炼铁制造系统主料资源转换效率的主因素分析模型研究

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炼铁制造系统从本质上看，是主料资源(包括铁矿石、二次含铁资源)在辅料资源(包括焦炭、煤、石灰石、富氧等)的配合下，经过-系列单元过程而生成铁水的输入输出系统。辅料资源的运行特性是主料资源转换过程中资源消耗和环境影响的根源。影响主料资源转换效率的因素很多，诸如：风温、风量、炉顶煤气温度、高烧碱返矿量、矿石品位等。为了更好地描述主料效率与影响因素之间的关系，需要在诸多因素中确定主因素。

炼铁制造系统主料资源转化主因素分析是找出影响高炉生产节能减排和绿色生产1]的环节和要素的基矗-些科研人员采用偏最小二乘回归法建模，通过比较标准回归系数分析对炼铁系统焦比影响的主要因素翻。某大学-些科研人员采用主成分回归和偏最小二乘法两种多变量回归方法研究了影响高炉铁水含硅量的主要运行参数日。某大学-些科研人员通过通径分析，利用最小剩余通径系数确定了焦比主要影响因素朗上述学者分别采用回归分析和通径分析方法对焦比等进行主因素分析，对这些完整、精确、低维的数据处理取得了较好的效果。当数据灰度较大时，灰色关联分析方法有独特优势。-些科研人员应用灰色关联分析法研究了苏州市污染物排放的主导因素 。学者应用灰色关联分析法对金融公司各种金融指标进行权重排名分析，解决股票投资中多准则决策问题 ；科研人员应用灰色关联分析建模，解决模糊多属性决策过程中权重向量的确定 ；Shijie Song应用灰色关联分析找出影响煤矿地区地表最大下沉系数的最关键因素 。炼铁制造系统中部分信息不明确，主料资源转换效率的各影响因素与目标变量间关系表现出灰色”特 。灰色关联分析法能有效判断系统目标变量之间、目标变量与影响因素之间以及各影响因素相互之间的影响程度，能有效地找出影响系统目标变量的主因素。在前期钢铁制造系统辅料资源运行特性研究的基础上，根据炼铁制造系统中的各种参数，确定焦比为炼铁制造系统目标变量，应用灰色关联分析找出目标变量相关影响因素中的主因素。

2主料资源转换效率分析模型研究2.1确定系统目标变量炼铁制造系统主料资源转换效率指铁矿石还原成铁的效率，其中焦比是高炉每冶炼-吨合格生铁所耗用焦炭的吨数(用来稿日期：2012-08-1 1基金项目：国家 自然科学基金(70971102)作者简介：冯朝辉，(1987-)，男，湖北荆州人，硕士研究生，主要研究方向：绿色制造；张 华，(196 )，女，湖北武汉人，博导，教授，主要研究方向：绿色制造第6期 冯朝辉等：炼铁制造系统主料资源转换效率的主因素分析模型研究 255千克表示)或每昼夜的焦炭消耗量(t)/每昼夜的生铁产量(t)」比是高炉生产过程中最重要的技术经济指标之-，是高炉生产效率和能耗的集中体现。故炼铁制造系统主料资源转换效率可用焦比这-指标直接反映。设定焦比为系统目标变量，包括：人炉焦比y ，综合焦比(入炉焦比其他各种燃料折算)y 。

2.2主料资源转换效率的影响因素对高炉生产过程分析，选取3大类参量30个参数作为焦比的影响因素，包括：(1)操作参数-风量、风温、风压、鼓风动能、日用氧量、富氧率、料批、喷煤比(湿)、焦丁比，分别用( 。 。)表示；(2)原料参数-TFe、烧结矿单耗、块矿单耗、进口球单耗、外购球单耗、高烧碱返矿、酸返、返焦、瓦斯灰、灰份、‰ 、 分别用( 。 ：。)表示；(3)状态参数-综合冶炼强度、利用系数、综合负荷、硫负荷、炉渣碱度 、生铁含 Si、生铁含 S、生铁含 Ti、综合 CO ，分别用( )表示。

2.3确定主因素对-个抽象的系统或现象进行分析，首先要选准反映系统行为特征的数据系列，称作系统特征行为序列，记为 l，Y ，Y：，，y ；系统特征行为 y 在序号k上的观测数据为 (南)，kl，2，，n，即l，F( (1)， (2)，， (n))。选准系统行为特征的映射量后，还需进-步明确影响系统行为的有效因素，称作相关因素行为序列，记为 ， ，，x ；系统因素置在序号k上的观测数据为 ；( )，kl，2，，17，，即 产( (1)，xi(2)，，xi(n)o在特定的n维空间中，通过灰色关联算子集D：D li-0，1，，n作用，系统因素集合 与灰色关联算子集D形成灰色关联因子空间( ，D)，研究各因素与系统特征行为之间或各因素之间的关系，确定灰色关联度矩阵 ( )， (i1，2，L，n；jl，2，L，m)，为， 与的灰色关联度。依据灰色关联度矩阵判断出影响系统行为特征的主因素置。综合灰色求解过程如下：(1)求始点零化像 ·O、，fo(1)， (2)，L， (n)) (1)·O o (1)， (2)，L， (n)) (2)式中：D -始点零化算子。

(2)求Is。I， ，I s 。II肛l lI so l-I ㈤l 3)I l IIs，Il∑ (Ji) 1 o(n)I (4) J k-- 2 JI I I I-( (k) ㈩) 1o n) ㈤)l 5)(3)计算灰色绝对关联度llSo II 5I l/llso II I( - ) (6)(4)求 l，。，蜀 的初值像 。

。Dl( (1)， (2)，L， (n)) (7)置 。D (簟(1)， (2)，L，x( )) (8)式中：D广初始化化算子。

(5)求初值像 Yj与 的灰色绝对关联度，初值像的绝对关联度即原像的相对关联度。

/l (9)(6)求灰色综合关联度为： (1- ) (1O)3案例分析以某钢铁公司6#高炉201 1年的生产经营日报表数据为分析样本，在其中选取时间序列k(k35o)组数据为灰色关联度计算的基础数据。目标变量及相关影响因素数据见表1(表中仅列出三组数据)。取0-0.5。

表 1目标变量 y影响因素 -览表Tab.1 Factors Influencing Destination Variable Y X List橐 篓譬 操作参数 类别征向量星 瑟 MP压a 麟熊续表 1目标变量 Y影响因素 -览表Continuing Tab.1 The List of Factors Afectingthe Target Variable Y X3 5466 17o6785-l520375 44l3231393315 44359·19552·l0055。3O.2 12-4 77.2 9.4 ～ 。J，续表 1目标变量 l，影响因素X-览表Continuing Tab.1 The List of Factors Afectingthe Target Variable Yl 1.814605 3.3375l1 3.28 5.43 1.04 0.61 0.0377 0.O6 15.1序列 2 1.82802 3.448444 3.26 609 1.04 O.59 O.033 O.063 15.13 1.853923 3.399822 3.3 6.14 1.O6 O.58 0.0337 0.062 l4.9灰色综合关联度值的大小直接反应各因素变量s 对系统特征行为变量yi的影响程度。按关联度值大续行排序，排名靠前的因素置影响程度相对重要些，即为主因素。计算结果，如表2所示。(因篇幅原因，仅列出综合灰色关联度值排名前 1O的因素)。

州粥栅啷鲫魄9 7 4 ： 序 列256 机械设计与制造No.6June.2013表 2灰色关联度计算结果及排序-览表Tab.2 Grey Correlation Degree & Sorting Results List从运算结果可以看出：(1)分别考察影响人炉焦比y.、综合焦比Y 的主因素。人炉焦比l， ：取排名前 10的影响因素，X。 >。I 1> l 4 l3.Xg>X7>X27>X10即高烧碱返矿、烧结矿单耗、风量、酸返、鼓风动能、进口球单耗、焦丁比、料批、生铁含、TFe为其10大主因素；其中高烧碱返矿关联度最高，为0.9109，成为影响人炉焦比的最关键因素。综合焦比l， ：取排名前 10的影响因素，l l>Xl5 7 9 4 l6 l0 l3 3即风量、烧结矿单耗、高烧碱返矿、料批、焦丁比、鼓风动能 、酸返、TFe、进口球单耗、风压为其 l0大主因素；其中风量关联度最高，为0.9605，成为影响综合焦比的最关键因素。(2)各类参数(操作参数、原料参数、状态参数)对系统特征行为(即目标变量)l， ( 1，2)的影响力大猩用平均影响强度E (nl，2，3)(某类参数的灰色综合关联度之和求平， 三 均)表示， 上 (nl，2，3)。操作参数、原料参数、状态参数对人炉焦比y 、综合焦比y：的平均影响强度En，如表3所示。

表 3平均影响强度E -览表Tab.3 Average Impacted Strength List总体上看关于入炉焦比l，.、综合焦比l，：都有，E。>E2>E3，即操作参数对焦比影响程度最大、原料参数次之、状态参数最弱。

4结束语影响炼铁过程中主料资源转换效率的因素很多，各影响因素与目标变量以及各因素之间的关系模糊复杂，要建立影响因素与目标变量间的数学关系，实现目标变量优化，需找出了关键的因素 (即主因素)。提出-种基于灰色关联分析的主因素分析模型。实例证明，该分析模型在寻找系统主因素上科学有效。在选出影响焦比的主因素后，后续将对这些主因素与主料资源转换效率的数学关系进行深层次的研究，建立炼铁制造系统的输入、输出、排放、循环之间的动态数学关系。