进行协调。该方法可以得到铜闪速熔炼过程最优操作参数，即闪速炉反应塔热风与氧气的最优加入量，为操作参数的调节提供了理论依据和科学的优化指导，减少参数波动引起的工况不稳定。

主权项

1.基于模式匹配与平衡计算的智能集成优化方法，对铜闪速熔炼氧气量与热风量进行优化，其特征在于：优化方法包括平衡计算、优化样本库、匹配算法、智能协调单元组成，首先进行平衡计算，即根据当前入炉物料的情况，应用物料平衡及热平衡原理计算所需的风量及氧量，然后将当前的入炉物料情况与优化样本库中的优良样本进行比较，找出与当前入炉物料最匹配的20个优良样本，将平均的风量与氧量作为优化结果输出，最后，智能协调单元在判断当前入炉物料与20个最匹配的优化样本之间的差别的基础上，对两种优化方法的结果进行协调，从而得出最终的优化结果，当差别较小时，表明当前入炉物料情况与优化样本库中的一些优良样本接近，优化结果主要依赖于模式匹配方法的结果；当差别较大时，说明优化样本库中的所有样本都与当前入炉物料差异较大，则优化结果主要依赖平衡计算的结果，智能优化模型的加权系数μ为：$μ=0,S≤0.002,0.7,0.002<S≤0.01,0.5,0.01<S≤0.04,0,S>0.04.其中，S为闪速熔炼过程综合工况指数，0.002、0.01、0.04表示表示划分综合工况等级的临界指数；随S的增大，工况分优、良、中、差四个等级，工况指数指标S定义为：式中Tm、Pm、C铁硅分别表示铜硫温度、铜硫品位、渣中铁硅比的实测值；0.3、0.4、0.3为权系数；1225、0.58、1.3分别为铜硫温度、铜硫品位、渣中铁硅比的目标值；最后集成模型的输出结果为：GO＝GO″×μ+GO′×(1-μ)GA＝GA″×μ+GA′×(1-μ)式中，GO′、GA′为机理决策模型计算得到的氧气量与热风量；GO″、GA″为模式匹配智能优化模型得到的氧气量与热风量；GO、GA则分别表示集成以后的优化结果；闪速熔炼过程采用富氧技术熔炼，熔炼过程所需氧气量为装入物料中硫和铁氧化所需的氧气量，精矿必需的氧气量Aore计算式为：Aore＝(22.4δS/32.06+22.4δO/32)×103/0.21×η氧+ΔV式中：dS为排烟中的S量，dO为化学反应需要的氧量，η氧为反应塔氧效率(％)，ΔV为反应塔氧气修正项，根据热收入项之和等于热支出项之和，建立闪速炉的热平衡模型：QS燃烧热＝δS×QS氧化热 QFeo生成热＝δFe×QFe氧化热 Q分解热＝-(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10)Q装入物带入热＝[G0×C1+(G1+G2+G3+G4)×ω装入]×(T1-T)Q反应塔重油燃烧热＝G6×[C2×(T2-T)+Q重油发热量]Q反应塔热风带入热＝Q反应塔空气带入热+Q反应塔一次风带入热+Q氧气带入热 ＝(Aore-G氧′×θ氧)/0.21×C空气单位热量×10-3+G一次风/(1+ω空气)×C一次风单位热量×10-3 +G氧′×C氧气单位热量×10-3 Q冰铜储存热＝G冰铜量×C冰铜单位热量 Q渣储存热＝G渣量×C渣单位热量 Q烟灰储存热＝(G产出锅炉烟灰粉量+G产出锅炉烟灰块量+G产出电收尘烟灰量+G排烟中其它量)×C烟灰单位热量 Q水分蒸发热＝(G2+G3+G4+G5)×ω装入×(Q水蒸发热+Q饱和水热焓-Q装入水热焓)Q反应塔散热＝s式中dS表示排烟中的S量，QS氧化热表示S反应生成SO2的反应热；dFe表示渣中FeO的Fe含量，QFe氧化热表示Fe反应生成FeO的反应热；d**1、d**2、d**3、d**4、d**5分别为冰铜、渣、产出锅炉烟灰粉、产出锅炉烟灰块、产出电收尘烟灰中Fe3O4、FeSO4、CuSO4的Cu、Fe含量；Q1为精矿分解热，Q2为渣精矿分解热，Q3为不定物料分解热，Q4为硅酸矿分解热，Q5为转炉烟灰分解热，Q6为转炉锅炉烟灰分解热，Q7为装入锅炉烟灰分解热，Q8 为装入电收尘烟灰分解热，Q9为产出烟灰Cu2S变成CuSO4的分解热，Q10为产出物FeS变成FeO、Fe3O4、FeSO4的分解热；G0为装入量合计，C1为装入物比热，w装入为装入物水分率，T1为装入物温度，T为基准温度；G6为反应塔重油量，C2为重油比热，T2为重油温度；w空气为空气水分率，G*为各气体的成分量，C*表示气体的单位热量，*分别代表SO2、N2、H2O、一次风、空气、O2；s为常数；解平衡方程组后获得所需氧气量G氧′的值，进而可得所需热风量：G风′＝(Aore-G氧′)/0.21×(1+ω空气)+G氧′$