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1、计算机在冶金中应用,高炉过程计算机控制-1,1、高炉冶炼过程主要设备及工艺,1）高炉本体 高炉本体包括炉基、炉壳、炉衬、冷却设备、炉顶装料设备等。高炉的内部空间叫炉型，从上到下分为五段，即炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。整个冶炼过程是在高炉内完成的。,2）上料系统 上料系统包括储矿槽、招下漏斗、槽下筛分、称量和运料设备料车斜桥向炉项供料设备。其任务是将高炉所需原燃料通过上料设备装入高炉内。,3）送风系统 送风系统包括鼓风机、热风炉、冷风管道、热风管道、热风围管等。其任务是将风机送来的冷风经热风炉预热以后送进高炉。,4）煤气净化系统 煤气净化系统包括煤气导出管、上升管、下降管、重力防尘器、洗涤塔、
2、文氏管、脱水器及高压阀组等，也有的高炉用布袋除尘器进行干法除尘。其任务是将高炉冶炼所产生的荒煤气进行净化处理，以获得合格的气体燃料。,主要设备,5）渣铁处理系统 渣铁处理系统包括出铁场、炉前设备、渣铁运输设备、水力冲渣设备等。其任务是将炉内放出的渣、铁，按要求进行处理。,6）喷吹燃科系统 喷吹燃料系统包括喷吹物的制备、运输和喷入设备等。其任务是将按一定要求准备好的燃料喷人炉内。,高炉冶炼过程是一系列复杂的物理化学过程的总和。有炉料的挥发与分解，铁氧化物和其他物质的还原，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，而是在相互制约下数个过程同时进行的。基本过程是燃料
3、在炉缸风口前燃烧形成高温还原煤气，煤气不停地向上运动，与不断下降的炉料相互作用，其温度、数量和化学成分逐渐发生变化，最后从炉顶退出炉外。炉料在不断下降过程中，由于受到高温还原煤气的加热和化学作用，其物理形态和化学成分逐渐发生变化，最后在炉缸里形成液态渣铁，从渣铁口排出炉外。,工艺过程,2、高炉过程控制的基本思想 1）长期控制 生产成本、利用系数、品种、数量、燃料比、质量、原材料供应等进行控制生产计划 2）中期控制 核查炉热水平，控制软熔带，对崩料、悬料等异常炉况进行预报和控制 3）短期控制 跟踪高炉过程的动态变化，采取必要的调剂手段，保证高炉的稳定顺行和生铁的质量,3、高炉过程控制概念,市场需
4、求 原材料供应状况与价格,知识结构、管理 冶金学理论 数学模型 操作经验,操作制度和调剂手段,高炉,炉况判断 人类专家智能 数学模型 人工智能,数学解释 数学模型 指数化技术,数据处理,工长观察,仪表分析,传感器数据,公司数据系统,生产管理,过程控制系统,科研,控制室,基础自动化系统,检测和控制系统,高炉过程,三级式高炉 控制系统,功能： （1）数据记录 （2）数据直接控制 （3）顺序控制 （4）在线操作指导 （5）离线操作指导 （6）炼铁生产管理,高炉本体温度 冷风流量 热风压力 炉顶压力 炉顶温度 热风温度 东西料线 矿石和焦炭批重,数模 转换,热风（10001200 煤粉,炉渣（1450
5、 1500 ） （CaO、SiO2 、Al2O3）,生铁（14001450） Fe、C、Si.,矿石,熔剂,煤气,焦碳,料 线,高温区物料质 量转移的过程,煤气,4、高炉过程控制的发展概况与效益 1）概况与现状 （1）早期：数据处理、报表制作 （2）70年代 一维数模 （3）80年代 二维数模 （4）90年代 人工智能技术、专家系统 （5）现状 2）效益 （1）生动的画面、操作结果的实时分析； （2）熔融带和过程态特征分析计算 （3）对最好的专家经验进行记忆 （4）改善管理人员的劳动强度与环境 结果：炉况稳定、煤气的热能利用改善、利用系数提高、 燃料比降低、铁水质量改善、高炉寿命延长和生铁成本
6、降低。,5、 过程计算机功能,（ 3）CRT输入处理 主要有原燃料分析值，烧结矿和焦炭品质数据，各矿焦槽库存量和原燃料牌号及其代码等输入处理。,1） 原、燃料作业数据处理,（1）原、燃料等成分分析数据处理,分析中心计算机 （矿石、烧结矿和球团和 焦炭、石灰石等）成分分析,高炉计算机 按种类、牌号等 接收成分数据、存储、显示,（2）在库量监视处理,当高炉各料槽出料时，用下式进行粉量补正： 补正后的出料量实际称量值X（l一粉矿率100）,按下式计算出料量最新值，存于各槽出料量的时序列文件，并从相应的库存量文件扣除最新出料量，更新库存文件: i槽出料量=（i槽k次出料量 i槽本次出料量）/（现在时刻
7、前n次出料时刻）,2）原、燃料装入数据处理,矿石水分不能自动分析而人工输入实验分析值，而焦炭则用中子水分计测量，每2s采样一次，读四个水分值Wi，依下式计算水分平均值wA： WA= Wi/4 式中 WA最新中子水分计平均值； Wi水分采样值。,SPC设定值=指定湿料补正值+（指定干量值+本次偏差补正值）（1-水分值100）,（ l）原料跟踪,料斗开关,振筛启停,炉料到达 OK点,炉顶各设备开关,料批号称量值,计算机,（2）装料方式监视,（3）称量重量偏差和水分补正,按控制台指定装料方式，检查实际情况是否符合。不一致时报警和打印出错信息,湿料与干料量的关系式如下： 干量称量值=湿量称量值X（1一
8、水分值100）,下次称量偏差补正值=（目标湿出料量一湿称量值） X（l一水分值100）,方法之二：按下式检查各点温度的瞬时值T和班内平均值的温度上升变化率T，当越限时，即打印和报警： TTn-Tn-1 ； T =Tm-Tm-1 式中 n采样时刻； m班号。 此外，将采样得到的温度数据分别建立 10min,1h,8h、每日的平均值和每班、每日、每旬最大值时序列文件，以供CRT显示和编制高炉炉体管理日报。,3高炉炉体和热风炉炉壳温度监视,（1）高炉炉体温度监视,方法之一：是在炉壁各部安袋约 120点热电偶，炉底各部安装约 80点 热电偶，采样周期炉壁各点为5min，炉底为10min，,由于热风炉周
9、期性工作，炉壳温度也周期变化，容易发生炉壳铁皮变形与龟裂，为此在每座热风炉炉壳各部分安装约80点热电偶，按20min采佯周期，巡回检测各点温度并建立炉壳温度瞬时值文件、lh内平均值、最大和最小值文件以及每日平均值文件，当各点温度超过设定值时，自动打印出越限信息。,（2）热风炉炉壳温度监视,4）渣、铁数据处理,包括：接受有关渣、铁数据（从分析中心和原料计算机送来的渣、铁 成分，热电偶测得的温度，铁水车号码、铁道线号、铁水车受铁开始、终了等状态，铁水车皮重、装重、液位等）进行处理，按表5-1的公式计算平均出铁速度，炉内遭、铁存量和液位等，然后显示打印,渣铁,表5-1渣铁数据处理用计算公式,是指一些
10、复合参数的处理，如煤气利用率、透气性指数、阻力指数、风口风速、炉腹煤气量、风口火焰温度、喷吹煤粉浓度、碳量溶解、生铁生成量、十字测温边缘比重和中心比重等，以此了解炉况，作为操作人员参考数据或操作指导。,主要是热风炉燃烧用各煤气、空气流量设定。它按有关所述数学模型，进行有关数据的输入，作一般定周期处理以及特殊处理（如燃烧、送风开始和终了处理，拱顶温度和废气温度越限处理等等），然后设定各煤气流量等值。,5）炉内数据处理,6）热风炉燃烧控制,是输入有关炉内数据，鼓风参数、喷吹参数等，按计算式集进行计算，然后整理成瞬时值、时系列、状态、累积（小时、班、日、旬、月、半年等）数据等文件、形成表格、曲线并送
11、显示和打印系统，供操作员调用。计算有三大类，即炉内数据计算（反应量、热交换、风口区、透气性、沪料跟踪时间等），生产量计算，装入量计算（焦比、矿焦比，生铁成分、渣成分、生铁生成量等），共约 195个计算公式。,把过程的模拟量、脉冲量和数学量进行数据采集和处理，然后制成各种生产报表。数据采集和处理分定周期和非定周期两种，前者是以1min为周期，采入数据后，进行瞬时值处理成、累积处理（10min，lh，5h，1d，1月等）等。瞬时值处理包括仪表故障状态监视、平滑化、热电偶断线检查和输入处理、工程单位数据变换以及超限检出等，并作成累积文件、瞬时值文件、每分钟时系列文件等。后者是由过程中断信号或设定来起
12、动的，并进行和瞬时值类似的处理。 共有12种报表：高炉作业日报和炉体温度管理日报；炉底温度管理日报；装入原料作业表；热凤炉作业表；出铁渣作业表；原燃料分析表；装入计算表；热风炉炉壳铁皮温度管理表；高炉操作数揭表；警报信息表等。,7）技术计算,8）数据处理功能,是把各种过程信息，作业数据，管理设定值，各种技术计算结果作成各种画面，共十类，供工长调用并作为操作指导之用。 第一类，公共画面：包括CRT画面目录，菜单，计算机再起动，数据设定和出铁号码等。 第二类，原料数据处理画面：包括原燃料分析数据，焦炭品质，本班烧结矿品质，一天内烧结矿品质，CPU码与规格数据对应的设定，料槽对应规格码设定，各槽在库
13、量料位，信息接受和信息显示。 第三类，原料装入数据处理画面；包括最新的称量数据，称量值设定，称量偏差补正，水分补正及设定，跟踪，空焦料批等设定，每班装入量等。 第四类，热风炉操作规程等画面：包括热风炉燃烧用流量参数显示及设定，热风炉燃烧用流量及温度显示，热风炉焦炉煤气成分等显示，热风炉废气取样及成分等。 第五类，渣铁数据处理画面：包括出渣出铁时系列数据、设定、取消与混铁车袋铁开始终了等显示，铁渣温度和成分以及微量成分显示，出渣出铁状况显示，铁水槽通铁量及更换铁水相显示，出铁出渣常数及上下限等显示，计划出铁量及其设定显示，铁渣贮量、渣位、生成量和生成速度等显示，矿渣和生铁生成量以及出渣量和出铁量
14、时系列数据显示。,9）数据显示功能,第六类，高炉炉体温度监视画面：包括炉壁圆周方向温度分布图，炉壁各点温度时系列数据图，炉底圆周方向温度分布图，炉底各点温度时系列数据图，炉喉保护板下温度时系列数据、最新数据和平均值等。 第七类，炉内数据处理画面：主要是显示数学模型计算结果和操作指导的画面，例如：炉热推断模型的煤气利用率时系列数据，炉热指数Te及其推断Si合量，按风口前端温度及统计方法推断铁水含硅量的时系列数据、动作建议等画面；软融带推断模型的软融带形状画面，根部和底部数据等；炉况GOSTOP模型的全透气性、局部透气性、炉顶煤气等八个参数以及各层炉身压力、炉热指数等四个变动参数的时系列数据，各个
15、参数判断，类别判断，总水准判断等中间结果和总的判断结果以及珠网图等，显示画面。 第八类，高炉技术计算画面：包括炉顶温度分布的瞬时值，平均值和过去12h等时系列数据；炉喉探测器测得的径向各点co、co2成分；炉身各层静压力园周方向、垂直方向图形，各点时系列数据，小时、班、日等平均值；风口喷吹数据、重油或煤粉喷吹量的瞬时系列数据，小时、班、日平均值，各风口风量及喷吹分布等；热风炉作业状况以及其他技术计算等数据显示。 第九类，各种报表：包括作业日报、报警等规格和数据显示。 第十类，CRT数据处理画面：包括备过程数据测定值、通道、扫描状况、采集许可标志，状态、未加工生数据等画面。,包括三类： 与原料场和焦炉计算机通信；和下位机的PLC和DCS通信，以进行数据采集和发出设定值等；把高炉实况如生产速报等送上位管理机。,10）高炉计算机通信,
