球团自动配料辅助优化系统设计与实现.docx

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球团自动配料辅助优化系统设计与实现

分类号密级

UDC

学位论文

球团自动配料辅助优化系统设计与实现

作者姓名：

syc

指导教师：

sdr教授xx大学信息工程与科学学院

kbl高级工程师xx球团厂

申请学位级别：

硕士

学科类别：

专业学位

学科专业名称：

计算机技术

论文提交日期：

2015年5月

论文答辩日期：

2015年6月13日

学位授予日期：

2015年月日

答辩委员会主席：

zb

评阅人：

Gfxyl

xx大学

2015年5月

AThesisinComputerTechnology

TheDesignandImplementationofAutomaticBatchingAuxiliaryOptimizationSystemofPelletizingProduction

by

Supervisor:

Professors

SeniorEngineerK

University

May2015

独创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。

论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

日期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：

即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。

作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：

半年□一年□一年半□两年□

学位论文作者签名：

导师签名：

签字日期：

签字日期：

球团自动配料辅助优化系统设计与实现

摘要

球团矿是高炉炼铁的主要原料之一，作为精料，质量的稳定对高炉生产起到非常关键的作用。

配料是球团矿生产的重要工序，配料质量的优劣，直接关系到球团矿的生产效率和质量，因为原料的种类多，同时配料成分随供货渠道的变化而变化，物料的品种、品位、粒度、水分等指标都处于动态波动之中，这对成品质量的管控影响较大，波动严重时将会对高炉炼铁工序造成影响。

因此，配料工序的稳定对于提高球团矿的质量至关重要。

随着资源紧张的矛盾越来越突出，球团矿生产的基础矿粉品种种类不断增多，给配料工作带来较大的难度。

通过手工运算很难获得最优的配吃比例，并且由于精矿仓数量有限，每个仓入料批次至少在2批以上，当某一批次料用光后，需要重新计算配料综合品位，还必须对物料的品种、粒度、水分进行有效把握，手工计算相当繁琐，倒料期间频繁出现配料波动。

因此，我们提出开发一套配料辅助优化系统，对当前的配料系统功能上存在的不足进行改造，从而实现配料系统的智能化和自动化。

本文在分析球团矿配料生产过程的基础上，应用.NET技术和SQL数据库技术设计并实现了一套综合的配料辅助优化系统。

（1）该系统能够实现对料仓精矿质量按入仓批次分层控制和处理，在与现有的配料系统建立连接后，能根据成品球质量要求和料仓状态，选择优化配料方案，实现最优调节控制。

（2）系统运用线性规划方法计算料比，优化确定后反馈自动控制系统，将工人从繁复的运算过程中解放出来，自动给出指导性的调整建议，降低操作工人的劳动强度。

（3）系统通过建立数据库，对配料每一次调整变化都进行统计记录，方便专业人员对球团矿成品质量的波动进行源头追溯。

球团矿配料辅助优化系统上线运行后，有效杜绝了由于人工操作判断不准确、调整不及时造成的配料比例波动、影响成品球质量的问题，达到了精确控制的管理要求，提高了球团矿实物质量，为高炉稳定顺行创造了条件。

系统的设计与实现，对首钢球团厂现场数据深入应用、信息化与自动化结合方面起到了较好的示范作用。

关键词：

球团矿；辅助优化；.NET；数据库；线性规划

TheDesignandimplementationofautomaticbatchingauxiliaryoptimizationsystemofpelletizingproduction

Abstract

Pelletisoneofthemainrawmaterialofblastfurnaceironmaking,asconcentrate,thestablequalityofpelletsforblastfurnaceproductionplaysakeyrole.Ingredientasthesourceofthepelletproduction,isanimportantprocessofpelletproduction,itsqualityisdirectlyrelatedtoproductionefficiencyandproductionqualityofpellets.Becausetherearemorekindsofpelletizingrawmaterials,theingredientchangeswiththesupplychannel,theproportionofmaterialalsochangesaccordingtotherequirementsofproductionatanytime,thevariety,grade,granularity,moistureofthematerialandthechangeoftemperature,humidityoftheirenvironment,willseriouslyaffectthecuttingprecision,fluctuationsinseriouswillaffecttheblastfurnaceironmaking.Therefore,thebatchingsystemisveryimportanttoimprovethequalityofpellets.

Withthecontradictionbetweenresourcesmoreandmoreoutstanding,thevarietiesofpowderforpelletproductionareincreasing,andtheybringverygreatdifficultyonoperatingtheingredients,themanualoperationisdifficulttoobtaintheoptimalproportion,becauseofthelimitednumberofconcentratebin,eachbinfeedingbatchesofatleast2batchofabove.Whenabatchisempty,itisneededtonotonlyrecalculatetheingredientsofgrade,butalsofocusonthematerialvariety,granularity,moistureeffectively，themanualcalculationisquitecomplicated,frequentfluctuationduringtheingredients.Thereforeasetofingredientsauxiliaryoptimizationsystemisproposed,forimprovingthedefectsoftheingredientsfunctioninthecurrentsystem,thetargetistoimplementtheintelligenceandautomationofthebatchingsystem.

Basedontheanalysisofbatchingprocess,.NETandSQLdatabaseareusedtodesignandimplementacomprehensiveoptimizationsystemofauxiliaryingredients.

（1）Thesystemcanrealizethehierarchicalcontrolandprocessingforthequalityofconcentrate.Inconnectionwiththeexistingbatchingsystem,itcanrealizetheoptimalcontrolofingredientsaccordingtothepelletqualityrequirementsandsilostate,optimizationscheme.

（2）Thesystemcancalculatetheratioofmaterialbyusingthemethodoflinearprogrammingafterconfirmingtheoptimization,itisthenfedbacktotheautomaticcontrolsystem,theworkerscangetfreedomfromthecomplicatedoperationprocess,andtheguidanceadjustmentsuggestionisgivenautomatically,whichcangreatlyreducethelaborintensityofworkers.

（3）Throughtheestablishmentofadatabase,eachadjustmentchangesarerecordedandprofessionalcantracetheoriginofthepelletqualityfluctuationconveniently.

SincethePelletingredientsaidedoptimizationsystemwasputintooperation,ithasimprovedthequalityofpellets,byeffectivelyeliminatingthequalityproblemsoftheproportionfluctuationscausedbymanualoperation,furthercreatedtheconditionsfortheblastfurnace.Thedesignandrealizationofthesystem,isconducivetothein-depthapplicationoffielddata,andplayedagoodrolemodelforthecombinationofinformationandautomation.

Keywords:

Pellets;Auxiliaryoptimization;The.Net;Database;Linearprogramming

第1章引言1

1.1球团矿生产情况介绍1

1.1.1球团矿工艺阐述1

1.1.2链篦机——回转窑球团矿生产工艺及特点1

1.2配料优化选题背景及意义4

1.2.1球团配料工艺简述4

1.2.2国内外研究现状及项目研究意义5

1.3论文的主要工作7

1.4本章小结8

第2章系统相关技术9

2.1自动配料技术9

2.1.1自动配料概述9

2.1.2自动配料计算9

2.2线性规划建模11

2.2.1线性规划概述11

2.2.2单纯形法求解12

2.3开发技术13

2.3.1B/S架构13

2.3.2ASP.NET开发平台14

2.3.3SQLServer概述15

2.3.4IIS服务17

2.4本章小结17

第3章关键技术19

3.1球团矿的主要质量指标19

3.2配料指标影响因素分析23

3.2.1铁精矿对球团TFe含量的影响23

3.2.2膨润土配比对球团TFe含量的影响23

3.2.3各原料烧损对球团TFe含量的影响24

3.3球团配料优化模型的建立25

3.3.1球团矿配料公式25

3.3.2基于全铁的配料优化约束模型建立27

3.3.3球团配料优化模型28

3.4本章小结29

第4章配料辅助优化系统分析与设计30

4.1指导思想和原则30

4.2系统功能分析31

4.3系统总体功能设计31

4.4系统功能模块划分32

4.4.1人员管理模块设计33

4.4.2操作管理模块设计33

4.4.3数据查询分析模块设计34

4.4.4监控和接口模块设计34

4.5数据库设计35

4.5.1数据库设计概述35

4.5.2数据库逻辑结构设计36

4.5.2数据库表设计38

4.6本章小结40

第5章系统实现41

5.1数据库连接实现41

5.2核心模块实现45

5.2.1数据监控模块46

5.2.2配比计算模块50

5.2.3其它功能模块53

5.3本章小结56

第6章结论与展望57

6.1结论57

6.2工作展望57

参考文献59

致谢61

第1章引言

1.1球团矿生产情况介绍

1.1.1球团矿工艺阐述

随着高炉日益大型化、现代化，对入炉炉料提出的要求越来越高，高炉合理炉料结构越来越受到重视，在对铁矿粉烧结工艺不断完善和发展的同时，对另一种为高炉提供“精料”的造块方法——球团法也日益引起重视。

球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的方法，它是将精矿粉、熔剂的混合物，在造球机中滚成直径8-15mm的生球，然后干燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给高炉冶炼。

球团法生产的主要工序包括原料准备、配料、混合、造球、干燥、焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。

球团矿生产的原料主要是精矿粉和若干添加剂（如皂土），如果用固体燃料焙烧则还有煤粉或焦粉，这些原料进厂后都要经过准备处理，它包括：

1）所有原料的混匀；

2）将添加物磨碎到足够的细度；

3）将精矿粉磨碎到-200网目大于70%，上限不超过0.2mm；

4）将固体燃料破碎到小于0.5mm；

5）精矿粉中的水分过多时要进行干燥处理；

6）经过筛分粒度过大的还要重新进行破碎、磨碎处理。

经过上述准备处理的原料，通过圆盘给料机在配料皮带上进行配料，配料后的混合料与经过磨碎的返矿一起，装入混合机内混合。

混合好的料再加到圆盘造球机上造球，造球时要加适量的水。

生球焙烧前要进行筛分，筛出的粉末返回造球盘上重新造球。

用固体燃料焙烧时，生球加到焙烧机以前，其表面滚附一层固体燃料，这样制成的生球需要通过焙烧设备进行焙烧，焙烧好的球团要进行冷却，筛分，然后参与高炉冶炼。

目前主要的几种球团焙烧方法：

竖炉焙烧球团、带式焙烧机焙烧球团、链篦机——回转窑焙烧球团。

竖炉焙烧法采用最早，但由于这种方法本身固有的缺点而发展缓慢。

目前采用最多的是带式焙烧机法，50%以上的球团矿是用带式焙烧机法焙烧的，链篦机——回转窑法出现较晚，但由于它具有一系列的优点，球团生球在不同的设备上完成焙烧、冷却，在设备大型化的今天，发展较快，特别是2005年后已经成为新上球团项目的首选。

1.1.2链篦机——回转窑球团矿生产工艺及特点

链篦机——回转窑最早用于水泥工业。

美国爱里斯一哈默斯于1960年在亨博尔特球团厂建成了世界第一套生产铁矿球团的链篦机——回转窑系统，当这种新的球团工艺一问世，就得到世界各钢铁、矿业部门的重视，并获得迅速发展。

1960年链篦机——回转窑的生产能力仅占世界球团总生产能力的3.7%，1964年以后就成倍地增长，1971年该生产能力为9700万吨以上，占总生产能力的33%。

到目前为止，链篦机——回转窑法球团生产能力已占世界球团矿总生产能力的42%以上。

链篦机——回转窑是一种联合机组，包括链篦机、回转窑、冷却机及其附属设备。

这种球团工艺特点是干燥、预热、焙烧和冷却过程分别在三台不同的设备上进行。

生球先在链篦机上干燥、脱水、预热，然后进入回转窑内焙烧，最后在冷却机上冷却。

链篦机——回转窑的工艺流程主要包括精矿干燥、配料、造球、生球筛分、布料、生球干燥、生球预热、焙烧、冷却这几个过程。

图1.1为首钢球团厂链篦机——回转窑系统生产工艺流程图，其各个生产工艺环节一目了然。

链篦机——回转窑氧化球团生产工艺是以燃烧煤或煤气做燃料，利用全磁铁精矿或配加部分赤铁矿生产酸性和碱性氧化球团矿。

生产实践证明球团矿生产要做到优质、低耗、稳产，必须稳定原料条件，精心原料准备，加强生产组织，球团生产的技术操作方针是：

“精心备料、严控水粒，配准混匀、造好生球，调好风温、烧好干球，稳定料量、严控窑温，铺平冷好、确保质量、坚持自控、节能降耗”。

精心备料、严控水粒：

一是指球团使用各种原、燃料质量要符合标准要求，数量满足生产需求，同时，原料化学成分的准确与否是生产合格碱度和品位球团矿的基础；二是指要严格控制精矿粉、熔剂与皂土的水分和粒度。

实践证明精矿粉粒度较细且水分在7.5%-8%范围，对降低皂土配比，优化造球操作十分有利；而合理控制熔剂、皂土水分和粒度是确保皂土配比降低，提高球团质量的重要保证；三是指要严格控制生球水分和粒度。

造球时，在成球条件允许的情况下，尽量减少打水量，降低生球水分，另外要精心操作，确保生球粒度稳定，为生球在链篦机上加快干燥速度，提高粒层透气性打下基础。

配准混匀、造好生球：

一是指各种原料配比准确，下料量准确，实行有成份配料；二是指各种被回收的返料做到细水长流，均匀配加，保证质量稳定；三是指要强化对混合机的操作，各种物料达到充分混匀；四是指生球粒度符合要求，生球强度指标满足技术要求。

由于成品球团矿的粒度是由造球工序决定的，同时强度好、粒度均匀的生球也会为球团在链篦机、回转窑内烧透，在环冷机内冷好创造有利条件，所以造好生球十分重要。

精矿粉皂土

>19mm

<5mm筛

上

物

干返料筛下物冷

漏料风

燃烧

散料

图1.1氧化球团生产工艺流程图

Fig.1.1Pellet productionprocessflowchart

调好风温、烧好干球：

是指调整好链篦机风量、温度，做到链篦机各段风量和温度分布均匀、合理，生产出的干球质量达到标准要求，避免由于干球爆裂而造成粉末入窑。

稳定料量、严控窑温：

一是指球团生产要均衡稳定，只有稳定生产，才能确保各项工序参数得到稳定控制，球团质量满足工序要求，设备作业率得到提高，最终实现提高设备效率的目的；二是指要严格控制回转窑内各点位温度，焙烧出强度高、粉末少、亚铁低的优质球团矿。

铺平冷好、确保质量：

是指环冷机上的球团矿要料面平整，料厚合理均匀，各段冷却风量达到合理分布，成品球团矿温度达到要求，生产出理化性能优良的球团矿，为满足总公司高炉精料要求和提高球团矿的市场竞争力创造条件。

坚持自控：

是指坚持应用球团生产中的自动控制系统，实现计算机自动优化配料、自动调整配比，并不断的完善和改进，实现球团生产流程的全自动化控制，达到优质、高产、低耗目的。

节能降耗：

是指对现场跑、冒、滴、漏的综合治理，提高各种球团物料的回收率，通过合理组织和操作，做到工序料流的匹配，降低各种物料消耗，节约能源，以实现“降成本、增效益”提高球团市场竞争力的目的。

以上操作方针互为条件、互相制约、互相补充，是一个有机联系的整体。

其中配料工序尤为重要，因为配料控制目的是为了满足球团生产所需原料的及时、准确供应，根据原料的质量，对精矿和返矿进行配料，保证配矿质量的均衡、稳定。

根据精矿粉、膨润土品种以及除尘灰质量的实际情况，结合球团生产实际，及时提出膨润土的使用品种和配比控制要求，变料前及时做好理论计算，并将结果通知工艺控制人员。

正常生产情况下，使用自动配料，返矿进行配料，保证配矿质量的均衡稳定。

1.2配料优化选题背景及意义

1.2.1球团配料工艺简述

配料是球团矿生产的重要工序，是整个球团矿生产的源头，配料质量的优劣，直接关系到球团矿生产效率和生产质量，如果配料系统遇到问题，那么整个球团生产都要被迫停止，而且配料系统的计算也要准确无误，因为球团原料的种类多，配料成分随供货渠道的变化而变化，各单配料的配合比例也会根据生产的要求随时变化，而且在生产过程中，物料的品种、品位、比重、粒度、水分及环境的温度、湿度的变化，也会严重影响下料的精度，波动严重时将会对高炉炼铁工序造成影响。

因此，配料的稳定有序，对于提高球团矿的质量至关重要。

首钢球团厂配料工控系统实质上是一种较为简单的自动控制方式，需人工操作、控制的参数较多，没有智能化判断、预测和计算的功能。

集控岗位通过手工计算综合配矿品位，从而算出各料仓的配给比例，然后输入计算机，实现配矿。

此种方式不仅增加了职工的工作量，降低了工作效率，同时由于资源越来越紧张，矿粉品种种类有不断增多的趋势，通过集控工手工运算很难获得最优的配吃比例，并且，由于精矿仓数量有限，每个仓入料批次至少在2批以上，当某一批次料用光后，集控需要重新计算配料综合品位，还必须对物料的品种、比重、粒度、水分进行有效把握，重新从上位工控机输入配比，手工计算相当繁琐，倒料期间频繁出现配料波动。

球团生产配料就是根据高炉对球团矿的产品质量要求及原料的化学性质，将各种原料（精矿粉、杂料、皂土及返矿等）按一定比例进行配加的工序。

配料的目的是根据球团生产过程的要求，将各种不同的含铁原料进行准确的配料，以获得较高的生产率和理化性能稳定的优质球团矿，符合高炉冶炼在要求。

目前国内常用的配料方法有两种，即容积配料法和重量配料法。

基于目前球团矿生产配料现状，通过收集、校验现场数据，综合考虑原料品种、品位、比重、粒度、水分及环境情况等大量信息，运用计算机技术计算得出最佳的综合配矿比例，辅助优化目前在用的自动配料系统，达到降低职工劳动强度、优化稳定配比、稳定生产过程控制的目的。

为保证能够全面评价系统的技术状况，满足001工程要求的氧化球品位的稳定，根据配矿实际情况，综合对配加的各种矿粉指标进行比较，选定影响综合配矿品位的因素。

主要有以下几个方面：

（1）考虑公司的资源平衡，对各种矿粉的配吃比例在一定时期内有固定的要求，如阶段对尾砂矿粉的配吃，个别情况下就必须保证5%-10%的配吃量，这就要求对尾砂矿仓进行必选，且对尾砂矿的配吃比例进行固定，以保证矿粉的资源平衡。

（2）在充分考虑皂土、迁钢灰、润磨灰的配加量后，矿粉的