电解铝配铝调度的优化方法研究

摘要

铝是支撑国民经济的重要物质基础，是国防现代化和国家重大战略工程的关键材料，随着经济的高速发展，国家对铝及合金材料的需求日益增长，促使我国电解铝产量持续提高。 配铝调度是电解铝生产中的关键工艺，是根据产品的牌号要求，确定电解槽出铝的抬包作业计划过程，配铝调度必须保证不同电解槽产出的铝液混合后满足铁、硅、镁、铜、钙、锌等化学杂质成分的上限要求，同时应满足天车操作路径最短原则，传统配铝采用人工处理，现场情况非常复杂，人工计算困难，配铝成分超标导致的质量事故屡见不鲜。针对于此，本文研究了计算机智能配铝调度的关键技术，针对两种不同生产工艺提出两种配铝调度智能计算方法： （1）针对连续浇铸工艺，提出单工区配铝算法，基于产品的牌号杂质成分上限要求，给出了能否成功配比的数学条件。在此基础上，以铝液抬包为最终合包地点，提出采用高杂质含量电解槽铝液多次平分的出铝方法解决高杂质含量铝液配比间题，以天车出铝路径最短为目标函数，采用免疫克隆算法求解最佳出铝方案。考虑到设备利用率和物流成本，对抬包组合进行二次合包，以减少汽车运输次数，提高出铝效率。 （2）针对满炉起铸工艺，提出全工区铝液配铝算法，以全工区出铝电解槽为计算对象，以铸造车间的保温炉为最终合包地点，以保温炉内铝液杂质成分要求为计算约束，分别以出铝时天车行驶路径最短或保温炉铝液铁杂质含量最低为不同优化目标，应用改进免疫克隆算法分别求解最佳出铝抬包组合，为企业生产提供不同的优化方案。 基于以上算法，采用电解铝工厂的实际数据完成大量计算，结果证明了本文算法的有效性。最后，本文开发了电解铝配铝软件系统，为下一步算法的推广应用奠定基础。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 电解铝相关技术国内外研究现状

1.2.1 铝电解技术研究现状

1.2.2 配铝技术研究现状

1.3 待研究问题及课题来源

1.4 章节安排

第2章 电解铝配铝调度系统分析

2.1 引言

2.2.1 电解铝原理

2.2.2 电解铝生产流程

2.3 电解铝配铝工艺描述

2.3.1 配铝要求及重要性分析

2.3.2 铝液配比运输过程

2.3.3 配铝应用场景

2.4 电解铝配铝调度系统分析

2.4.1 系统作用及地位分析

2.4.2 系统需求分析

2.4.3 系统环境分析

2.5 本章小结

第3章 单工区高杂质含量铝液配铝问题优化方法

3.1 引言

3.2 单工区高杂质含量铝液配铝问题分析

3.2.1 单工区配铝实际应用

3.2.2 高杂质铝液配铝问题

3.2.3 高杂质铝液配铝数学建模

3.2.4 高杂质铝液配铝优化方法

3.3 单工区配铝充要条件及理论证明

3.3.1 单工区配铝充要条件证明

3.3.2 高杂质铝液配铝可行性证明

3.4 基于免疫克隆的高杂质含量铝液配载问题算法设计

3.4.1 免疫克隆算法

3.4.2 免疫克隆算法流程

3.4.3 免疫克隆算子、基因编码与种群初始化

3.5 计算实验与分析

3.6 本章小结

第4章 全工区配铝问题优化方法

4.1 引言

4.2 全工区配铝问题分析

4.2.1 全工区配铝实际应用

4.2.2 车间运输问题

4.2.3 保温炉杂质含量问题

4.2.4 低品位铝液配铝问题

4.2.5 全工区配铝优化方法

4.3 基于改进免疫克隆的全工区铝液配载问题算法设计

4.3.1 Tent混沌序列和混沌扰动

4.3.2 改进免疫克隆算法流程

4.3.3 基于天车路径最短全工区配铝算法设计

4.3.4 基于铁杂质含量最低全工区配铝算法设计

4.3.5 算法比较

4.4 计算实验与分析

4.4.1 天车路径最短全工区配铝算法测试

4.4.2 铁杂质含量最低全工区配铝算法测试

4.5 本章小结

第5章 电解铝配铝调度系统软件实现

5.1 引言

5.2 配铝系统框架设计

5.3 配铝系统功能设计

5.4 数据库设计

5.5 系统实现

5.6 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读工程硕士学位期间所发表的学术论文