有色金属闪速熔炼过程操作模式提取与优化方法研究

闪速熔炼是最复杂、最主要的铜、镍冶炼工艺。针对闪速熔炼过程无法建立精确数学模型、操作参数主要凭人工经验设定，导致高成本、高能耗、重污染的问题，本项目研究基于数据驱动和静态机理模型的闪速熔炼过程操作模式优化策略，包括：1）研究操作模式的优化组成、操作模式及"数据、优良操作模式、优秀操作模式"演化机制的形式化描述；2）根据静态机理模型设计数据分布密度和机理约束，研究基于模糊加权最小二乘支持向量机分类模型和核聚类模式提取方法，从数据中提取优良操作模式，形成模式库；3）设计包含工艺指标和能耗指标的优化目标，建立基于静态机理模型和最小二乘支持向量回归的操作模式与优化目标辨识模型，以从模式库中匹配获得的优良操作模式为基础，进行操作模式局部寻优。构建以"模式匹配为优良操作模式、局部寻优为优秀操作模式"的两级优化决策框架，形成较系统的闪速熔炼过程操作模式优化策略，为实现其操作参数自动优化设定奠定基础。

针对闪速熔炼过程无法建立精确数学模型、操作参数主要凭人工经验设定，导致高成本、高能耗、重污染的问题，研究了闪速熔炼过程操作模式提取与优化方法，包括：.1）研究了闪速熔炼过程的属性之间的关系，研究了基于粗糙集的属性约简的启发性策略和算法，为操作模式的形成奠定基础；提出了操作模式的概念，采用形式化语言描述了模式检索、模式相似匹配、模式再优化、模式入库等过程，系统地提出了基于数据驱动的复杂闪速熔炼过程操作模式优化的整体框架。.2）首先，根据支持向量机的三个元参数都需要凭主观经验进行确定的问题，本研究以ε不敏感支持向量回归机的元参数优化为例，研究了支持向量机的模型参数确定问题。其次，根据闪速炉熔炼过程大量的传感数据是周期性波形的特点，采用矩阵奇异值分解周期性波形的小波变换系数矩阵，发现了一个相似性匹配的统一变换基，实现波形的等尺度匹配；设计了一种高效的支持向量机多分类方法进行波形分类，实现了周期性波形模式的提取。最后，本项目将生产系统的工艺参数组成一个“操作模式”或“操作实例”，提出一种快速迭代的聚类方法来辨识基于操作模式的模糊推理系统的结构自动确定模式的数量和模式的值，设计一个基于操作模式的模糊推理系统，实现铜转炉吹炼过程的熔剂加入量的优化决策。.3）根据闪速熔炼过程的工作点会随着熔炼设备材料的逐渐消耗导致工作点缓慢变化的特点，应用一阶扰动理论求解协方差矩阵，从而能够采用递归的方法计算PCA，提出2种新的统计指标计算方法。将这种方法应用到熔炼过程的在线监测，取得良好的效果。.4) 在铜闪速熔炼过程中，冰铜温度、冰铜品位及渣中铁硅质量比是衡量熔炼过程质量优劣的3个关键工艺指标。针对数据量庞大引起模型参数更新时样本选择困难及训练速度慢的缺陷, 提出基于投影寻踪回归的铜闪速熔炼过程关键工艺指标预测方法，进行这3个关键工艺参数的预测，实际生产数据仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性。.5）最后，构建以“模式匹配为优良操作模式、局部寻优为优秀操作模式”的两级优化决策框架，形成系统的闪速熔炼过程操作模式优化策略，分别以闪速炉熔炼过程的操作模式优化和转炉吹炼的熔剂模式优化为例，采用实际生产数据来验证本研究提出的理论和方法的有效性。