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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,