烧结矿配料优化软件的开发本科生毕业设计论文文档格式.docx

烧结矿配料优化软件的开发本科生毕业设计论文文档格式.docx

《烧结矿配料优化软件的开发本科生毕业设计论文文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烧结矿配料优化软件的开发本科生毕业设计论文文档格式.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

烧结矿配料优化软件的开发

设计（论文）主要内容：

钢铁行业烧结矿的合成含量直接影响到炼钢质量，要将不同产地不同成分的含铁矿石进行科学配比是获得高品质烧结矿的前提。

传统配比采用手工计算，计算工作量大而且要复杂。

本文开发出配料优化软件，实现烧结矿配比的最优化，要求分别使用MicrosoftExcel和MATLAB来进行优化软件的开发。

要求完成的主要任务:

1）生产实习两周，包括参观单位，查阅相关资料及完成实习报告及总结。

2）完成与本论文相关的15篇文献资料（不少于2篇英文资料）的查阅。

3）完成不少于2万印刷符，与选题相关的外文翻译工作。

4）查阅相关资料，了解MATLAB和MicrosoftExcel有关优化模型的求解。

5）完成系统软件设计。

6）撰写论文。

7）准备答辩。

必读参考资料：

（1）林万明，宋秀安.高炉炼铁生产工艺.北京：

化学工业出版社，2010

（2）周博.MATLAB科学计算.北京：

机械工业出版社，2010

（3）李洋.Excel函数、图表与数据分析应用案例.北京：

清华大学出版社，2007

指导教师签名系主任签名

院长签名（章）_____________

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

随着科学技术的飞速发展，各种工业都随着人类经济的增长而崛起，其中就包括了冶金工业，冶金工业从开始发展一直持续到今天都保持着基础工业的地位，在冶金工业的持续发展过程中，降低成本一直是冶金工业这个领域里备受关注的话题。

钢铁工业需要大量的铁矿石，经长时间开采，天然富矿越来越少，高炉不得不使用大量贫矿，但贫矿直接入炉，无论经济上还是操作上都是不合适的，由此铁矿石必须经过选矿才能被使用。

但贫矿富选后得到的精矿粉以及富矿加工过程中生产的富矿粉不能直接入炉冶炼，必须将其重新造成块。

常用造块方法有烧结和球团，烧结是最重要的造块方法。

。

所谓烧结就是在粉状铁物料中配入适当数量的溶剂和燃料，在烧结机上点火燃烧，借助燃料燃烧的高温作用产生一定数量的液相，把其他未熔化的烧结料颗粒黏结起来，冷却后成为多孔块矿。

自20世纪70年代中期以来，除北美外，烧结矿一直是国内外高炉的主要原料。

尤其在我国，烧结矿已占高炉炉料的90%以上，因此，烧结生产在我国钢铁企业中有着更重要得地位。

既然要求高炉用料中有足够的烧结矿用量和良好的烧结矿质量，那烧结矿配料这一道工序则是非常重要的。

烧结矿配料是冶金生产中最基本同时也是最重要的工序之一。

为了使烧结矿的化学成分和物理性质稳定，符合高炉冶炼的要求，并使烧结料具有足够的透气性以获得较高的烧结生产率，必须把各种不同成分的含铁原料、溶剂和燃料根据烧结过程的要求和烧结质量的要求进行精确地配料。

本文将要讨论的就是烧结矿配料优化软件的开发问题。

为了使烧结矿的化学成分和物理性质稳定，符合高炉冶炼的要求，并使烧结料具有足够的透气性以获得较高的烧结生产率，必须把各种不同成分的含铁原料、熔剂和燃料根据烧结过程的要求和烧结矿质量的要求进行精确的配料。

配料的精确性在很大的程度上决定于所采用的配料方法。

这个生产过程涉及到的原料种类非常多而且成份复杂，原料成本占生产成本的很大一部分，因此研究各种原料之间的合理搭配，既要满足生产产品成份要求又要降低混合料成本，具有很重要的现实意义，它的意义就在于可以解决之前提到的冶金工业生产链中生产效率的问题，这个问题一旦解决好了，不但可以很有效地降低生产成本，更重要的就是对自然资源的有效以及合理的利用。

人类文明的发展脚步是不可能停止不前的，但是我们也不能奢侈地挥霍这些宝贵的自然资源，我们能做到的就只有在我们力所能及的范围内充分利用我们的智慧来开发出各种计算机软件来帮助我们解决了生产效率的同时也保护了自然的资源。

2、基本内容和技术方案

本文的主要研究内容：

本文主要的任务是完成开发配料优化软件实现，实现烧结矿配比的最优化，要求使用MATLAB和MicrosoftExcel来完成优化软件的开发。

（1）MATLAB实现的优化模型

根据设计要求可以将烧结矿配料系统的优化简单的解读为线性规划中的优化问题，在线性规划中的优化问题就是求解最优值，当然之前已经说过，本文计算所使用的是MATLAB软件中的linprog函数来进行规划求解。

（2）MicrosoftExcel实现的优化模型

MicrosoftExcel是微软公司的办公软件Microsoftoffice的组件之一，在MicrosoftExcel中同样可以进行线性规划的最优化求解，因为在MicrosoftExcel中有一项“规划求解”选项，在组织好数据后，通过对“规划求解”进行一定的设定就可以求解线性规划。

3、进度安排

上学期：

最后两周：

毕业实习；

下学期：

第1～2周：

了解课题，查阅相关资料，英文文献翻译；

第3周：

完成开题报告；

第4周：

设计总体方案；

第5～6周：

了解有关冶金工业中烧结工序；

第7～8周：

完成基于MATLAB的优化软件的模型；

第9～11周：

完成基于MicrosoftExcel的优化软件的模型；

第12～14周：

撰写毕业设计论文；

第15周：

打印论文，准备答辩；

第16周：

论文答辩

4、指导教师意见

指导教师签名：

年月日

摘要

烧结是将粉状物料进行高温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的方法。

铁矿石烧结是钢铁工业的基础，烧结矿质量的好坏直接影响高炉生产的质量。

因此，提高烧结过程计算机控制的水平已成为烧结技术发展的主要方向之一。

本文首先阐述了烧结工序在冶金工业中的地位。

随着烧结设备的大型化和高炉对烧结矿质量要求的提高，烧结过程计算机技术成效日益显著。

在我国，烧结矿已占高炉炉料的90%以上。

天然铁矿石，无论从数量上还是从质量上来说都不能够直接入炉，常需经过整粒或者选矿、造块等工序的处理，才能入炉。

烧结法生产烧结矿是主要的造块方法。

在进行烧结工序之前，需要对矿料进行合理的配料。

尤其对于铁前系统的生产，这个生产过程涉及到的原料种类非常多而且复杂。

本文的主体就是讲述烧结矿配料优化软件的开发。

所用到的应用软件有MicrosoftExcel和MATLAB。

接着本文介绍了如何分别运用了高级数学运算工具MATLAB7.0和微软公司的办公软件Microsoftoffice的组件之一的MicrosoftExcel来解决烧结矿配料系统的优化问题。

烧结矿配料的优化的实质就是线性规划问题。

MATLAB软件中有一个优化工具箱，这个优化工具箱提供了linprog函数来解决线性规划问题，而MicrosoftExcel办公软件的“工具”选项中有着“规划求解”这样一个选项，这个选项则可以用来解决线性规划问题。

最后本文将总结运用MATLAB7.0和MicrosoftExcel来进行优化设计时各自拥有怎样的特点。

关键词：

烧结矿配料系统优化MATLABMicrosoftExcel

Abstract

Sinteringisamethodwhichisusedtoheatpowdermaterial,beforethispowdermaterialisnotcompletelymelt,thenmakeitablock.IronoresinteringisthebaseofIronandsteelindustry,thequalityoftheproductionoftheprocessdirectlyaffectthequalityofblastfurnaceproduction.Therefore,raisingthelevelofcomputer-controlledsinteringprocessofsinteringtechnologyhasbecomeoneofthemaindirectionsofdevelopment.

Thispaperdescribesthepositionofsinteringprocessinthemetallurgicalindustry.Asthesinteringequipmentisbecominglargerandtherequirementofblastfurnaceforsinteringqualityishigher,theimprovementoftheeffectivenessofthesinteringprocessofcomputertechnologyisincreasinglysignificant.InChina,thesinteringorehasaccountblastfurnacefor90%ormore.Naturalironore,intermsofquantityandqualitycannotbedirectlythrewintothefurnace,whichrequirethewholeorafterprocessing,manufacturingprocesses,suchasprocessingblocksinorderintothefurnace.Productionofsintersinteringisthemainmethodofmakingtheblock.Beforesintering,thereisneedforresonablemixing.Sinteringmixingisthemostbasicandimportantprocess.Beforethesystemespeciallyfortheproductionofiron,theproductionprocessinvolvesmanytypesofrawmaterialsanditiscomplex.Inordertomakethesinteringorechemicalcompositionandphysicalpropertiesstable,inlinewiththerequirementsofblastfurnace,sinteringoreshouldhavesufficientventilationtoachievehigherproductivityofsintering,wemustmixthevariouscomponents,suchasferrousrawmaterials,solventsandfuels,resonablelyaccordingtotherequirementofsintering.

Thispaperisaboutthedevelopmentofsoftwareofsinteringmixing.TheapplicationalsoftwaresusedinthisdevelopmentareMicrosoftExcelandMATLAB.Thenthisarticledescribeshowtouseadvancedmathematicaloperations,respectivelyMATLAB7.0toolsandMicrosoft'

sofficesoftware,oneofMicrosoftofficecomponentsofMicrosoftExceltosolvethesinterburdensystemoptimizationproblem.Sinteringmixingproblemisessentiallinearprogrammingoptimizationproblem.ThereisaMATLABOptimizationToolboxsoftware,itprovidesalinprogfunctionoptimizationtoolboxtosolvelinearprogrammingproblems,andMicrosoftExcelofficesoftware"

tools"

optionhasa"

Solver"

suchanoption,thisoptioncanbeusedtosolvelinearprogrammingproblems.

Finally,wewillsummarizethecharacteristicsofusingMATLAB7.0andMicrosoftExceltosolvethedesignoftheoptimizationsoftware.

Keywords:

SinteringoreIngredientsystemOptimizationMATLABMicrosoftExcel朗读显示对应的拉丁字符的拼音

字典

1.动词

1.match

2.fit

3.mix

4.mate

5.join

6.dose

7.makeup

朗读

显示对应的拉丁字符的拼音

绪论

烧结生产在我国钢铁企业中有着重要的地位。

随着市场经济体制在我国的确立和发展，集约化经营思想的提出和规模经济等原则的被确认，意味着炼铁原料工业经济的增长必须建立在提高劳动生产率和降低消耗的基础上，其意义对于我国的烧结生产自动化而言，显得尤为重要。

烧结过程计算机控制的目的就是为了提高劳动生产率，实现优质高产和降低能源消耗。

正因如此，提高烧结过程计算机控制水平已成为烧结技术发展的主要方向之一。

本次设计的主要课题就是烧结过程中配料这一环节的计算机优化。

自20世纪70年代中期以来，除北美外，烧结矿一直是国内外高炉的主要原料［1］。

目前，钢铁企业的竞争日益激烈，高炉炼铁生产技术经济指标的改善和技术进步，主要是依靠入炉原料性质的改善。

我国炼铁界将高炉精料的要求概括为“高、熟、净、匀、小、稳”六个字，其含义是铁矿石入炉品位高，使用烧结矿或球团矿等熟料，尽可能筛除小于5mm的细粉，粒度均匀、粒度小，化学成分稳定。

烧结矿是我国高炉炉料的主要组成部分，可以说，我国钢铁工业的发展在很大程度上与烧结矿的用量和质量紧密相关，所以必须保证在高炉用料中有足够的烧结矿用量和良好的烧结矿质量。

除了获得足够的烧结矿用量和良好的烧结矿质量这两个目的之外，烧结矿配料系统的优化也是为了经济和环境利益。

在任何工业领域中，降低成本和环境保护一直都是一个永恒的话题，对烧结矿配料系统进行优化设计就可以以最少的配料比例来达到要求的烧结矿质量和用量，这样既降低了生产投入的成本，也对环境保护做出了贡献。

1配料优化数学模型的建立

1.1烧结矿工艺简介

高炉冶炼需要大量使用含铁量高、强度大、还原性能好、具有一定块度的矿石［2］。

天然铁矿石，无论从数量上还是从质量上都难以满足上述要求，常需经过整粒或者选矿、造块等工序的处理，才能入炉。

选矿的目的是提高矿石品位，去除杂质。

选矿得到的产品，根据原矿的性质和采用的选矿工艺的不同，可能是0~10mm的精矿，也可能是小于74um的精矿粉。

块矿整粒是将大块铁矿石破碎成50nm以下块度并筛除5mm以下的矿粉。

选矿得到的精矿和整粒生产的粉矿，不能直接入炉，必须进行造块处理。

高炉使用粉料量多的矿石，将会使料柱透气性变坏，影响炉内热交换和化学反应的顺利进行，并频繁发生悬料、崩料事故，轻则使生产指标变坏，重则操作困难。

矿粉造块的方法，有烧结法、压块法、焙烧球团法、冷固球团法。

本设计的主题则是烧结矿配料的优化，所以其他几种方法这里不予介绍。

烧结法是将各种0~10mm粉状含铁料，配入一定数量的燃料和溶剂，利用燃料燃烧产生的高温，使部分原料熔化并将矿粉黏结在一起的造块方法。

烧结生产过程通常包括以下几个部分：

含铁原料、燃料和溶剂的接受和贮存；

原料、燃料和溶剂的破碎筛分；

烧结料的配料、混合制粒、布料、点火和烧结；

烧结矿的破碎、筛分、冷却和整粒。

烧结过程具有如下特性［3］：

（1）烧结过程的大滞后性。

烧结原料经过配料、混合制粒和布料点火，然后烧结形成烧结饼，这个过程大约需要一个小时；

成品烧结矿的获得则还要经过烧结后的热破碎、热筛分、冷却和整粒等工序，这个过程也需要一个小时。

所以，烧结原料从配料到形成烧结矿约需两个小时。

上述过程决定了烧结过程的大滞后性。

（2）烧结过程的复杂性。

烧结原料经过布料点火后，由于下部风箱强制抽风，通过料层的空气和烧结料中焦炭燃烧所产生的热量，使烧结混合料经受各种物理化学变化，才形成烧结矿。

（3）烧结过程的动态时变性。

烧结过程是一个复杂的工业过程，除具有复杂性、时滞性以外，还具有连续性、非线性、时变性和不确定性。

烧结生产所用原料品种较多，为了使生产过程顺利进行，并且保证烧结矿的产量和质量，对所用原燃料有如下4个方面的要求［4］：

（1）含铁原料。

铁矿粉和铁精矿是烧结的主要含铁原料。

含铁量高的块矿经过破碎和筛分后，将其合格矿直接送入高炉炼铁，它的筛下物——小于5mm的矿粉，作为烧结的原料。

当铁矿石的含铁量较低时，需经过选矿得到品位较高的矿粉，成为铁精矿。

烧结生产对含铁原料的要求是品位高、成分稳定和杂质少。

除铁矿粉和铁精矿外，还有一些工业副产品，如高炉炉尘、轧钢皮、黄铁矿烧渣和钢渣等也可作为烧结原料。

（2）溶剂。

烧结使用的溶剂主要是石灰石，溶剂要求有效CaO含量高、杂质少、成分稳定、含水3%左右、粒度小于3mm的占90%以上。

随着精矿粒度细化，溶剂粒度也要相对缩小。

有的工厂使用细精矿烧结时，将溶剂粒度控制在2mm一下，已收到了良好的效果。

在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。

（3）燃料。

烧结所用燃料主要为焦粉和无烟煤。

对燃料的要求是固定碳含量高、灰分低、挥发分低、含硫低、成分稳定、含水量小于10%、粒度小于3mm的占95%以上。

联合企业内，焦粉是首选的燃料，它能满足上述要求，同时也利用了高炉焦炭筛分后的粉末。

但有些厂家采用无烟煤作燃料的生产实践证明，无烟煤除满足上述要求外，还具有易于破碎、着火点低、易燃等优点，也是可取的燃料。

（4）点火用燃料。

要求点燃方便，发热值高。

本次设计的主题是烧结过程中的配料环节。

目前，国内外大部分烧结厂主要是通过控制原料场和配料系统来实现对烧结矿化学成分的前馈控制。

配料精度在很大程度上取决于所采用的配料方法，20世纪60年代以前，国内烧结厂大多采用容积配料法，60年代以后，开始采用重量配料方法。

目前大多数厂是按重量配料进行的。

配料系统中的铁精矿是从集料胶带机上的电子皮带秤得出流量信号与设定配料量进行比较的，通过控制器改变圆盘给料机的转速以保持精矿配料量不变，而辅助原料则是通过定量胶带给料机实现定量配料的。

系统设有各种原料的配比设定和总给料的设定，可以根据各原料情况按烧结矿的要求灵活改变配比。

1.2建立数学模型

烧结矿配料的根本要求就是配比各原料的用量，使烧结矿的品位达到最高，其中有害元素在国家标准之下，通过这样以最少的成本来获得足够用量的烧结矿和质量良好的烧结矿［5］。

烧结矿品位各元素含量要求见表1-1。

如表1中数据所示，矿料名称这一列一共有10种矿料，分别设为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9和X10；

后面的第二列到第七列是各种矿料中各种元素的含量，其中Tfe这种元素是最重要的，它在配料完成后含量要求达到52.5%以上，而S、P、SiO2、As和Al2O3这几种元素的含量要求分别小于0.9%、0.3%、9%、0.08%和2%；

最后一列是各种矿料的价格，都以“元/吨”来计算。

得到表1-1中的各种数据要求后，现在要开始建立数学模型。

矿料配料系统优化的实质是线性规划问题，所以要建立数学模型，就要按照解决线性规划问题的方法来进行。

1.3线性规划最优化

工程师的目标就是找出问题的最佳解。

这个思想非常重要，这表明，工程师不仅要找出问题的答案，而且这个答案根据某些客观标准是最佳答案。

在一些工程问题中，最佳可能意味着成本最低，或者最可靠、体积最小、重量最轻等。

在另一些问题中，可能是其他一些准则，或者是几个准则的组合。

在