高炉寿命预测方法研究

摘要

钢铁行业是我国工业的支柱性产业，在国民经济持续高速发展过程中发挥了重要的作用。高炉作为钢铁企业的核心设备，关系着整个企业能否正常生产，因此高炉长寿逐渐受到各国钢铁企业的重视。由于各种原因，我国高炉长寿技术水平和国际水平存在一定差距，实现高炉寿命预测成为亟待解决的问题，影响着企业利润和国家发展。
　　本文在分析了高炉炼铁工艺的基础上，从高炉运行安全性和经济性的角度出发，针对某钢厂3#高炉物质寿命和经济寿命预测方法做了深入研究，主要工作如下：
　　首先，预测3#高炉物质寿命。基于PCA-BP神经网络模型预测高炉铜冷却壁表面挂渣厚度，既为预测炉衬厚度打下基础又可以实时监测冷却壁挂渣情况，及时调操作制度，有利于延长高炉寿命。PCA-BP神经网络模型利用主成分分析法的降维原理将影响高炉冷却壁挂渣的14个变量降为5个新的综合变量，简化了网络结构，提高了预测的准确率。利用预测的渣皮厚度，根据传热学中一维平板稳态热传导原理，计算出被侵蚀炉衬的剩余厚度，由炉衬侵蚀的平均速度得到高炉的剩余寿命，继而算出高炉的物质寿命即高炉已使用年限和剩余寿命之和。
　　其次，根据寿命周期费用理论预测3#高炉经济寿命。在合理分解寿命周期费用的基础上，针对高炉运行维护费用难以获得完整数据信息的特点，采用GM(1，1)模型预测未来数年运行维护费用。考虑的资金的时间价值，选择寿命周期费用动态评价法中的最小年均费用法预测高炉经济寿命年限。从计算结果对比得出高炉的经济寿命可以是某个时间范围内的任意一年，并且给出了企业在需要更换高炉时的选择方法。
　　最后，基于高炉寿命是由物质寿命和经济寿命共同决定的，根据两种寿命预测结果给出高炉寿命的计算方法。将两种寿命预测方法分别应用在3#高炉上，并对应用结果进行了分析，提出了高炉延长寿命的措施及改进意见。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景及研究意义

1．2 设备寿命类型及寿命周期故障率曲线

1．2．1 设备寿命的类型

1．2．2 设备寿命周期的故障率曲线

1．3 高炉寿命的评价指标

1．4 国内外高炉长寿现状综述

1．4．1 高炉起源及发展

1．4．2 国内外高炉长寿现状

1．5 寿命预测方法国内外研究现状

1．6 论文研究的主要内容

第2章 高炉炼铁过程分析

2．1 高炉结构

2．2 高炉炼铁工艺流程

2．2．1 高炉炼铁原理

2．2．2 高炉炼铁工艺流程分析

2．2．3 高炉炼铁工艺流程特点

2．3 高炉本体控制工艺

2．4 高炉炉体破损机理

2．4．1 内衬耐火砖的破损

2．4．2 冷却壁破损机理

2．4．3 炉壳破损机理

2．5 影响高炉寿命的主要因素

2．5．1 高炉炉型

2．5．2 原燃料条件和冷却制度

2．5．3 施工质量和维护维修

2．5．4 炉体破损和炉缸侵蚀

2．6 本章小结

第3章 基于PCA-BP神经网络的高炉物质寿命预测

3．1 基于PCA-BP神经网络的冷却壁挂渣厚度预测

3．1．1 冷却壁挂渣厚度预测的作用

3．1．2 主成分分析法

3．1．3 BP神经网络

3．1．4 PCA-BP算法结合的可行性

3．1．5 PCA-BP网络输入及输出数据的选择

3．1．6 PCA-BP神经网络输入数据预处理

3．1．7 基于PCA-BP神经网络的冷却壁挂渣厚度预测

3．2 高炉炉衬厚度计算

3．2．1 传热学基本知识

3．2．2 高炉炉墙结构

3．2．3 炉衬厚度计算公式推导

3．3 高炉物质寿命预测

3．4 本章小结

第4章 基于寿命周期费用的高炉经济寿命预测

4．1 高炉寿命周期费用基本理论

4．1．1 寿命周期费用基本概念

4．1．2 寿命周期费用的发展及应用

4．1．3 寿命周期费用的研究意义

4．2 高炉寿命周期分解及建模研究

4．2．1 寿命周期费用分解原则

4．2．2 高炉寿命周期费用分解

4．2．3 高炉寿命周期费用模型

4．3 高炉寿命周期费用预测算法研究

4．3．1 高炉寿命周期费用预测的内容

4．3．2 GM(1，1)预测模型

4．3．3 高炉运行维护费用的预测

4．4 高炉寿命周期费用评价

4．4．1 寿命周期评价概述

4．4．2 年均费用最小评价法

4．5 高炉经济寿命预测

4．5．1 高炉经济寿命模型的建立

4．5．2 高炉经济寿命的预测

4．5．3 高炉经济寿命预测结果分析

4．6 本章小结

第5章 高炉寿命预测模型应用分析及高炉延寿措施

5．1 高炉寿命计算方法

5．2 高炉寿命预测模型应用及结果分析

5．3 高炉延长寿命的措施及改进意见

5．3．1 提高高炉的设计和建设水平

5．3．2 强化入炉原料的管理

5．3．3 完善炉体监测和维护技术

5．3．4 加强高炉操作技术

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢