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基于机器学习和遗传算法的高炉参数预测与优化 被引量:15
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作者 李壮年 储满生 +1 位作者 柳政根 李宝峰 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1262-1267,共6页
针对目前高炉炼铁模型精度不高问题,提出建立高炉生产过程中精确的多目标优化模型.首先对高炉的海量数据进行了数据预处理,其次采用支持向量机、随机森林、梯度提升树、XGBoost、LightGBM、人工神经网络6种机器学习算法对高炉焦比、K值... 针对目前高炉炼铁模型精度不高问题,提出建立高炉生产过程中精确的多目标优化模型.首先对高炉的海量数据进行了数据预处理,其次采用支持向量机、随机森林、梯度提升树、XGBoost、LightGBM、人工神经网络6种机器学习算法对高炉焦比、K值进行了预测,并采用特征工程和超参调优对机器学习预测进行了优化,最后采用新的集成学习方法进行预测.预测结果不仅精准度高而且具有很好的鲁棒性.在机器学习的基础之上,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对高炉参数进行了多目标优化分析,得到了Pareto最优解,高炉操作者可以根据该多目标优化结果针对不同的需求选择相应的控制参数. 展开更多
关键词 高炉 机器学习 集成学习 遗传算法 参数预测
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Numerical Simulation of Innovative Operation of Blast Furnace Based on Multi-Fluid Model 被引量:11
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作者 chu man-sheng YANG Xue-feng +2 位作者 SHEN Feng-man YAGI jun-ichiro NOGAMI Hiroshi 《Journal of Iron and Steel Research(International)》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第6期8-15,共8页
A multi-fluid blast furnace model was simply introduced and was used to simulate several innovative ironmaking operations. The simulation results show that injecting hydrogen bearing materials, especially injecting na... A multi-fluid blast furnace model was simply introduced and was used to simulate several innovative ironmaking operations. The simulation results show that injecting hydrogen bearing materials, especially injecting natural gas and plastics, the hydrogen reduction is enhanced, and the furnace performance is improved simultaneously. Total heat input shows obvious decrease due to the decrease of heat consumption in direct reduction, solution loss and silicon transfer reactions. If carbon composite agglomerates are charged into the furnace, the temperature of thermal reserve zone will obviously decrease, and the reduction of iron-bearing burden materials will be retarded. However, the efficiency of blast furnace is improved just due to the decrease in heat requirements for solution loss, sinter reduction, and silicon transfer reactions, and less heat loss through top gas and furnace wall. Finally, the model is used to investigate the performance of blast furnace under the condition of top gas recycling together with plastics injection, cold oxygen blasting and carbon composite agglomerate charging. The lower furnace temperature, extremely accelerated reduction rate, drastically decreased CO2 emission and remarkably enhanced heat efficiency were obtained by using the innovative operations, and the blast furnace operation with superhigh efficiency can be realized. 展开更多
关键词 blast furnace innovative ironmaking technology multi-fluid blast furnace model
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Numerical Analysis of Blast Furnace Performance Under Charging Iron-Bearing Burdens With High Reducibility 被引量:1
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作者 chu man-sheng GUO Xian-zhen +2 位作者 SHEN Feng-man YAGI Jun-ichiro NOGAMI Hiroshi 《Journal of Iron and Steel Research(International)》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第2期13-19,共7页
The reducibility of iron-bearing burdens was emphasized for improving the operation efficiency of blast furnace. The blast furnace operation of charging the burdens with high reducibility has been numerically evaluate... The reducibility of iron-bearing burdens was emphasized for improving the operation efficiency of blast furnace. The blast furnace operation of charging the burdens with high reducibility has been numerically evaluated using a multi-fluid blast furnace model. The effects of reaction rate constants and diffusion coefficients were investigated separately or simultaneously for clarifying the variations of furnace state. According to the model simulation results, in the upper zone, the indirect reduction of the burdens proceeds at a faster rate and the shaft efficiency is enhanced with the improvement under the conditions of interface reaction and intra-particle diffusion. In the lower zone, direct reduction in molten slag is restrained. As a consequence, CO utilization of top gas is enhanced and the ratio of direct reduction is decreased. It is possible to achieve higher energy efficiency of the blast furnace, and this is represented by the improvement in productivity and the decrease in consumption of reducing agent. The use of high-reducibility burdens contributes to a better performance of blast furnace. More efforts are necessary to develop and apply highreducibility sinter and carbon composite agglomerates for practical application at a blast furnace. 展开更多
关键词 blast furnace iron-bearing burden REDUCIBILITY multi-fluid model 3-interface shrinking core model
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50%CO_(2)+50%CO气氛下金属化炉料非等温反应动力学 被引量:2
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作者 闫瑞军 储满生 +1 位作者 柳政根 刘培军 《中国冶金》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期33-40,共8页
高炉使用金属化炉料作为一种新型的低碳炼铁技术为高炉炼铁过程深度降碳提供了新的可能。由于金属化炉料的易再氧化性,装入高炉炉顶中的金属化炉料是否能被炉顶煤气中的CO_(2)再氧化成为一个需要关注的问题。对70%金属化率炉料在体积分... 高炉使用金属化炉料作为一种新型的低碳炼铁技术为高炉炼铁过程深度降碳提供了新的可能。由于金属化炉料的易再氧化性,装入高炉炉顶中的金属化炉料是否能被炉顶煤气中的CO_(2)再氧化成为一个需要关注的问题。对70%金属化率炉料在体积分数为50%CO_(2)+50%CO气体混合物中的非等温反应过程动力学进行了研究。采用KAS动力学分析方法计算了反应过程的表观活化能和反应机理,分析了反应过程的特征温度。结果表明,70%金属化率炉料在50%CO_(2)+50%CO混合气氛中的非等温反应过程表现为单步反应行为,反应的最佳机理模型为化学反应控制的A_(1)模型。金属化炉料低温下反应需要克服较大的反应能垒,主要反应阶段的表观活化能为114.22 kJ/mol,指前因子为2785/s。金属化炉料反应过程随加热速率增大存在滞后现象,加热速率从5 K/min增大到20 K/min时,反应开始温度从1045 K增加至1140 K,快速反应温度从1267 K增加到1470 K,而实际高炉炉顶温度远低于1045 K,因此金属化炉料在高炉顶部不会被煤气中的CO_(2)再氧化。 展开更多
关键词 高炉 金属化炉料 CO_(2) 表观活化能 反应机理
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铁矿粉对铁焦性能的影响及机理 被引量:5
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作者 任华伟 储满生 +2 位作者 吕青青 柳政根 张明星 《钢铁》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期21-27,共7页
为促进铁焦的工业化应用,利用40 kg试验焦炉制备铁焦,研究了铁矿粉成分、配比对铁焦灰分、硫分、机械强度、热反应性等性能的影响,利用热重分析了铁焦的碳溶损反应,并利用SEM扫描电镜和光学显微镜对铁焦的微观形貌和光学组织进行了分析... 为促进铁焦的工业化应用,利用40 kg试验焦炉制备铁焦,研究了铁矿粉成分、配比对铁焦灰分、硫分、机械强度、热反应性等性能的影响,利用热重分析了铁焦的碳溶损反应,并利用SEM扫描电镜和光学显微镜对铁焦的微观形貌和光学组织进行了分析。结果表明,添加铁矿粉,铁焦的灰分明显增加,硫分变化不大,机械强度降低,热反应性提高,反应后强度降低,添加配比不宜超过10%;铁矿粉具有催化焦炭与CO_2反应、降低起始反应温度的作用,铁质量分数越高,催化性越强;炭化还原后得到的金属铁及铁氧化物以不规则的尺寸和形态分布在铁焦气孔壁和碳基质中,充当催化中心和裂纹中心作用,导致CRI上升,CSR降低。 展开更多
关键词 铁矿粉 成分 配比 铁焦 性能
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高炉使用铁焦的[火用]分析 被引量:3
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作者 郭俊 储满生 +3 位作者 唐珏 李峰 柳政根 鲍继伟 《钢铁》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期30-38,共9页
中国钢铁生产主要以高能耗和高排放的高炉-转炉长流程为主,节能减排压力较大。因此,积极研发高炉低碳炼铁技术,促进高炉工序CO减排尤为重要。铁焦是将含铁原料加入适宜的煤中,经焦化或炭化后成型的新型碳铁复合炉料,其高反应性可以显著... 中国钢铁生产主要以高能耗和高排放的高炉-转炉长流程为主,节能减排压力较大。因此,积极研发高炉低碳炼铁技术,促进高炉工序CO减排尤为重要。铁焦是将含铁原料加入适宜的煤中,经焦化或炭化后成型的新型碳铁复合炉料,其高反应性可以显著降低热储备区温度、降低碳消耗,高炉使用适量的铁焦可实现一定程度的节能降碳。基于现场生产数据,采用[火用]分析理论,建立高炉使用铁焦的[火用]平衡模型,探索铁焦添加量对高炉物料消耗及能量利用效率的影响。结果表明,高炉使用铁焦后,炉内间接还原得到发展,碳利用率提高,炉内灰分量降低,冶炼单位生铁的碳素消耗和炉渣量均会降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg铁焦后,吨铁碳素消耗降低25.95 kg,渣量降低11.28 kg。此外,铁焦内部的金属铁仅需熔化,节省还原所需的[火用]量,焦炭和鼓风带入[火用]会显著降低,因此高炉冶炼吨铁消耗的总[火用]量降低,同时,炉内传热也得到改善,内部[火用]损失有效降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg/t铁焦后,目的[火用]效率由46.14%提高至48.87%,热力学完善度由87.46%提高到88.02%。在此条件下,高炉吨铁的内部[火用]损失降低192.63 MJ,实现节能6.57 kg(标煤)。 展开更多
关键词 铁焦 高炉 节能降碳 [火用]平衡模型 [火用]效率
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基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析 被引量:12
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作者 李峰 储满生 +2 位作者 唐珏 柳政根 周渝生 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期577-583,共7页
随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi7.3软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉(BF-BOF)长流程进行生命周期评价(LCA),对比... 随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi7.3软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉(BF-BOF)长流程进行生命周期评价(LCA),对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明,煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10^-11和9.31×10^-11,短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程,短流程吨钢能耗、CO2排放可分别减少60.64%和55.65%,SO2、NOx以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知,煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。 展开更多
关键词 生命周期评价 煤制气-气基竖炉-电炉流程 高炉-转炉流程 环境影响 能耗
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碳铁复合低碳炼铁炉料制备与应用研究 被引量:10
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作者 王宏涛 储满生 +3 位作者 鲍继伟 韩冬 曹来更 赵伟 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期103-111,共9页
在未来相当长一段时期内,高炉-转炉流程仍是钢铁生产的主导流程。高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键环节。碳铁复合炉料新技术是当前最可能实现的低碳高炉炼铁技术。阐明了高炉使用碳铁复合炉料低碳冶炼的原理,系统研究了碳铁复合炉料... 在未来相当长一段时期内,高炉-转炉流程仍是钢铁生产的主导流程。高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键环节。碳铁复合炉料新技术是当前最可能实现的低碳高炉炼铁技术。阐明了高炉使用碳铁复合炉料低碳冶炼的原理,系统研究了碳铁复合炉料的制备、冶金性能优化、对含铁炉料还原过程的影响以及对高炉综合炉料熔滴性能的影响及其机理,形成了完整的竖炉法碳铁复合炉料制备和应用技术。结果表明,碳铁复合炉料制备工艺优化条件为15%铁矿B、55%烟煤A、10%烟煤B、20%无烟煤C,压块温度为300℃,1 000℃炭化4 h,此条件下碳铁复合炉料抗压强度达4 970 N,反应性为61.08%,反应后强度达51.23%;混装10%碳铁复合炉料,1 100℃还原时球团还原率提高7.69%;随着碳铁复合炉料添加量的增加,综合炉料软化区间从206.3℃增加到218.9℃,熔化区间从171.1℃降低到124.8℃,滴落率先升高后降低,透气性改善,综合炉料中碳铁复合炉料添加量不宜超过焦炭的30%。 展开更多
关键词 碳铁复合炉料 制备与应用 新技术 低碳高炉炼铁 节能减排
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铁焦制备与高炉应用的研究进展 被引量:11
9
作者 鲍继伟 储满生 +3 位作者 柳政根 韩冬 曹来更 郭俊 《钢铁》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期38-48,共11页
钢铁工业长期面临着资源短缺和环境污染的的发展现状,实现节能减排和绿色冶金是钢铁工业实现可持续发展的重点。而高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键,急需研发低碳高炉炼铁新技术。复合铁焦是实现低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料。... 钢铁工业长期面临着资源短缺和环境污染的的发展现状,实现节能减排和绿色冶金是钢铁工业实现可持续发展的重点。而高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键,急需研发低碳高炉炼铁新技术。复合铁焦是实现低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料。高炉使用铁焦后可降低热储备区温度,提高冶炼效率,降低焦比,从而实现CO2减排。综述了国内外铁焦制备与应用的研究进展,主要包括铁焦的制备工艺和高炉应用。归纳了各种铁焦制备工艺的特点。同时提出并研究了矿煤压块-竖炉炭化-高炉应用的冷压型铁焦制备与应用新技术。重点进行了冷压型铁焦的制备及冶金性能优化、高炉应用冷压型铁焦等试验研究。冷压型铁焦制备适宜的工艺条件为,质量分数为30%铁矿粉、45%烟煤1、10%烟煤2、10%烟煤3、5%无烟煤、5%沥青类黏结剂B混合加热至60℃,并进行冷压成型;成型压块再经竖炉1000℃炭化4h;获得抗压强度3977N、I型转鼓强度77.7%、反应性69.7%、反应后强(固定气化溶损量20%)42%的优质铁焦。高炉综合炉料中添加质量分数20%~30%冷压型铁焦,综合炉料熔滴性能明显改善。以上研究为铁焦实现工业化生产与低碳高炉炼铁应用提供了参考。 展开更多
关键词 铁焦 碳铁复合炉料 低碳高炉 节能 CO2减排
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氢气气基竖炉-电炉短流程环境影响分析 被引量:9
10
作者 李峰 储满生 +1 位作者 唐珏 柳政根 《中国冶金》 CAS 北大核心 2021年第9期104-109,共6页
氢冶金是中国钢铁行业实现低碳绿色化转型升级的有效途径之一,基于煤制氢技术的气基竖炉-电炉短流程是一种典型的氢冶金工艺,具有广阔的发展前景。采用生命周期评价法(LCA)对煤制氢-气基竖炉-电炉短流程环境影响进行了分析,并对比研究... 氢冶金是中国钢铁行业实现低碳绿色化转型升级的有效途径之一,基于煤制氢技术的气基竖炉-电炉短流程是一种典型的氢冶金工艺,具有广阔的发展前景。采用生命周期评价法(LCA)对煤制氢-气基竖炉-电炉短流程环境影响进行了分析,并对比研究了短流程与传统高炉-转炉(BF-BOF)长流程的环境性能。结果表明,煤制氢-气基竖炉-电炉短流程LCA结果为2.56×10^(-11),其中GWP100(全球变暖潜值)和POCP(光化学臭氧合成潜值)分别贡献54.16%和36.76%;煤气脱碳和电炉电能消耗是造成碳排放和能源消耗的主要原因;短流程整体评价结果仅为BF-BOF流程的27.41%,吨钢CO2排放和能耗可分别减少53.75%和47.45%,环境性能明显优于传统长流程。 展开更多
关键词 氢气 气基竖炉 环境影响 碳排放 能耗
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高炉护炉用钛矿的还原和软熔性能 被引量:4
11
作者 孙健 储满生 +2 位作者 陈辉 柳政根 武建龙 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期955-962,共8页
为探究高炉护炉用钛矿的还原软熔性能,利用高温激光共焦显微镜对预还原钛矿的熔化过程进行观察,并对不同钛矿的还原和软熔性能进行了对比分析。结果表明,3种护炉用钛矿的微观结构和物相组成的差异造成了其还原性能和软熔性能的差别。低... 为探究高炉护炉用钛矿的还原软熔性能,利用高温激光共焦显微镜对预还原钛矿的熔化过程进行观察,并对不同钛矿的还原和软熔性能进行了对比分析。结果表明,3种护炉用钛矿的微观结构和物相组成的差异造成了其还原性能和软熔性能的差别。低钛型钛矿相比高钛型钛矿有更好的还原性和软熔性能。综合考虑3种高炉护炉料的还原性和软熔性能,认为使用球团矿P-B护炉对高炉的稳定最为有利。 展开更多
关键词 高炉冶炼 钛矿 软熔性能 还原性
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炭化工艺参数对铁焦冶金性能的影响 被引量:3
12
作者 鲍继伟 储满生 +3 位作者 柳政根 韩冬 曹来更 郭俊 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期532-541,共10页
复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦,需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响,并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行... 复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦,需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响,并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行了解析。结果表明,炭化温度的升高可以提高铁焦的抗压强度和反应性。当温度为900~1000℃时,铁焦的抗压强度和反应性较优。炭化时间的延长可以使铁焦的抗压强度提高,反应性降低。当炭化时间为3~4h时,铁焦抗压强度和反应性较优。升温速度越快,铁焦的机械强度越低。适宜的升温速度为:Ⅰ段(室温至550℃)小于7℃/min,Ⅱ段(550℃至1000℃)小于5℃/min。为防止铁焦冶金性能因碳气化溶损反应而劣化,在CO和CO2混合炭化气氛中,CO2与CO体积比(V(CO2)/V(CO))应控制在0.11以下。在优化的炭化工艺条件下,制备的铁焦抗压强度大于3500N,反应性大于60%,反应后强度在16%左右。 展开更多
关键词 铁焦 冶金性能 炭化温度 炭化时间 升温速度 炭化气氛
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