烧结生产实时优化系统技术要求（征求意见稿）

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烧结生产实时优化系统技术要求

1范围

本文件规定了烧结生产实时优化系统的基本要求、系统架构、设备要求、数据要求、实时分析、生

产实时优化。

本文件适用于钢铁企业现有铁矿石烧结产线的智能化改造、新建烧结的生产实时优化系统设计和建

设。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T38637.2-2020物联网感知控制设备接入第2部分：数据管理要求

GB50408烧结厂设计规范

3术语和定义

GB50408界定的术语和定义适用于本文件。

3.1

混匀矿blendedores

理化性能不一的原料经预配料、堆积混匀后达到预计理化性能的原料。

[来源：GB50408,2.0.5]

3.2

混合料mixture

含铁原料、熔剂、固体燃料和添加水经过混合并制粒后的产品。

[来源：GB50408,2.0.10]

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

DCS：分布式控制系统（DistributedControlSystem）

ERP：企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning）

LIMS：实验室信息管理系统（LaboratoryInformationManagementSystem）

MES：制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)

PLC：可编程逻辑控制（ProgrammableLogicController）

5基本要求

5.1烧结厂的设计、建设应满足GB50408的要求。

5.2烧结生产实时优化系统应具备与企业内部其他系统进行数据通讯的能力。其他系统包括但不限于

PLC系统、DCS系统、LIMS系统、MES系统和ERP系统。

6系统架构

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烧结生产实时优化系统架构见图1。

注：虚线框的内容不在本文件规定范围内。

图1烧结生产实时优化系统架构图

7设备要求

7.1配料工序

7.1.1料仓宜安装称重传感器。

7.1.2配料皮带秤使用过程中测量相对误差宜不大于0.5%。

7.1.3宜具备混合料成分在线分析设备。

7.2加水-混合-制粒工序

7.2.1二混后应安装在线水分测量仪，测量绝对误差宜不大于0.2%。

7.2.2混匀系统加水阀最小可调流量宜达到0.3t/h。

7.2.3混匀系统加水管道应具备流量仪，精确度宜达到0.1t/h。

7.3布料工序

7.3.1布料活页门宜采用PLC控制系统，并实现远程单机控制。

7.3.2应安装料层厚度测量装置，测量位置宜对应布料闸门位置。

7.4点火工序

7.4.1点火煤气、空气调节阀应采用PLC控制系统，应远程单机控制。

7.4.2应安装以下测量仪器或仪表：

——点火煤气的流量、压力测量仪；

——点火助燃空气的流量、压力、温度测量仪；

——点火炉膛温度仪表。

7.5抽风烧结工序

7.5.1风箱热电偶测温点位置宜对应布料闸门位置，多排布置。

7.5.2主抽风机采用PLC控制系统，应远程单机控制。

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7.5.3应在烧结机尾安装热成像装置。

7.6冷却工序

7.6.1应安装烧结矿冷却前温度和冷却后温度实时检测设备。

7.6.2应安装紧急打水冷却设备且应远程单机控制。

7.6.3冷却风机应具备远程单机控制能力。

7.6.4宜在环冷机破碎大溜槽下部、环冷机中间部位、机尾溜槽部位安装烧结矿温度实时检测设备。

7.6.5应在环冷机出矿机尾溜槽处或成品皮带上方安装自动喷淋装置。自动喷淋装置应远程单机控制。

7.7整粒工序

7.7.1宜在成品烧结矿皮带上方安装烧结矿成分在线分析设备。

7.7.2宜安装烧结矿粒度检测设备。

8数据要求

8.1数据采集

8.1.1感知数据

8.1.1.1感知数据包括质量数据、生产数据、设备数据。感知数据的采集要求应符合GB/T38637.2-2020

中5.2的要求。

8.1.1.2质量数据宜实时更新，采集对象应包括但不限于表1中的内容。

8.1.1.3质量数据宜采集混匀矿成分化验值、混合料成分化验值、原燃料价格、原燃料本日库存数据等，

具体要求如下：

——混匀矿成分化验值：检测项包括TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、FeO、水分、烧损，两

次检测时间隔宜小于8h；

——混合料成分化验值：检测项包括TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、FeO、水分、烧损，两次

检测时间隔宜小于8h。

8.1.1.4生产数据、设备数据的采集频率应为秒级，采集对象宜包括但不限于表1中的内容。

8.1.2控制数据

控制数据的采集应符合GB/T38637.2-2020中5.3的要求，采集对象应包括但不限于表2中的内容。

8.2数据处理

应符合GB/T38637.2-2020中6.1的要求。

8.3数据存储

8.3.1数据存储应符合GB/T38637.2-2020中6.2的要求。

8.3.2对于采集频率为秒级的数据，存储时间应不低于3d。

8.3.3计算并存储秒级数据的1min均值。均值数据的存储时间应不低于3个月。

8.3.4模型相关的数据应根据模型需求确定存储时间。

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表1感知数据采集要求

数据类型采集对象

——所有配矿用原料成分：检测项包括TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、FeO、水分、烧损，宜含

MnO、S、P、Ni、Cr、K2O、Na2O、Ti、Zn、Cu、Pb、As；原料来源发生变化时，应立即检

测一次并记录取样时间和取样位置；厂内原料还应化验固定碳含量；

——所有配矿用熔剂成分：检测项包括SiO2、CaO、MgO、水分，宜含Al2O3、MnO、烧损、S、P、

Ni、Cr、K2O、Na2O、Ti、Zn、Cu、Pb、As；原料来源发生变化时，应立即检测一次并记录

取样时间和取样位置；

质量数据——所有配矿用燃料：检测项包括灰分、挥发分、固定碳、硫、水分；灰分成分检测值应包含SiO2、

CaO、MgO、Al2O3，宜含TFe、MnO、S、P、Ni、Cr、K2O、Na2O、Ti、Zn、Cu、Pb、As；

原料来源发生变化时，应立即检测一次并记录取样时间和取样位置；

——烧结矿成分化验值：检测项包括TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、FeO，宜含MnO、S、P、Ni、

Cr、K2O、Na2O、Ti、Zn、Cu、Pb、As；两次检测时间隔宜小于1h；

——烧结矿物理性能和冶金性能：宜包含转鼓强度、粒度、还原性、低温还原粉化性能、荷重还原

软化性能、熔滴性能。

——配料仓仓重，

——配料秤下料量检测值，

——进一混皮带秤检测值和累积值，

——混合料水分检测值，

——混合料仓仓重，

——混匀系统加水阀开度检测值，

——混匀系统加水管流量检测值，

——点火煤气、空气调节阀开度检测值，

生产数据

——点火煤气、空气流量检测值，

——点火炉膛温度，

——布料闸门开度检测值，

——料层厚度检测值，

——风箱负压检测、风箱开度、风箱废气温度，

——大烟道废气温度、大烟道压力、大烟道废气流量，

——环冷后烧结矿温度，

——成品皮带秤检测值。

——烧结机频率，

——主抽风机频率，

——圆辊给料机频率，

——环冷机频率，

设备数据

——环冷风机频率，

——机尾热成像采集的温度、图片、视频，

——各工序皮带运转信号，

——各工序设备启停信号。

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表2控制数据采集要求

数据类型采集对象

——配料秤下料量设定值，

——混匀系统加水阀开度设定值，

——布料闸门开度设定值，

——点火煤气、空气调节阀开度设定值，

——风箱开度设定值，

控制数据

——烧结机频率设定值，

——主抽风机频率设定值，

——主抽风门开度设定值，

——环冷机频率设定值，

——环冷出矿皮带喷淋启动信号。

9实时分析

9.1原燃料质量分析

9.1.1应能够对原燃料质量数据进行查询。

9.1.2宜构建基于原燃料成分和质量指标的质量评价算法。算法应根据铁矿粉、烧结燃料、烧结熔剂、

其他铁料的分类，对化验值偏离标准值的程度进行评价。

9.1.3宜自动识别当前烧结用原燃料名称，并实时更新原燃料检化验数据。根据烧结生产对每种原燃料

检化验指标的不同要求，构建波动报警标准。在波动超限时，应具备报警功能。

9.1.4宜根据烧结工序间时序关系，追踪原燃料与烧结矿成品之间的对应关系，经过算法学习原料条件

与烧结矿质量间关系。当影响烧结矿质量的原料条件发生变化时应立即报警。

9.2烧结状态分析

9.2.1关键参数监视

9.2.1.1应对关键参数进行实时监视，关键参数包括但不限于数据采集要求中的感知数据。

9.2.1.2当关键参数超出合理范围时应立即报警。应能对关键参数的报警范围进行设定。

9.2.2料层透气性分析

9.2.2.1应根据主抽总风量、抽风面积、大烟道压力、布料厚度实时计算烧结料层热态透气性值。

9.2.2.2宜采用相关性分析算法对影响料层透气性的因素与透气性值进行分析，得出各因素与透气性值

之间的相关性数值大小。影响因素包括但不限于：料层厚度、主抽负压、混合料粒度、燃料粒度、混合

料水分、点火负压、点火温度等。

9.2.3机尾状态分析

9.2.3.1应与安装在烧结机尾部的热成像摄像头进行实时数据通讯。

9.2.3.2应能够在机尾状态分析模型界面准确清晰显示烧结机机尾料层断面图像。

9.2.3.3应能够通过图像识别算法，在机尾图像中提取烧结料层的红火层厚度、平均温度等数据。应采

用机器学习算法构建红火层厚度、机尾温度、配矿原料、点火温度、料层厚度、烧结机速、主抽风机频

率、烟道负压等参数与烧结矿FeO化验值间对应关系，分析FeO变化趋势，提出改进建议。

9.2.3.4应能够通过图像识别算法，分别计算红火层厚度、机尾温度在规定时间内的标准差，以标准差

大小判定烧结生产稳定性。

9.2.3.5应能够通过图像识别算法，分区域计算红火层厚度、机尾温度，并以此判定各区域间的烧结均

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匀性。

9.2.4烧结终点分析

9.2.4.1应采用最小二乘法或其他曲线拟合算法，根据风箱废气温度进行曲线拟合，计算烧结烟气温度

上升点温度、上升点位置、烧结终点温度、烧结终点位置。

9.2.4.2宜以三维图形展示当前烧结终点位置和温度变化。

9.3烧结矿质量分析

9.3.1应能够对烧结矿成分、烧结矿物理性能和冶金性能数据进行查询。

9.3.2应具备烧结矿质量优劣判定功能，并可以人工设定参考指标。参考指标包括但不限于：R合格率、

R一级品率、TFe合格率、FeO合格率、FeO一级品率、MgO合格率、MgO一级品率、CaO合格率、

成品率、转鼓合格率。

9.3.3宜具备烧结矿质量指标图形化展示功能。

9.3.4宜根据烧结工序间时序关系，追溯烧结矿成品质量对应的配料、混合、布料、点火、烧结各工序

生产数据。

9.4能源消耗分析

9.4.1应统计烧结日能源消耗量及吨烧能源消耗，包括但不限于：固体燃耗、电耗、煤气消耗等。

9.4.2应以图形形式展示各消耗项的日变化趋势。

9.4.3宜具备能源消耗对标功能，自动计算本月、本年的吨烧能源消耗最优指标，并计算本日指标与最

优指标差距。

10生产实时优化

10.1逻辑架构

烧结生产实时优化与实时分析间的逻辑关系见图2。

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图2烧结生产实时优化与实时分析逻辑架构图

10.2智能配矿

10.2.1智能配矿应满足如下目标。可以满足单一目标，也可以同时满足多个目标。

a)吨铁成本最低；

b)日铁前利润最高；

c)烧结矿吨矿成本最低；

d)烧结矿品位价最低；

e)高炉综合入炉品位最高。

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10.2.2应能根据原料需求、烧结需求、高炉需求对混匀矿配比、烧结原料配比进行优化。三种需求包

括的内容如下：

a)原料需求：包括原料可采购量、原料价格等市场需求，以及原料库存需求；

b)烧结需求：包括但不限于烧结矿成分范围、铁矿粉烧结基础特性范围、单铁矿粉使用比例范

围；

c)高炉需求：包括但不限于炉渣成分范围、铁水有害元素最高值、有害元素入炉负荷最高值。

10.2.3配矿计算的关键参数应能够人工修改，包括：

a)生产参数：焦比、煤比、焦丁比；

b)经验参数：生铁Fe含量、生铁Si含量、铁素损耗比例、返矿率；

c)其他参数：混匀配料、烧结配料、高炉配料的原料种类。

10.2.4配矿方案应满足以下要求：

a)应满足原料市场需求、原料库存需求、烧结需求、高炉需求设置的范围；

b)应给出混匀矿配比构成、混合料配比构成、高炉入炉料配比构成；

c)应能够对烧结矿成分、烧结矿成本、高炉渣相主要成分、铁水有害元素含量、有害元素入炉

负荷、铁水成本等参数进行预测；

d)应能够对料单进行人工保存、查询、对比、修改。

10.3配料优化

10.3.1应能够根据烧结生产对碱度、MgO、FeO的需求，结合原燃料质量分析、优化配矿制定的计划

料单，对下料量调整值进行优化。

10.3.2应能设定优化目标，包括碱度、MgO、FeO。

10.3.3应构建基于原燃料成分和下料量的烧结矿理论成分计算模型，并结合烧结矿质量分析模型中烧

结矿质量追溯的配料数据，建立理论成分与实际化验值间对应关系，采用机器学习算法构建烧结矿成分

预测模型。

10.3.4应能够实时优化烧结熔剂配比，减少烧结矿碱度波动。优化方式包括前馈计算和反馈计算两种

方式，具体要求如下：

a)前馈计算：根据原燃料成分和烧结料单比例，通过烧结矿成分预测模型，结合碱度目标和

MgO目标，给出烧结熔剂的最优下料量调整值；

b)反馈计算：根据烧结矿、混合料的碱度（或MgO），计算碱度与目标值偏差、MgO与目标值

偏差，结合烧结矿成分预测模型，给出烧结熔剂的下料量修正值。

10.3.5应能够实时优化烧结燃料配比，减少烧结矿FeO波动。优化方式包括前馈计算和反馈计算两种

方式，具体要求如下：

a)前馈计算：根据返矿配比值、混合料综合烧损、混合料FeO、混合料含碳发生变化，结合FeO

目标和烧结矿成分预测模型，给出烧结燃料最优下料量调整值；

b)反馈计算：根据烧结矿FeO，计算FeO与目标值偏差，结合烧结矿成分预测模型给出烧结燃

料下料量修正值。

10.3.6用户应能够在系统界面选择手动模式或自动模式对下料量进行实时调整。手动模式由用户确认

后下发给配料执行系统执行；自动模式由系统直接下发给配料执行系统执行。

10.4配水优化

10.4.1应构建基于原燃料水分、下料量、加水量的混合料理论水分计算模型，并建立理论水分与实际

水分间对应关系，采用机器学习算法构建混合料水分预测模型。

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10.4.2应具备实时优化加水流量功能，减少混合料水分波动。优化方式包括前馈计算和反馈计算两种

方式，具体要求如下：

a)前馈计算：根据原燃料成分、比例变化，一混或二混加水流量、总料量变化，结合混合料水

分目标和混合料水分预测模型，给出最优加水流量；

b)反馈计算：根据混合料水分含量反馈值，计算水分与目标值偏差，结合混合料水分预测模型

给出加水流量修正值。

10.4.3用户应能够在系统界面选择手动模式或自动模式对加水量进行实时调整。手动模式由用户确认

后下发给流量调节阀执行；自动模式由系统直接下发给流量调节阀执行。

10.4.4应能人工设定混合料含水量的目标值。

10.5布料优化

10.5.1应根据料层横向各区域料层厚度变化、烧结终点位置等反馈数据，结合烧结机速、圆辊转速，

建立学习模型，预测各区域料层厚度、烧结终点与烧结均匀性的关系。通过预测模型得到烧结均匀需要

的各区域料层厚度值，实时修正各闸门开度使布料厚度达到要求。

10.5.2用户应能够在系统界面选择手动模式和自动模式对布料闸门开度进行调整。手动模式由用户确

认后下发给布料闸门开度控制设备执行；自动模式由系统直接下发给布料闸门开度控制设备执行。

10.5.3应具备堵料时自动排大块功能。

10.5.4应具备根据横向料层厚度值差异，判定布料均匀性功能。

10.5.5宜具备闸门开度、布料厚度历史查询功能。

10.6点火优化

10.6.1应根据炉膛实际温度反馈值，实时计算优化后的煤气和助燃空气的阀位或流量。

10.6.2用户应能在系统界面选择手动模式或自动模式对煤气和助燃空气的最优阀位或流量进行调整。

手动模式由用户确认后下发给煤气调节阀和助燃空气调节阀执行；自动模式由系统直接下发给上述设备

执行。

10.6.3应能人工设定点火炉膛温度优化目标值。

10.7抽风烧结优化

10.7.1应能优化烧结机速或主抽频率，保证合理的烧结终点位置。优化方式包括前馈计算和反馈计算

两种方式，具体要求如下：

a)前馈计