高炉冶炼过程模型与计算机应用2.docx

高炉冶炼过程模型与计算机应用 一.过程模型与计算机在高炉冶炼过程中的重要性用于炼钢和机械制造等行业的生铁绝大多数是由高炉生产出来的。高炉冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格生铁。要求一最小的投入获得最大的产出，即做到优质，高炉，低耗长寿。高炉是一个复杂的气固相流反应器。为了理解，控制和改进高炉炼铁过程，更多的努力被用于开发数学模型。高炉数学模型的出发点是把高炉过程和热风炉状态以工艺或控制理论描述算出操作量已进行在线控制或操作指导。建模在20世纪40年代就已开始，例如苏联在1942年在亚速钢厂高炉用模拟式解算装置在线计算热能指数。但要使数学模型在一定精度并能应用，就需要做大量复杂运算，故直到数学式计算机出现才能达到实用化。为了建立高炉过程的智能控制化控制系统，需要在各个子工序各个优化环节上开发不同类型的数学模型。如：炉况预报模型和布料控制模型、热风炉数学模型、多目标系统优化模型、变频统计与样本空间模型、集合优选模型、多元系统模型时间序列模型、回归模型滤波模型、热平衡与物料平衡计算模型、配料优化模型以及延伸到生产过程的管理与成本分析模型等。只有切合实际综合应用不同类型的数学方法，才能逐层建立起符合生产实际的过程优化控制。近年来冶金学知识体系和结构，随着冶金技术的发展和相关学科的进步发生了革命性的变化。计算机技术的发展和在冶金过程中的广泛应用，使冶金学理论和工艺的研究方法冶金生产及控制技术发生了重大变革。由传统的冶金学和传统的冶金工艺学发展和理论研究的需要。因此，诸如对微观或者宏观过程的认识、单元过程或现象的定量分析、反应过程的数学物理模拟、反应和生产速率的预测、反应器的仿真研究和设计、人工智能技术的应用以及反应器运行和整体生产过程的控制等，计算机的应用起着推动冶金工业生产技术不断进步的重要作用。二.过程模型与计算机在高炉冶炼中的主要功能1.计算机在高炉冶炼中的功能高炉冶炼过程是一系列复杂的物质化学过程的总和。有炉料的发挥与分解，铁氧化物的还原，生铁与炉渣的形成，燃料燃烧，热交换和炉料与煤气运动等，这些过程不是单独进行的，而是互相制约下数个过程同时进行的，从控制论的角度看，高炉过程是一种时间常数大的非线性系统。这就决定了高炉过程计算机系统必须具有长期，中期和短期3个水平的控制功能。高炉过程计算机负责冶炼的全过程管理，主要功能包括过程监视，系统控制，数据处理，设备管理及数学模型运算等，主要作用是向操作指导，判断信息，管理信息和作业信息，从而减轻操作人员的劳动强度。高炉计算机首先对原料，燃料-进行作业数据处理，对原燃料，燃料装入数据处理，为了了解大型高炉炉璧和炉底各部分的侵蚀情况，就要对高炉炉体进行温度监视，同样由于热风炉炉壳各部分周期性工作，炉壳温度也周期性变化，容易发生炉壳铁皮变形与龟裂，为此要建立对炉壳温度周期巡回栓测，当各点温度超过设定值时，自动打印出越限信息。计算接受有关渣，铁数据，同时对高炉和艺参数的处理。高炉计算机还有热风炉然炉燃烧控制，技术计算，数据处理，数据显示，通信等功能。高炉是一个复杂的气固相流反应器。为了理解，控制和设进高炉炼过程，更多的努力被用与开发数学模型。高炉数学模型的出发点是把高炉过程和热风和热风炉状态以工艺或控制理论描述，算出操作，算出操作一进行在线控制或操作指导。2.过程模型在高炉冶炼中的功能热风炉数学模型是针对热用高炉煤气或BFG与转炉煤气LDG混合的煤气BFGM和焦炉煤气以及助然空气的三孔燃烧器的热风炉。模型思想是；通过过程计算机对热风炉进行燃烧管理和设备管理。前者是根据存储下次送风所需的恰当热量计算燃烧过程所需的燃料流量和空气流量。后者是从热风炉设备安全管理的角度出发需要管理热风炉最高温度部分，也就是筑炉结构最困难出的供顶温度控制和炉篦子的温度控制。加深对过程的全面认识和理解指导和控制高炉优质高效运行不必通过试验只在计算机上即可预测和导出最优方案三.过程模型与计算机控制由于合理配料降低成本的主要途径，人工计算机不反费时，且当操作改变时，要很快和合理改变配料是困难的，而用线性规划和电子计算机则划和电子计算机则可容易地获得最佳的陈本和最低的原料配比。此外常用的高炉数学模型还有高炉反应动力学模型，高炉热状态模型，无料中高炉布料模型个高炉操作预测模型。四.人工智能控制由于高炉过程的复杂性，许多现象反反利用转统的数学模型进行短期控制是不够的，因为数学模型还不能处理过程现象中的模糊信息，而高炉过程中大量存在这种模糊信息，通常操作者是凭经验来处理这些模糊信息的，因为人具有智能，可以对这些模糊信息进行推理解判断，从而还有效的控制高炉，通常应用于人工智能信息处理系统有；专家系统，GO-stop高炉炉况监控于预报系统，炉热检测和控制专家系统，炉料下降异常预报和控制等。人工智能应用范围很广，包括智能信息处理系统（含模糊控制、专家系统和神经元网络等）、智能机器人、自然语言识别等，但在高炉中主要是应用智能信息处理系统。1. 专家系统人工智能技术是模拟人类的思维方式和可观的世界进行认识和改造的一门先进的科学。人工智能的一个重要而且最成功的分支称为专家系统。专家系统并不神秘，它不过是利用某一特定领域人类专家的知识，模拟人类的推理方式，具有决策制定能力的复杂计算机程序。典型的专家系统包括大量规则的知识库和推理机组成。有些专家系统还包括帮助建立知识库、向用户解释推理过程、更新知识库等方面的子系统。专家系统开发的基本问题：开发一个实用的专家系统，需要根据所需解决的问题和知识的表达方式、推理方式、人工智能语言等做出正确的选择，还要解决和现有计算机系统的联网通讯及人-机接口的设计问题。（1） 知识的表达方式 好的知识表达方式应具备以下特点：a 有表达某个专门领域所需要的知识能力，并保证库中的知识是相容的；b 具有从已知知识推导新知识的能力，容易建立表达新知识所需要的新结构；c 便于获取新的知识，最简单的情况是能够由人将知识直接插入到知识库中；d 便于将启发性知识附加到知识结构中去，以便把推理集中到最有希望的方向上。（2） 推理方式 基本的推理方式有两大类：a 前向推理即从子目标或前提条件出发朝向主要目标推理的工作方式；b 后向推理 在问题的求解过程中首先做出几种假设，然后根据其中的一种假设进行推理，如果结果不能接受，则退回出发点，对另一种假设进行推理。专家系统包括解决的问题、知识表达方式、推理方式、人工智能语言、联网方式和人-机接口（数据采集、处理）。开发和应用高炉专家系统的主要目的是实行对高炉的短期控制，即早期发现炉况恶化，尽快做出相应处理，使高炉稳定操作。高炉炉况异常，出铁出渣不良和炉凉等重大异常炉况的诊断与处理；炉热水平的监测、预报和控制崩料、管道、难行和悬料等炉料下降异常的预报和控制。2. GO-STOP高炉炉况监控与预报系统3. 炉热监测和控制专家系统炉热监测和控制专家系统的决策过程由当前炉热水平判断、炉热变化趋势和措施决策3个阶段所组成。a 当前炉热水平的判断 当前炉热水平判断所采取的指数一般是铁水温度，但应该注意，铁水的温度实测值受到许多因素的影响：测温地点和测量时间是否两个铁口同时出铁是否长时间休风后的首次出铁是否两个铁口同时重叠出铁b 炉热变化趋势预报c 调整炉热的措施决策决策调整炉热的过程一般分为两个阶段，第一是根据当前炉热水平和炉热变化趋势确定初步措施；第二是根据以往已经采取的措施来决定最终的措施。4. 炉料下降异常预报和控制炉料下降异常包括崩料、管道、难行和悬料等。炉料下降异常的预报及控制主要是针对崩料进行的，崩料的预报包括崩料的严重程度和发生的可能性大小两方面，推理过程分为以下三步：a 对各个诊断项目，例如炉热状态.透气性等指数，单独进行评价并提出相应的操作措施;b 综合考虑不正常炉况的严重程度和过去已经采取的措施，对第一步确定的各个操作措施项目及调整量重