D0I:10.13374/.issn1001-053x.2012.10.011 第34卷第10期 北京科技大学学报 Vol.34 No.10 2012年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2012 COREX冷煤气成分预测的二步建模方法 赵晨熙”张群》徐金梧)四 黎 敏” 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)宝钢股份研究院，上海201900 ☒通信作者，E-mail:jwxu@usth.cd加.cn 摘要针对熔融气化炉冷煤气成分含量，提出了基于痛权模糊C均值聚类和偏最小二乘的COREX冷煤气成分预测方法 建模过程中首先根据料单中各种原料的单耗量，利用熵权模糊C均值聚类的方法将料单聚类成若干种料单类别，然后针对不 同的料单类别，利用偏最小二乘法分别建立冷煤气成分预测模型.对宝钢COREX一1“炉实际生产数据验证结果表明：该方法 可以有效地建立COREX冷煤气成分预测模型，具有较好的预测精度. 关键词熔炼：铁矿石还原：煤气：预测：模糊聚类：偏最小二乘法 分类号T℉557：0212.4 Two-stage modeling method for predicting COREX cold gas content ZHA0 Chen-xi,ZHANG Qun2》,XU Jin-回，Mim) 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Research Institute,Baoshan Iron Steel Co.Ltd.Shanghai 201900,China Corresponding author E-mail:jwxu@ustb.edu.cn ABSTRACT A method for predicting cold gas content in a melter-gasifier was proposed based on entropy-weighted fuzzy C-means clustering and partial least squares (PLS).In the modeling process,an entropy-weighted fuzzy C-means clustering algorithm is used to get the clustering result of burden calculation reports according to the consumption of raw materials at first.Then,different prediction models are built based on a PLS algorithm for various cluster types.The real field data of cold gas content from Baosteel COREX were used for verification.It is shown that the method can build the prediction model of COREX cold gas content effectively,and has an advantage in prediction accuracy. KEY WORDS smelting:iron ore reduction:gases:prediction:fuzzy clustering:partial least squares COREX熔融还原炼铁技术是一种直接采用块 理，在一些合理的假设条件下，确定变量之间的数学 矿、球团矿和非炼焦煤，附加部分焦炭来生产热铁水 关系，分析其因果关系和演化过程，从而建立系统的 的新工艺，是一项已实现工业生产的熔融还原炼铁 数学模型同.Xu等0利用基于物料平衡和热量平 技术O.COREX工艺污染少、生产的铁水质量能与 衡的分析方法分析了影响COREX燃料消耗的因 高炉铁水相媲美回.2007年11月和2011年3月， 素；Prachethan等的开发了一套基于物料平衡和热 年产150万吨铁水的C0REX-3000-1"炉和2"炉分 量平衡的COREX生产过程分析模型：Barman等 别在宝钢建成出铁. 建立了回旋区的数学模型，并分析了回旋区参数对 近几年，国内外研究工作者对COREX炉生产 COREX过程的影响.然而由于COREX涉及的反应 过程进行了一些研究.常用的建模方法主要有两 过程十分复杂，在实际应用中很难对其机理做出定 种：机理分析法；统计与人工智能分析法.机理建模 性或定量描述.统计与人工智能分析法是指对建模 方法是通过分析和运用一些已知的定律、定理和原 系统采集的大量观测数据，建立某些变量与另一些 理，如物料平衡方程、能量平衡方程和传热传质原 变量间统计相依关系的规律或数学表达式，即建立 收稿日期：201201-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50934007：51004013)：中央高校基本科研业务费专项(FRF-MP-09-009B:FRF-AS-09-008B)第 34 卷 第 10 期 2012 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 10 Oct． 2012 COREX 冷煤气成分预测的二步建模方法 赵晨熙1) 张 群2) 徐金梧1) ! 黎 敏1) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 宝钢股份研究院，上海 201900 !通信作者，E-mail: jwxu@ ustb． edu． cn 摘 要 针对熔融气化炉冷煤气成分含量，提出了基于熵权模糊 C 均值聚类和偏最小二乘的 COREX 冷煤气成分预测方法． 建模过程中首先根据料单中各种原料的单耗量，利用熵权模糊 C 均值聚类的方法将料单聚类成若干种料单类别，然后针对不 同的料单类别，利用偏最小二乘法分别建立冷煤气成分预测模型． 对宝钢 COREX--1# 炉实际生产数据验证结果表明: 该方法 可以有效地建立 COREX 冷煤气成分预测模型，具有较好的预测精度． 关键词 熔炼; 铁矿石还原; 煤气; 预测; 模糊聚类; 偏最小二乘法 分类号 TF557; O212. 4 Two-stage modeling method for predicting COREX cold gas content ZHAO Chen-xi 1) ，ZHANG Qun2) ，XU Jin-wu1) !，LI Min1) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Research Institute，Baoshan Iron ＆ Steel Co． Ltd． ，Shanghai 201900，China !Corresponding author E-mail: jwxu@ ustb． edu． cn ABSTRACT A method for predicting cold gas content in a melter-gasifier was proposed based on entropy-weighted fuzzy C-means clustering and partial least squares ( PLS) ． In the modeling process，an entropy-weighted fuzzy C-means clustering algorithm is used to get the clustering result of burden calculation reports according to the consumption of raw materials at first． Then，different prediction models are built based on a PLS algorithm for various cluster types． The real field data of cold gas content from Baosteel COREX-1# were used for verification． It is shown that the method can build the prediction model of COREX cold gas content effectively，and has an advantage in prediction accuracy． KEY WORDS smelting; iron ore reduction; gases; prediction; fuzzy clustering; partial least squares 收稿日期: 2012--01--13 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50934007; 51004013) ; 中央高校基本科研业务费专项( FRF--MP--09--009B; FRF--AS--09--008B) COREX 熔融还原炼铁技术是一种直接采用块 矿、球团矿和非炼焦煤，附加部分焦炭来生产热铁水 的新工艺，是一项已实现工业生产的熔融还原炼铁 技术［1］． COREX 工艺污染少、生产的铁水质量能与 高炉铁水相媲美［2］． 2007 年 11 月和 2011 年 3 月， 年产 150 万吨铁水的 COREX--3000--1# 炉和 2# 炉分 别在宝钢建成出铁． 近几年，国内外研究工作者对 COREX 炉生产 过程进行了一些研究． 常用的建模方法主要有两 种: 机理分析法; 统计与人工智能分析法． 机理建模 方法是通过分析和运用一些已知的定律、定理和原 理，如物料平衡方程、能量平衡方程和传热传质原 理，在一些合理的假设条件下，确定变量之间的数学 关系，分析其因果关系和演化过程，从而建立系统的 数学模型［3］． Xu 等［4］利用基于物料平衡和热量平 衡的分析方法分析了影响 COREX 燃料消耗的因 素; Prachethan 等［5］开发了一套基于物料平衡和热 量平衡的 COREX 生产过程分析模型; Barman 等［6］ 建立了回旋区的数学模型，并分析了回旋区参数对 COREX 过程的影响． 然而由于 COREX 涉及的反应 过程十分复杂，在实际应用中很难对其机理做出定 性或定量描述． 统计与人工智能分析法是指对建模 系统采集的大量观测数据，建立某些变量与另一些 变量间统计相依关系的规律或数学表达式，即建立 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.011