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废杂铜冶炼炉高温测量方法研究

作　者: 朱凌平
导　师: 戴华平
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 废杂铜冶炼高温测量炉墙模型有限元法传感器最优定位反问题不适定直线法
分类号: TF811
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 59次
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内容摘要

铜具有许多优良特性,广泛应用于生产和生活中。废杂铜是一种重要的铜资源。与传统矿铜相比,废杂铜来源广泛,冶炼能耗低,但冶炼工艺相对复杂。竖炉冶炼是一种新型节能的半间歇废杂铜冶炼工艺,自动控制水平要求较高,炉内温度是其冶炼过程控制与诊断的基础,但是炉温的连续测量存在诸多困难。为此,本文对废杂铜冶炼炉的高温测量进行了深入研究,提出了采用热电偶测量炉墙内温度以间接计算炉墙内壁温度的解决方案。文中主要研究工作包括：1、在深入分析了废杂铜冶炼炉温度测量与炉温控制相关要求的基础上,研究了炉墙物理结构,建立炉墙多层非线性瞬态热传导模型。引入有限元仿真技术,求解炉墙内稳态温度场分布并分析了其特性,验证炉墙热传导模型的有效性。2、提出了炉墙测温综合最优定位指标。废杂铜冶炼炉内热电偶测温位置直接影响热电偶性能和炉温辨识精度。在研究了优化试验设计理论以及热电偶测温特性的基础上,提出了该最优定位指标。结合COMSOL有限元仿真工具,设计了求解流程,并使用该指标判定了废渣铜冶炼炉墙内的最优测温位置。3、求解了热传导反问题以计算炉墙内壁温度。分析了热传导反问题的不适定特性,根据热电偶测温位置将炉墙求解域划分为正区域与反区域,引入基于最小方差的局部正交Gram多项式法对热电偶测温信号进行平滑滤波,运用有限元法求解正区域内边界热通量,利用直线法高效计算炉墙内壁温度,实现了利用热电偶间接测量炉墙内壁温度。炉墙测温仿真实验结果验证了本方法的有效性,克服了热传导反问题的不适定性。最后,本文提出了若干进一步的研究方向。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-29
  1.1 铜冶炼工艺以及现状  11-17
    1.1.1 铜冶炼的生产方法  13-14
    1.1.2 铜火法熔炼工艺  14-17
  1.2 废杂铜的利用  17-21
    1.2.1 废杂铜冶炼工艺  18-21
    1.2.2 废杂铜冶炼控制系统  21
  1.3 高温测量方法  21-26
    1.3.1 接触式测温法  23-24
    1.3.2 非接触式测温法  24-26
  1.4 立题依据  26-27
  1.5 本文主要内容  27-29
第二章废杂铜冶炼炉墙热传导模型  29-41
  2.1 引言  29
  2.2 废杂铜冶炼炉温度测量与控制  29-32
  2.3 炉墙热传导模型  32-35
    2.3.1 炉墙物理结构  32-33
    2.3.2 炉墙热传导数学模型  33-35
  2.4 炉墙温度场有限元仿真  35-39
    2.4.1 有限元法介绍  35-36
    2.4.2 COMSOL Multiphysics有限元分析软件  36-37
    2.4.3 炉墙稳态温度场仿真实例  37-39
  2.5 本章小结  39-41
第三章废杂铜冶炼炉最优测温点研究  41-57
  3.1 引言  41-42
  3.2 废杂铜冶炼炉内壁温度测量问题描述  42-43
  3.3 炉墙温度测量最优点定位理论  43-49
    3.3.1 炉墙测温优化设计准则  43-46
    3.3.2 热电偶测温性能  46-48
    3.3.3 炉墙测温综合最优定位指标  48-49
  3.4 废杂铜冶炼炉墙内的传感器优化配置  49-56
    3.4.1 炉墙内最优测温位置判定流程  49-50
    3.4.2 炉墙内最优测温位置判定实例  50-53
    3.4.3 最优测温位置判定中存在的难点  53-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章废杂铜冶炼炉墙热传导反问题  57-73
  4.1 引言  57
  4.2 热传导反问题  57-61
    4.2.1 热传导正问题与反问题  58-59
    4.2.2 热传导反问题的不适定性  59
    4.2.3 热传导反问题常用解法  59-61
  4.3 炉墙热传导反问题的求解  61-71
    4.3.1 直线法  62-63
    4.3.2 热电偶测温值的平滑滤波  63-65
    4.3.3 炉墙热传导反问题的求解过程  65-66
    4.3.4 炉墙内壁温度求解实例  66-71
  4.4 本章小结  71-73
第五章总结与展望  73-75
  5.1 工作总结  73-74
  5.2 研究展望  74-75
参考文献  75-81
作者简历以及硕士期间科研成果  81

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