高炉专家系统

高炉专家系统（共12篇）

高炉专家系统 篇1

0 引言

TRT (Blast Furnace Gas Top Pressure Recovery Turbine Unit) 即高炉煤气余压回收透平装置, 是一种利用高炉炉顶煤气的压力能和热能, 通过透平膨胀驱动发电机或其它设备进行能量回收的装置。TRT控制的最终目的是在确保高炉正常运行的前提下多发电, 关键是炉顶压力控制、升功率控制、透平转速控制、系统异常时安全保护措施和高炉顶压调节权的自动转换及控制。2008年, 梅钢公司新建了4号高炉TRT系统。系统于2009年4月顺利投运, 目前运行正常并达到了设计目标。现简要介绍如下:

1 TRT控制系统简介

梅钢4号TRT采用美国MetsoMax公司的MAXDNA系列集散控制系统，包括MAXDNA系列硬件控制柜、上位机监控操作站、通讯网络三部分。系统电源、CPU、通讯总线冗余，上位机监控站互为备用，系统稳定可靠。

2 高炉顶压控制

高炉顶压是高炉生产的重要参数，炉顶压力不稳，会引起炉况波动，严重时会损坏设备。因此，为获得一个稳定的高炉炉顶压力，梅钢公司4号TRT顶压控制采用TRT与4个减压阀共同控制顶压，同时引进设计和设备厂家的3H专利技术，确保在正常或异常状态下高炉顶压波动均能维持在±4kPa以内。

2.1 高炉顶压控制对象

如图1所示，高炉煤气经重力除尘、煤气净化除尘后，经过TRT的进口蝶阀等进入TRT透平机做功，带动发电机发电，做功后煤气经出口蝶阀等进入煤气管网。当机组正常停机或者发生重故障停机时，进口快切阀动作，静叶关闭，旁通快开阀打开，经过一定时间后，旁通快开阀关闭，将顶压控制权交给减压阀组。

由图可以看出参与高炉顶压控制的设备主要有：

2.1.1 炉顶压力检测设备

由于高炉顶压控制的目标即为顶压，所以炉顶压力测量尤为关键，4号TRT控制系统炉顶压力检测设备包括P101A、P101B、P101C三个压力变送器，3个检测点互为备用。

2.1.2 减压阀组

梅钢4号TRT减压阀组包括4个阀门，分别为：

减压阀A (GY404)：电动减压阀，在3H-TRT控制系统中起辅助调节作用。

减压阀B (GY401)：液动减压阀，在3H-TRT控制系统中起主要调节作用。

减压阀C (GY402)：液动快开减压阀，在3H-TRT控制系统中起主要调节作用和跳机时调节作用。

减压阀D (GY403)：液动快开减压阀，在3H-TRT控制系统中起主要调节作用和跳机时调节作用。

2.1.3 T R T

TRT主要是通过控制可调静叶的开度来控制顶压，在本项目上即为ZY100。

2.2 高炉顶压控制模型

高炉顶压波动值e=p (设定值) -p0 (实际值) 。描述顶压稳定性控制精度的指标为：正常控制精度εn，即在TRT正常运行时顶压波动绝对值的上界;切换控制精度εx，即在TRT系统故障时，透平机紧急停机，高炉煤气将从通往透平机管道紧急切换到旁通阀管道，顶压波动绝对值的上界;切换时间ts，即在TRT故障停机而切换煤气流动管道时，顶压波动峰值超过正常控制精度的时间间隔。由此可见，高炉顶压控制模型须按照不同的工作状态建立：

2.2.1 正常发电状态

正常发电工况下，通过煤气透平静叶调节高炉顶压，由煤气透平静叶、高炉顶压测量信号、高炉顶压设定值及STPC06专家控制软件保证高炉顶压的稳定。

STPC控制系统，是将Fuzzy控制算法和常规PID控制算法组合起来使用的一套完整的控制算法。基本思路是根据流体力学的控制原理建立的管路静、动态控制模型，计算静叶开度值。它具有自诊断功能，自动判断顶压波动的理论调节量所执行控制效果的优劣和误差，不断修正程序中的计算参数和控制参数，自动完善计算方法和控制。因此，该系统使用时间越长，顶压稳定性控制效果就越好。

2.2.2 T R T停机状态

当TRT停机时，系统根据高炉给出的顶压控制值及顶压反馈值调节减压阀组各阀门的开度以控制高炉顶压。

2.3 顶压控制方案

2.3.1 T R T控制顶压

该控制方式包括减压阀控制顶压的调节回路和在TRT控制顶压的调节回路。减压阀控制顶压的调节回路需处于自动状态。在T RT控制顶压的调节回路中可设定调节输出的上限值，以实现TRT机组的正常开/停机的功能。在减压阀控制顶压的调节回路调节信号≥2%时，TRT控制顶压的调节回路处于手动状态(上限值控制)。在减压阀控制顶压的调节回路调节信号<2%时，TRT控制顶压的调节回路处于自动状态。TRT控制顶压的调节回路的顶压设定值应略低于顶压实际设定值。

2.3.2 减压阀控制顶压

自动状态：(1)减压阀A、B、D自动，减压阀C手动。减压阀A、B控制顶压。在高炉顶压超过顶压设定值+5%时报警，超过设定值+10%时减压阀D快开。在高炉顶压低于顶压设定值+5%时取消D阀动作，低于设定值+3%时减压阀D慢关。(2)减压阀A、C、D自动，减压阀B手动。减压阀A、C控制顶压，其控制流程(1)状态相同。

半自动状态：(1)减压阀B、D自动，减压阀A、C手动。减压阀B控制顶压。在高炉顶压超过顶压设定值+10%时减压阀D快开，低于设定值+5%时取消减压阀D阀动作，低于设定值+3%时减压阀D慢关。(2)减压阀C、D自动，减压阀A、B手动。减压阀C控制顶压，其控制流程(1)状态相同。

单自动状态：减压阀A或B或C自动，D自动，其他手动。投自动的减压阀控制顶压。在高炉顶压超过顶压设定值+10%时减压阀D快开，低于设定值+5%时取消减压阀D阀动作，低于设定值+3%时减压阀D慢关。

2.3.3 选择性控制方式

梅钢4号TRT程序设计时，我们将TRT静叶也作为一个调节阀看待，设计了一套调节高炉顶压的系统控制程序，实现无扰动切换，确保高炉顶压的稳定。将TRT静叶调节输出值作为控制基准，分五种情况判断各调节阀控制优先权：

TRT停运时，设定控制基准为0，即静叶调节输出大于0时，减压阀组即参与高炉顶压控制;

TRT开机过程中，设定控制基准为10%，即静叶开度小于10%时，减压阀组仍参与调解高炉顶压，同时当减压阀组的开度均小于5%，TRT自动切换到“自动”操作模式，进入顶压控制模式，调节高炉顶压;

TRT正常运行过程中，设定控制基准为60%，即若静叶开度大于60%时，减压阀组参与高炉顶压控制;

TRT停机过程中，设定控制基准为3%，即静叶开度小于3%时，减压阀全面参与高炉顶压控制，TRT退出控制;

TRT机组紧急停机时，减压阀组切换到正常调节模式，透平静叶开度控制调节信号>28%，减压阀组D阀全开慢关;10%<透平静叶开度控制调节信号≤28%，减压阀组D阀开50%慢关;透平静叶开度控制调节信号≤10%，减压阀组D阀不动作，同时快切阀快切、发TRT重故障信号、发电机紧急解列，透平静叶全关到位。

3 结语

自梅钢4号高炉投产以来，系统运行良好，控制系统硬件安全可靠，软件功能完善，控制方案合理，高炉炉顶压力波动一直控制在±4kPa范围以内，满足高炉生产的需要，且TRT吨铁发电量已达50kwh，经济效益显著。

参考文献

[1]印建安.章本照.TRT顶压稳定性高精度控制技术 (STPC) 基本原理.中国冶金, 2007, 10.

[2]邵惠鹤.工业过程高级控制[M].上海:上海交通大学出版社, 2003.

[3]杨春节, 李婷婷, 宋执环等.正常发电工况下TRT中高炉顶压动态模型研究.浙江大学, 2008, 37 (3) :26—29.

高炉专家系统 篇2

涟钢炼铁厂高炉探尺改造前是采用直流电机驱动其机械设备,直流电机维护困难且备品、备件匮乏，改造方案需要将直流电机改型为交流变频电机。对应于电机改型,探尺系统原有直流控制方案相应需要改造为交流变频控制方案。依据当前变频技术发展和交流变频器应用及比较了各大公司变频器产品后,我们选用ABB公司矢量控制电压源型变频器ACS800系列来设计控制方案。高炉探尺设计依据与选型原则如下:

1)探尺系统原采用直流电机传动。电机型号为Z-68功率:3.7KW220V20A励磁电流0.6A,转速1000转/分。

2)探尺系统现采用交流变频电机传动,电机型号为YTSZ100L1-4。电机功率:2.2kW380V750转/分,机座号160M,中心高150mm,电机长<900mm(考虑了轴伸110mm+码盘尺寸)。

3)提尺与放尺的速度参数：减速机速比31.5, 卷筒直径318mm。正常运行时, 提尺速度<26米/分, 放尺速度<15米/分。

4) 次改造选用变频器为6SE7021-8EB61,400V/7.5KW。由于探尺是位能性负载，其下放的动能不能通过变频器回馈给交流电源，需要外加制动电阻和制动单元消耗能量。同时为满足较高的转速精度和良好的动态品质，以及调速范围宽广和低转速时保持一定精度的提升力矩，需要1台增量编码器，其每转具有1024个脉冲以构成速度闭环控制系统。

2、高炉探尺工艺流程

高炉探尺是用来检测高炉内矿石与焦碳等物料的料面，供冶炼操作人员以视觉观测炉内物料下放的情况，同时控制矿石与焦碳等物料向炉内的排放。当探尺检测炉内的物料下放到设定的料面时，探尺自动提升到顶部，矿石与焦碳等物料依据工艺设定值向高炉炉内排放。物料排放完毕，探尺自顶部按设定的速度开始自动下放，下放到炉内物料的料面后，探尺被物料支撑，探尺速度减至为零，随后跟随物料下放，直到再次检测到炉内的物料下放到设定的料面时，探尺自动提升。如此循环往复，使探尺稳定在一个料面高度。

目前冶炼系统一般情况是：小于2500M3的高炉用2个探尺来探测炉内的物料，大于3000M3的高炉用3个或4个探尺来探测炉内的物料。本次改造的是1613M3的高炉探尺。

3 6SE70系列变频器功能和DriveMonitor调试软件简介

3.1变频调速装置6SE70的主要功能

* 6SE70系列变频器是具有多种可供选择接线方式的设备：有将整流部分与逆变部分装于一体的变频器、用于变频器的制动电阻和制动单元、单独的整流单元、整流回馈单元和单独的逆变器。

* 制动运行的方式：对于不经常制动的设备可以选择变频器+制动单元+制动电阻的方式;对于经常制动的设备采用整流回馈单元向公共直流母线供电，再由直流母线向多台逆变器供电，对于不同时制动的逆变器可以在直流母线上交换能量，当制动功率大时从回馈单元向电网回馈能量;还可以将多台变频器的直流母线直接连接，形成公共直流母线，再接入制动单元与制动电阻，当制动功率大时由制动电阻消耗能量。

* 6SE70系列变频器具有多种控制方式：可以设定为VVVF控制、开环矢量控制、闭环矢量控制中的一种，

闭环矢量控制的性能最好，但必须接入测速装置;当变频器或逆变器给多台电机并联供电时，只能采用VVVF方式。

* 6SE70系列变频器的所有设备均有故障自诊断功能。6SE70装置本身提供了多种可靠有效的故障保护措施。同时也提供了简单实用的故障查询手段，装置可以记录同时发生的多个故障(最多达8个)，并可以保存最近8次所发生过的故障代码。

装置的参数可以通过多种方式进行存取：

* 简易操作面板PMU或舒适型操作面板OPIS

* 使用 PROFIBUS-DP协议的通讯板CBP

* DriverMonitor调试软件。

装置可以同时记录最多10个变量(即K连接量)的变化过程，并提供了灵活的记录触发方式。利用DriverMonitor软件可以方便地观察所记录变量的波形。

3.2 DriverMonitor调试软件

6SE70系列变频器可用软件DriverMonitor进行参数设定。该软件提供下列参数功能：

* 菜单索引的参数存取

* 参数组读及写

* 将现有的参数组复制到同系列的其它装置上

* 打印参数组

* 过控制字进行操作(开关量命令、如开/关命令)及施加给定值

* 通过状态字进行观察(整流器工作状态反馈信号)及读出实际植

* 读出故障信号和报警信号

* 读出跟踪缓冲器中的内容(SIMOVERT的示波器功能)

DriverMonitor软件操作示意图见图1：

图1软件操作示意图

4、高炉探尺矢量变频控制原理

变频器应工作在矢量控制方式下以便于力矩控制，要求在变频电机轴端安装增量码盘作为速度检测元件。减速机轴端接多圈绝对值码盘，信号经通讯总线进 PLC，由PLC读出探尺的高度，作为检测值及探尺的操作信号。变频器接受PLC的信号： PLC给变频器提尺信号、放尺信号;变频器给PLC准备好信号及故障信号。变频器与PLC间的这些开关量信号由点对点方式连接。

当要求探尺下放时，由PLC送出放尺信号，由变频器系统实现自动放尺并保持下放速度不超过限制值，在探尺降落到料面时保持电机仍有一定提尺力矩，使探尺保持直立姿势。探尺下放的动能由制动电阻和制动单元消耗掉。

当要求探尺提升时，由PLC送出提尺信号，由变频器系统实现自动提尺并保持提升速度不超过限制值。当PLC检测到探尺在顶部时，由变频器系统实现自动停车并投入抱闸。其控制原理简图见图2：

图2 探尺控制系统电气原理简图

电流波形见图3：

图3 电流波形图

5、结束语

高炉上料自动控制系统的设计 篇3

【关键词】高炉上料；自动控制；PLC

1、引言

高炉炼铁在钢铁冶金行业中，是最重要的组成部分。高炉炼铁是一个连续的过程，其通过氧化还原反应，将铁矿石还原生成生铁。各种原料包括铁矿石、焦炭和助熔剂按成分比例，由炉顶加料装置批次被送至高炉内，炉喉面要维持在一定的高度。铁矿石和焦炭在炉中变化成为交替的层状结构，在下降的过程中，矿石逐渐变成铁水和熔渣，聚集在炉中，并定期从释放口放出。高炉供料系统是炼铁生产的重要组成部分，供料系统通过料车分开，分为配料系统和上料系统前后两部分，本文主要阐述上料系统的硬件和软件的设计。

2、高炉上料系统自动控制概述

高炉上料系统由槽下配料部分和炉顶布料部分两部分组成。槽下配料是实现原料称量工作和称量误差补偿工作的系统设备，当炉顶料灌具备装料，同时矿槽具备排料时，原料由料车输送至炉顶，经过受料斗闸门、上密封阀送至对应料灌内。料管内发出料满信号同时具备布料条件时，原料通过料流調节阀、下密封阀，依照设置好的布料溜槽倾动角旋和转角度进入炉中。

3、高炉上料系统的软件设计

在高炉上料自动控制系统中，通过PLC编程，可以完成对高炉上料系统的槽下配料和炉顶布料的控制。设定所需铁矿石、焦炭、溶剂的重量，振动给料筛启动进行筛料，实际重量与设定值相等时，振动给料停止。高炉上料控制系统的软件部分采取结构化编程方法，将不同功能的程序分别寄存于不同的块中，主程序块OB1在使用时可以调用不同功能的程序。

3.1槽下设备运转控制

（1）烧结、焦炭、球团、焦丁称量斗的称量控制：发出排料信号时，矿石称量斗闸门开启排料。称量值是控制值得5%时，称量斗闸门关闭，料空信号发出。称量斗闸门关闭并称空后，振动筛启动运行。称量值达到经补正的控制值时，振动筛停止，进行满称量。当达到110%的经补正控制值时，报警信号发出。启动振动筛T秒后，一直未发出斗满信号，则认为发生上卡料情况，上卡料报警。打开闸门打开T秒后，未出现空信号，则认为发生下卡料情况，下卡料报警。

（2）槽下称量斗的放料顺序：依照料单内选择的仓号放料，若上一个称量斗开启闸门，空信号发出，则发出下一个斗排料命令。

3.2主卷上料小车的连锁控制

主卷上料小车依据与槽下、炉顶程序的衔接完成对料车的上、下运行的自动控制，同时可以进行手动操作，能够对出现的松绳、过卷等故障紧急响应，确保料车能够安全可靠的运行。主卷扬机的自动操作和主卷扬机和其它设备的联锁关系：

（1）主卷扬机采取变频调速控制，自动操作控制时，PLC发出启动命令信号，当料车装烧结矿或者烧结矿同其它杂矿混装时，由对应的料坑矿石漏斗闸门关上后，由此关闭信号发出。当料车装焦炭时，由对应的焦炭称量漏斗闸门关闭信号发出。

（2）当向上运行的料车抵达检查点时，检查受料漏斗是否料空，以及料罐上密封阀和上料阀是否关闭。若受料斗未出现了空信号，即受料斗有料，或上密封阀和上料阀没有关闭，则主卷扬机自动停止于检查点附近，到受料斗发出料空信号后，同时需要上密封阀和上料阀曾开启过，并且目前处于关闭状态，则重新慢速开启主卷扬机。

（3）料车进行程序空走行或非程序空走行时，料车到达炉顶极限位置，主卷扬机停止后并延时5秒，主卷扬机自动开启运行，料车向下运行。

（4）主卷扬机有以下联锁，装料程序一直处于停止状态时，主卷扬机不可以开启（除手动操作）。若相应焦炭称量漏斗或料坑矿石漏斗闸门开启以后没有关闭好，主卷扬机不可以开启。在工作程序图上，当料车向上运行到达检查点时，对应的上密封阀、上料阀应该开启而没有开启，或者开启后没有完全关闭，即相应受料漏斗料未空，料车应停止于检查点附近。

（5）主卷扬机和其它系统的关系。主卷扬机停止运行后，空料车处在料坑下的装料位置时，启动装料程序控制系统；料车处在料坑下部装料位置，主卷扬机停止后，相应焦炭称量漏斗或料坑矿石漏斗的闸门方可开启。主卷扬机加速启动运行，依照程序相应的焦炭筛或矿石称量漏斗闸门等方可开启。进行料罐料空检查的同时或稍后进行低速检查。

3.3炉顶布料设备的运转控制

依照生产工艺需求，高炉炉顶布料主要是控制布料溜槽倾动角和旋转角，如图是布料程序流程图。

4、结论

高炉工序过程要求较高，上料配料需要精准。根据高炉上料工艺流程，各设备之间需要有严谨的联锁控制，若上料缓慢，非常影响生产节奏，若上料错误，将影响后续的高炉生产，甚至会导致休风和停产等生产事故，因此使用人工操作运行费时费力。采用高炉上料自动控制，代替传统人工操作的继电器控制，提高了上料控制的安全性和可靠性。目前，高炉上料自动控制已普遍运用于钢铁企业的生产之中。

参考文献

[1]马竹梧编著.炼铁生产自动化技术[M].冶金工业出版社，2005

高炉喷煤系统危险因素浅析 篇4

高炉喷吹系统中的磨煤机、煤贮仓、仓式泵、布袋除尘器、喷吹罐组及输送管道等, 都因煤粉的存在有火灾爆炸危险性。另外, 煤粉喷吹一般还会用到热风炉的粗煤气, 煤气也是具有火灾爆炸危险性的物质。因此, 高炉喷煤系统设备的主要危险为火灾爆炸。

1 煤粉火灾爆炸特性分析

1.1 煤的自燃

煤是一种能自燃的物质, 当达到自燃点时就会引起燃烧。煤的自燃能力一般与以下因素有关:煤化程度、存放时间、水分含量、黄铁矿 (FeS2) 的含量、周围环境温度、煤粉粒度等因素。

1.2 煤粉的爆炸性

煤粉与空气混合形成悬浮的雾状气粉混合物, 爆炸极限范围很大, 当气粉混合物的浓度在35~2000 g/m3的范围内时, 遇到明火或一定的温度, 会造成煤粉的爆炸。当气粉混合物的浓度在300~600 g/m3时, 爆炸压力最大, 可达0.306 MPa。爆炸时所产生的冲击波对设备产生猛烈冲击, 甚至损坏设备, 严重时可引起火灾和人身伤亡事故。

1.3 煤粉粒度对爆炸性的影响

煤粉粒度增大, 爆炸性减弱。煤粉尘的燃烧爆炸特性如 (表1) 。

2 喷煤系统主要设备危险分析

喷煤系统一般主要设备有:立式磨、原煤仓、细粉仓、布袋除尘器和喷吹罐组。立式磨因粉碎的煤粉粒径较小, 且粉碎时煤中易于混入杂物 (如铁块、石子等) 产生火花, 从而引起爆炸, 在粉煤时要在立式磨前加设磁铁等以防产生电火花。因为煤长期存积易于自燃, 所以原煤仓消防一定要作好。细粉仓因储存的煤粉粒径较细, 考虑到防火防爆安全, 必须要做好防静电接地, 以防产生电火花。布袋除尘器和喷吹罐组由于涉及的介质都是细小颗粒的煤粉, 所以要充分考虑防爆要求, 都应该安装防爆装置 (如防薄膜、泄爆孔等) 。

3 生产过程危险性分析

高炉喷煤系统一般在以下生产过程中可能引发火灾爆炸事故。

(1) 干煤棚存煤时间过程可能发生自燃。

(2) 喷吹罐爆破膜超期使用, 容易发生爆裂。

(3) 中速磨、布袋、粉仓积粉太多, 遇高温或明火容易发生火灾, 进而引发爆炸。

(4) 储气罐超期、维护不当容易发生爆炸。

(5) 煤粉仓、喷吹罐等容器内储存着煤粉, 如遇致电火花等易引起煤粉自燃式爆炸。

(6) 氧气管道、阀门沾上油污又没有清除干净, 送氧后氧气与油脂作用可能引起燃烧式爆炸事故。

4 喷煤系统防火防爆措施

4.1 消除系统内部积粉

(1) 要消除立式磨机入口积粉。立式磨机入口进煤管与水平夹角应大于58°;立式磨机热风入口中心线与球磨机筒体中心线投影成一直线;在设计上应尽量降低原煤水分, 要求小于10%。

(2) 要消除水平管道。制粉输送系统尽可能避免水平管道, 如果设置水平管道, 必须使气粉混合物流速大于25 m/s, 并设置吹扫装置。

(3) 输煤和喷吹管线布置应避免死角, 设计和施工时, 管道与水平夹角应小于45°, 输煤管线曲率半径应大于2倍管道直径。

(4) 喷吹罐组、仓式泵、煤粉仓、原煤仓等设角度应大于70°。原煤因含水分较高, 下煤不顺, 原煤仓锥体应做成双曲线形漏斗。

4.2 消除静电和明火

(1) 系统电气、仪表、容器和输煤粉管道法兰要安装接地保护设施。仪表应采用防爆型。

(2) 系统照明要采用防爆灯, 并采用接零保护。开关也相应采用防爆型。

(3) 布袋除尘装置的过滤布袋, 要采用防静电材质, 除尘器应有泄爆口。

(4) 混合器出口安装快速切断阀, 当喷吹风压力与高炉冷风压力差小于规定值时, 快速切断阀自动切断, 防止热风倒流。

(5) 粗粉分离器回粉管道锁气器, 要灵活好用, 动作协调, 开关到位。防止热风直接进入布袋箱。

4.3 控制系统含氧浓度

当气相中含氧浓度降至12%以下时, 虽在上述煤粉浓度内, 即使煤粉温度达到燃点以上, 也不会引起煤粉爆炸。为确保安全, 在系统设计中应保证含氧浓度比安全含氧浓度还要低。

4.4 设置防爆膜

煤粉系统仓式泵、喷吹罐组、磨煤机进出管道、细粉分离器进出口管道、布袋除尘器、煤粉仓输煤粉管道及除尘管道等均应设置防爆膜。如果在贮煤罐 (中间罐) 、喷吹罐、仓式泵等容器采用N2冲压, 可不设防爆孔。

参考文献

[1]张殿有.高炉冶炼操作技术[M].冶金工业出版社, 2006.

[2]杨建新.高炉系统工程项目安全管理研究:西安建筑科技大学, 2008.

高炉日常操作技术 篇5

高炉操作者的任务是要保持合理炉型，实现炼铁生产的“高效、优质、低耗、长寿、环保”。稳定顺行是组织炼铁生产的灵魂。原燃料准备、烧结、球团、焦化、动力等工序均是要做好为炼铁服务。在生产组织上，应统一服从炼铁领导。这样，可以追求炼铁效益的最大化，不追求某个指标的先进性，要实现综合效益的最佳化。即实现高效化生产、生产成本低、节能减排效果好、劳动效率高等。高炉要实现统一操作，发扬团结协作精神，实现整体高炉的最佳化生产，不表扬某个工长的个人英雄主义，要提倡整个高炉操作协调统一，保证生产的稳定顺行。进行红旗高炉的竞赛活动，推进企业炼铁科学技术进步，生产建设的发展。

1, 高炉炼铁是以精料为基础

高炉炼铁应当认真贯彻精料方针,这是高炉炼铁的基础.，精料技术水平对高炉炼铁技术指标的影响率在70%,高炉操作为10%,企业现代化管理为10%,设备运行状态为5%,外界因素(动力,原燃料供应,上下工序生产状态等)为5%.。高炉炼铁生产条件水平决定了生产指标好坏。高炉工长的操作结果也要由高炉炼铁生产条件水平和工长的操作技能水平来决定。用科学发展观来认知高炉炼铁的生产规律，要承认高炉炼铁是个有条件生产的工序.。高炉工长要讲求生产条件,但不唯条件,重在加强企业现代化管理。

生产技术和企业现代化管理是企业行走的两个轮子,要重视两个轮子行走的同步，否则会出现来回摇摆或原地转圈。

精料方针的内容:

·高,入炉料含铁品位要高(这是精料技术的核心)，入炉矿含铁品位提高1%，炼铁燃料比降低1.5%，产量提高2.5%，渣量减少30kg/t，允许多喷煤15 kg/t。

原燃料转鼓强度要高。<高炉炼铁工艺设计规范>要求,烧结矿转鼓强度≥71%~78%.焦炭转鼓强度M40≥78%~86%.大高炉对原燃料的质量要求是高于中小高炉。如宝钢要求焦炭M40为大于88%，M10为小于6.5%，CRI小于26%，CSR大于66%。一般高炉M40要求为大于80%，M10为小于7%，CRI小于30%，CSR大于60%。

烧结矿碱度要高(在1.8-2.0)。

球团矿转鼓强度(+6.3mm)(%)≥90,抗压强度(N/个球)≥2200.· 熟, 熟料比(指烧结矿和球团矿)要高。目前,我国炼铁企业已不再追求高的熟料比，如2010年宝钢熟料比为83.28%。增加高品位块矿，可有效提高入炉料含铁品位，有利于节能减排,减少造块过程中的能耗和环境污染。但我们认为熟料比不应小于80%。熟料比降低1%,炼铁燃料比会升高2~3kg/t。

· 稳, 原燃料供应的数量,比例和质量要稳定.。原燃料稳定是高炉生产的灵魂,也是当前我国高炉炼铁生产存在的最大问题.。原燃料不稳定,会使高炉焦比升高,产量下降.<高炉炼铁工艺设计规范>要求,烧结矿含铁品位波动≤0.5%,碱度波动≤0.08(倍),铁份和碱度波动的达标率≥80%~98%;含FeO波动≤±1.0%.对原燃料进行混均是实现原燃料稳定的有效办法.· 均 , 原燃料的粒度和成份要均匀。这是提高炉料透气性的有效办法。大、中、小粒度的炉料混装入炉会有填充作用，减少炉内有效空间。一般要求5-10 mm.粒级占比例小于30%。焦炭在炉缸的空间要有40%，这也是评价焦炭质量的标准之一。

· 小, 原燃料的粒度要偏小。球团矿8-16mm。烧结矿5-50mm.。焦炭50-75 mm.。块矿5-15 mm.。小高炉所用原燃料的粒度可比大高炉偏小些。

· 少，含有害杂质（s,p,F,Pb,Zn.K.Na等）要少。希望炉料中含碱金属(K2O+Na2O)要≤3kg/t,Pb含量小于0.15kg/t。K2O对炉料和耐火砖的破坏作用要比Na2O大.· 好，矿石冶金性能好：软熔温度高（大于1350℃），熔化区间窄（小于250℃），低温还原粉化率低，还原率高（大于60%）等。<铁矿球团工程设计规范>要求,球团矿冶金性能,还原膨胀指数(RCI)(%)≤15%,底温还原粉化率(+3.15mm)(%)≥65.2 高炉炼铁的地位和作用

炼铁工序在钢铁工业中的作用是中流底拄，有承上启下的作用。钢铁工业生产的高物耗，高能耗，高汚染主要是体现在炼铁系统。生产一吨铁要消耗20多吨自然资源，炼铁系统工序能耗占联合企业总能耗的70%，汚染物排放为三分二,生产成本占60%~70%。2010年全国重点企业炼铁工序能耗为407.76kgce/t,烧结工序能耗为52.65kgce/t,焦化工序能耗为105.89kgce/t。外排炉渣320kg/t,产生15-50kg/t粉尘，1.5吨CO2。95%的二恶英由烧结工序产生。

目前，全世界高炉炼铁仍是炼铁生产的主流程。2010年全世界产铁10.31亿吨，而非高炉炼铁产量只有5655万吨，只占生铁总产量的7%。其中直接还原铁有5655万吨，熔融还原铁有400万吨，而且短期内不会改变这种状态。中国是世界炼铁大国，2010年产铁5.90亿吨，占世界57.24%，有力地支撑我国钢铁工业的健康发展。

3高炉炼铁的操作方针

· 要全面贯彻„高效，优质，低耗，长寿，环保‟的十字方针。

· 执行„四稳一活‟的 操作思路。

即，送风，装料，造渣，热制度要稳定，炉缸要活跃。

· 工长操作要统一，要体现出集体主义精神，不搞个人英雄，不表扬某个工长为“先进”,三个班工长操作要统一标准，要表扬红旗高炉,才能实现高炉生产的高效化。

· 实现高炉的规范化、标准化、数字化操作.要制定出适合本高炉炼铁具体条件下的操作原则。如各班之间料批波动±2批，炉温波动Si含量波动在0.5±0.1%等。高炉的顶压，料线，炉温，风口径调整等项目的变动要经集体讨论。

· 不同时期的高炉有不同的操作制度，要根据外界条件的变化,及时进行操作制度变动。要以维护好合理炉型,炉况顺行稳定，炉温充沛，高产低耗为目的。

4高炉炼铁的操作任务

工长操作高炉的主要任务是,要实现长期稳定合理的炉型.稳定是生产的灵魂.在现有条件下，科学合理地充分利用一切操作手段来调整好高炉内煤气分布，炉料合理运动，炉缸热量充沛，渣铁流动性好，能量得到科学利用等。实现高炉稳定顺行，高产低耗，长寿环保；完成对炉料的加热，还原，熔化，造渣，脱硫，渗碳，渣铁分离和顺畅流出高炉的任务。同时要完成节约资源和能源，减少汚染物排放的任务。

高炉炼铁工序有产品制造，能源转换，消纳废弃物的功能。

高炉操作的手段是,对送风制度，装料制度，造渣制度，热制度要及时调整.5对高炉工长操作的基本要求

掌握高炉炼铁基础理论知识，企业生产现代化生产管理知识等。

了解高炉炼铁生产基本规律，能科学合理准确地运用炼铁各种操作制度。

及时准确掌握高炉运行的变化及发展趋势，作出科学合理判断，采用正确的手段对高炉运行进行调整，确保高炉生产稳定顺行，高产低耗，长寿，环保。

6高炉运行状态判断和判断的手段

因原燃料质量的变化，气候变化，设备运行状态的不稳定，以及多种外界因素变化(动力,原燃料供应,上下工序生产状态等)的影响，高炉运行状态总是处于不断变化之中，判断高炉运行状态的重点内容是炉温向热，还是向凉，变化的趋势有多大？

判断的手段有两个方面：

⑴眼睛观察：看原燃料质量，看风口，渣铁样，看煤气燃烧颜色等。

看风口要勤，接班、班中、交班均要看（凉热趋势，风口工作均匀度，煤枪工作状态等）。看出铁Si和S的含量、变化。看出铁的火光，烟雾，流动性，凝固速度和型状。每次出铁出渣均要取样（外观、断口、冷却收缩，出铁出渣过程中温度的变化等），并样品要保存一个班，以资对比参考。通过炉顶摄像和休风时观察炉顶布料，料面状态，可判断煤气流运行状态，分布，有无偏料，管道，塌料，以及布料的效果等。

眼睛观察最直观，最早，最准确，是判断高炉运行状态最科学的依据。对此工长们应予以高度重视。

⑵仪器仪表数据反映

重点是热风压力，透气性指数，料尺运动，炉顶和冷却系统温度变化等方面的变化情况。

热风压力对高炉运行状态变化最敏感，可看出高炉运行走势，是高炉运行，休复风操作的重要数据依据。

热风压力和风量表是高炉运行状态的最重要反映，包括了高炉行程的综合情况，如煤气与炉料相适应情况，料柱透气性与热制度的发展趋势等。同样的热风压力升高，所反映的内容可能是不一样，要作具体分析。高炉向热、渣铁放不净、管道行程堵塞、原燃料粉末增多，矿石冶金性能变化（软熔温度、软熔区间、低温还原粉化率）等均会造成风压升高，不同情况,所采取的处理措施也不一样。

炉顶煤气的压力、温度和成份是表明高炉能源利用率、铁矿石间接还原程度，以及炉顶煤气分布情况。如煤气CO2含量各点相差大于3%以上，说明有偏料现象。炉顶煤气温度各点相差不大于30-50℃为正常。

透气性指数可及时反映出炉料的透气性，煤气流变化，炉况凉热走势。透气性指数是风量除以压差的值，表示某个高炉炉料透气性状态。其值在一定条件下是有个固定的参考数，大于这个参考数表明高炉有管道行程，小于这个参考数表明高炉难行，更小时表明高炉要悬料。

料尺的变化可及时反映出高炉稳定顺行状态，炉温变化趋势，是复风操作的重要依据。

料尺突然下降超过300mm以上叫崩料，两尺相差300mm时叫偏料，料尺停滞两批料时间叫悬料。两尺相差很大，但装一批料后，两尺相差缩小很多时，一般是由管道行程引起的现象。料尺下降速度是直接反映炉料运行状态，也是高炉顺行的重要标志，是工长判断和调剂炉况的重要依据。

其它仪表数据反映的数据，如风量，风温，炉顶温度和煤气曲线，炉热指数，炉身和冷却系统温度变化等均代表出高炉运行走势。这些数据要综合进行技术分析，并要取出一段时间跨度的数据,来进行技术分析才科学合理。

高炉炼铁的操作手段

⑴ 送风制度的调整（又称下部调剂）；

包括：风量（反映在风压和压差），风温，富氧，脱湿鼓风，风速（风口径，长度，角度），鼓风动能，以及喷煤对风量的影响等。

煤气流分布,首先从风口开始,软熔带占煤气阻力的60%,使煤气流重新分布.炉型对煤气流是起重要作用.煤气流分布决定了CO2含量,影响了燃料比变化.⑵ 热制度的调整

调整焦炭负荷，风温，喷煤比。对冷却水进行调整（又称中部调剂）。

⑶ 装料制度的调整（又称上部调剂）：

调整装料制度,是调整上部煤气流分布.实现炉料的充分加热,可提高矿石的间接还原度(间接还原是放热反应),产生降低燃料比的效果.· 固定因素：炉喉直经和间隙，大钟倾角，行程，下降速度，炉身角。

· 可调因素：料线，矿批重，装料顺序，布料器运行，无料钟布料制度，可调炉喉板等。

·上部调剂和下部调剂要相互配合，使煤气流合理分布(实现CO2含量高，低燃料比),炉缸活跃，提高能源利用率，实现高炉操作优化等。

⑷ 造渣制度的调整：

炉渣性能：流动性，熔化性（长渣和短渣），稳定性，脱硫能力等。

炉渣性能的调整：碱度（二元，三元，四元），加MgO(适应高AI2O3量), 低碱度排碱金属，提高脱硫能力(高碱度渣脱硫能力高)等。

8四个基本制度之间的关系

高炉顺行的前提：科学合理的选择送风制度和装料制度。

煤气流合理分布的基础：下部调剂送风制度，是对高炉生产起决定性作用。

维持高炉顺行的重要手段：上部调剂装料制度，用科学布料来优化煤气流的再分布。

炉缸热量充沛、生产稳定的前提：高炉热量收支平衡。

保证炉况顺行、炉体完整，脱硫能力强的条件：优化造渣制度。

四个基本操作制度是相互依存，相互影响。煤气流的合理分布取决于送风制度和装料制度。炉缸热量充沛取决于热制度和送风制度。

9高炉操作的原则

高炉操作是以下部调剂为基础，上下部调剂相结合，控制好炉温,实现高炉顺行稳定生产。

调剂炉况的原则

1)建立预案制，尽量早发现，早预测炉况波动的性质和程度，及早采取相应措施，杜绝重大事故发生。

2)在操作上是早动、少动，力求减少人为因素对炉况造成波动的幅度。减少加空焦.3)要掌握各调剂量所产生的作用内容，起作用的程度和时间。

4)依据对炉况影响的大小，经济损失的程度，操作参数调整的顺序为：喷煤→风温（调湿）→风量→料制→焦炭负荷→净焦 调剂手段实施后，对高炉生产起作用的时间

1)变动喷煤比会在3~4个小时后起作用，是实现高炉高效化（全风量，最高风温操作）的最好手段，是料速调整的首选手段，可确保炉缸热制度稳定，生产指标最佳的目标。

2)调剂风量一般在1.5~2小时起作用。降风温要损失焦比，改变软熔带位置，对合理炉型变化有影响。

3)改变装料制度，特别是调整焦炭负荷，加净焦要在一个冶炼周期后起作用。改变装料制度会对煤气流分布有较大影响。调整焦炭负荷对热平衡会有影响。

调负荷最好不变动焦批重（一般要求焦层厚为0.5M，宝钢在0.8M左右），保证焦炭透气窗作用不发生变化，以保证煤气流稳定。

4)调剂风量、富氧、脱湿会立即见到效果

11送风制度的调整

高炉炼铁是以风为本，要尽量实现全风量操作，并且要稳定送风制度，以维持好合理炉型，煤气流分布合理，炉缸活跃。

选择风量的原则：风量必须要与料柱透气性相适应，建立最低燃料比的综合冶炼强度在1.0~1.3t/m3·d的概念，是高炉炼铁节能降耗工作的重要指导思想。

风机的选择为：送风量为炉容的二倍左右。目前中小高炉大多数是选择大风机。

1)固定风量操作

进行脱湿鼓风可使一年四季送风量均衡,有利于提高喷煤比。

稳定操作制度，三个班的要求要统一，实行固定风量操作要求各班装料批数<±2批料。风量波动不大于正常风量的3%。

2)调剂风量的原则和方法

每次调剂风量要在总风量的3%左右，二次加风之间要时间大于20分钟，加风量每次不能超过原风量的10%。

以透气性指数为依据进行调整风量。为节能，由鼓风机来加减风，风闸全关。

一般炉况向热不减风。炉凉时要先提风温，提高鼓风温度，增加喷煤量，不能制止炉凉时可适度减风（5%~10%），使料速达到正常水平。

低料线大于半小时要减风，不允许长期低料线作业,并相应调整焦炭负荷。

休风后复风一般用全风的70%左右（风压，压差不允许高于正常水平），待热风压力平稳或有下降趋势时才允许再加风，加风后的热风压力和压差不允许高于正常水平。

煤气流失常时，应以下部调剂为主，上部调剂为辅。

目前,中小高炉在高冶炼强度下,它的风速和鼓风动能是高于此值

冶炼强度升高，鼓风动能降低，原燃料质量好的高炉风速和鼓风动能较高，喷煤量提高，鼓风动能低一些，但也有相反情况，富氧后，风速和鼓风动能均要提高，冶炼铸造铁的风速和鼓风动能比炼钢铁低。

长风口比短风口风速和鼓风动能均低一些。

风口数目多，鼓风动能低，但风速高。

矮胖多风口高炉，风速和鼓风动能均要提高。

随高炉炉容的扩大（生产中后期），风速和鼓风动能均要增加。

一般情况下，风口面积不宜经常变动。

4)冶炼强度的选择

炼铁学理论：高炉利用系数=冶炼强度÷燃料比

使用提高冶炼强度的办法来提高利用系数是不科学的。这是中小高炉使用大风机，进行高冶炼强度冶炼，来实现高产的普遍办法。这样做法是高能耗，高污染的作法。宝钢吨铁风耗为950m3/t左右，而中小高炉为1200~1500m3/t。风机产出1m3风要耗0.85kgce/t能耗。生产实践表明，高炉操作经济的冶炼强度在1.0~1.1t/m3·d。在1.1t/m3·d冶强以上，冶强每升高10%，焦比升高1.4%，炉渣脱硫能力降低。

高炉增产的正确方法是：降低燃料比，提高富氧率和炉顶压力。

用炉腹煤气量指数取代冶炼强度来衡量高炉强化程度是最科学的方法，其定义为：单位炉缸面积上产生的炉腹煤气量。操作较好的高炉炉腹煤气量指数在58~66，最高为70。

5)富氧

富氧鼓风可提高产量，炉腹煤气量减少，吨铁煤气量减少，有利于提高喷煤比（风口前理论燃烧温度提高）。所以，富氧要与提高喷煤比相结合。

风中含氧21%增至25%，增产3.2%~3.5%；风中含氧25%升到30%，增产3%。富氧1%，可增加喷煤量15-20kg/t，煤气发热值提高3.4%,可增产4.76%，风口面积要缩小1.0%-1.4%。因为富氧后煤气体积会减小，要保持原来风速。高炉炉况不顺，要先停氧。

富氧7%以上不经济。因氧是用电换来的。建议为高炉专门配备变压吸附制氧设备，不受炼钢富余氧量变化的制约，含氧量也不用那么纯，85%即可，成本也低（1M3氧气电耗变压吸附制氧设备为0.3 度，而深冷制氧为0.5度）,运行灵活（开停只十几分钟）。

6)脱湿鼓风

理论上风中每增加1%的湿度，需要有提高72℃风温来补偿，每1%的湿度相当于8g/m3鼓风。风中每增加1g水，需要9℃热风来补偿。实际高炉鼓风含1g/ m3水后，会有H2的产生，有利于铁矿石还原，是个放热反应。实际鼓风增湿1g/m3,只要6℃风温来补偿。

无喷煤的高炉，采用加湿鼓风可实现使用高风温炼铁，有利于增产降焦。

7)高压操作：

炉顶煤气压力大于0.03MPa叫高压操作。由常压改为80KPa高压后，鼓风量可增加10%~15%，相当于提高2%风量，再提高压力后，所增加风量为1.7%~1.8%；当顶压达到80Kpa,可以推动煤气压差发电装备TRT运转;到120 Kpa时,就会有效益。

提高顶压10KPa，可增产1.0±0.2%，降焦比0.3%~0.5%，有利于冶炼低Si铁，提高TRT发电能力，降低炉尘含量。

高压操作不利于SiO2的还原，强化了渗碳过程，故有利于冶炼低硅铁；一定程度降低焦比。高压操作煤气体积减小，流速降低，压头损失减少，有利于煤气热值充分传递给炉料，促进高炉顺行和节能，允许加风量2.5%-3.0%

12装料制度的调整

高炉煤气流合理分布取决于装料制度与送风制度的相互配合。装料制度优化可使炉内煤气分布合理，改善矿石与煤气接触条件，减少煤气对炉料下降的阻力，避免高炉憋风，悬料。提高煤气利用率和矿石的间接还原度，可降低焦比，促进高炉生产稳定顺行。

1)装料制度包括：装料顺序，炉料批重，布料方式，料线等。

2)双钟炉顶设备装料方式

正同装 OOCC↓ 正分装 OO↓CC↓ 半倒装 COOC↓

倒分装 CC↓OO↓ 倒同装 CCOO↓

大钟倾角一般为50~53°，大钟行程一般为400~600mm。

加重边缘装料的影响：由重到轻，正同装→正分装→混同装→半倒装→倒分装→倒同装。

3)无料钟炉顶设备

一批料，流槽旋转8~12圈，矿和焦的α角差为2°~4°。

α0 = αc +(2°~4°)

可实现单环、多环、扇形，螺旋布料，定点布料，中心加焦。大高炉可选择α角12~15个档位。

无料钟布料易形成的料面：周边一定宽度的平台和中心漏斗，促进边缘和中心两股气流共同发展。

4)布料效应

使用不同炉料，加重边缘效应为

天然矿石→大粒度球团矿→小粒度球团矿→烧结矿→焦炭→小粒度烧结矿

石灰石要布到中心，防止边缘产生高粘度的炉渣，使炉墙结厚。

5)矿批重的选择

矿批重具有均整料面的功能，又有配合装料次序改变炉料纵深分布。

每座高炉均有一个临界矿批重，当矿批重大于临界矿批重，再增大矿批重时，会有加重中心的作用。过大矿批重会加重边缘和中心的作用。

目前，原燃料质量的不断改善，有降低矿批量趋势。大高炉的焦批厚在0.65～0.75m，不宜小于0.5m。宝钢焦批在800mm。调负荷一般不动焦批，以保持焦窗透气性稳定。焦批的改变对布料具有重大影响，操作中最好不用。

高炉操作不要轻易加净焦，只有在出现对炉温有持久影响的因素存在才用（如高炉大凉、发生严重崩料和悬料，设备大故障等）。而且只有在净焦下达炉缸时才会起作用。加净焦的作用：有效提炉温，疏松料柱，改炉料透气性，改变煤气流分布。跟据情况采取改变焦碳负荷的方法比较稳妥，不会造成炉温波动。调焦炭负荷不可过猛，变铁种时，要分几批调剂，间隔最好1-2小时。

高冶炼强度，矿批重要加大。喷煤比提高，要加大矿批重。

加大矿批重的条件：边缘负荷重、矿石密度大改用密度小时（富矿改贫矿）、焦炭负荷减轻。

减小矿批重的条件：边缘煤气流过分发展；在矿批重相同的条件，以烧结矿代替天然矿；加重焦炭负荷；炉龄后期等。

改变装料顺序的条件：调整炉顶煤气流分布，处理炉墙结厚和结瘤，开停炉前后等。

为解决钟阀式炉顶布料不均，使用布料器可消除炉料偏析。

布料器类型：马基式旋转布料器—可进行0o、60o、120o、180o、240o、360o六点布料。仍有布料不均现象，易磨损。

快速旋转布料器—转速为10～20转/分，布料均匀，消除堆角。

空转螺旋布料器—与快速旋转布料器结构相同，旋转漏斗开口为单嘴，没有密封。

布料器不转时要减轻焦炭负荷1%～5%。

6)可调炉喉

大型高炉有可调炉喉。宝钢1号高炉有24块可调炉喉板，有11个档位，可使料面差由0.75m至3.58m，对炉内料面影响较大。

7)料线

料线越高，则炉料堆尖离开炉墙远，故使边缘煤气流发展。料线应在炉料碰炉墙的撞点以上。每次检修均要校正料线0点。

中小高炉炉料线在1.2～1.5m，大型高炉在1.5m～2.0m。装完料后的料线仍要有0.5m的余富量。两个料R下降相差要小于0.3～0.5m。料线低于正常规定的0.5m以上时，或时间超过1小时，称为低料线。低料线1小时，要加8%～12%的焦，料线深超过3m时，要加10%～15%的焦炭。

高炉低料线时间长，就应休风，也不允许长期慢风作业。否则会造成炉缸堆积和炉墙结厚,破坏合理炉型。

8)判断装料制度是否合理的标准

煤气利用率：CO2/(CO+CO2)值，好为0.5以上，较好为0.45左右，较差为0.4以下，差为0.3以下。

煤气五点分析曲线：馒头型差，双峰型有两条通道，喇叭花型中心发展，平坦形（双燕飞）最好。

炉顶温度，好的标准：中心500℃左右，四周150～200℃。四周各点温差不大于50℃。

CO2含量表示能源利用(反映在燃料比)情况：

2000m3以上高炉应在20%～24%

1000m3左右高炉为20%～22%

1000m3以下高炉为18%～20%。

热风制度的选择

高炉炼铁热量来源：碳素燃烧（焦炭、煤粉）占78%，热风带入热量19%，炉料化学反应热3%。

1)炉缸热量表示方式：

物理热：铁水和熔渣的温度，一般为1350～1550℃，正常值为1450℃左右。

化学热：生铁含Si量。炼钢铁控制在0.3%～0.70%.Si含量0.5%为宜。铸造铁为在指定范围，两炉之间含Si波动 < ±0.2%

风口区理论燃烧温度：2150±50℃

炉渣碱度也可以表述炉缸工作热状态。炉渣溶化温度是炉缸温度调整手段之一。

2)影响热制度的因素

影响炉缸温度方面因素：风温、富氧、喷煤、鼓风温度和湿度、焦炭负荷，炉料下降速度，矿石含铁品位等。

影响热量消耗方面因素：原燃料数量和质量，炉内间接还原程度，冷却水冷却强度（包括漏水），煤气热能利用，高炉操作水平（料速，崩料，悬料等）。

影响炉内热交换的因素：煤气流分布和流速，布料方式;炉料传热速度和热流比，炉料粒度、密度和气孔形式;铁矿石冶金性能等。

炼铁设备和企业管理因素：炼铁设备运行状态，冷却设备是否漏水，冷却强度;称量的准确度，高炉操作水平（四个制度稳定）。

3)焦炭负荷的调整

采用固定焦批重，来调焦炭负荷，保证煤气流稳定。

由炼钢铁改为铸造铁操作：按生铁含Si升高1%，燃料比升高40～60Kg/t计算，炉渣碱度降低0.07～0.1。适当缩小风口面积和减少风量，缩小矿批重10%左右。

铸造铁改为炼钢铁操作：把渣碱度过渡放在首要位置，先调碱度后加负荷。调焦负荷要分阶段进行，幅度要小。把握住风量正常值，密切注意炉墙水温差变化，有大变化及时调负荷。一般是风量稳定后再调装料制度。

把握住停喷煤时的负荷调整和热滞后的时间差，以利炉温稳定。科学计算煤粉的置换比，维持好综合焦炭负荷不变。

重视低料线的负作用：

半小时低料线要减轻负荷5%～10%，低料线1小时要补加焦炭原负荷的15%～25%。低料线3m以上时要适当减风量。不允许长时间低料线作业，该休风的就要休风，不能抱有侥幸心理。低料线的炉料下到风口区时，高炉难操作，要作适当调整。高炉操作不允许高炉长期慢风作业。

洗炉和护炉的负荷调整要根据需要进行调焦炭负荷，要防止炉墙粘结物脱落造成炉凉的后果。

·喷吹煤粉：

高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节，是钢铁工业三大技术路线之一，是国内外高炉炼铁技术发展的大趋势。提高喷煤比是结构节能的重要手段，可有效地缓解我国主焦煤紧张，同时又可以减少炼焦过程中对环境的污染，还是降低炼铁成本的有效手段，还可降低炼铁系统的建设投资。

提高喷煤比的技术措施：高风温（1200℃）、降低渣铁比（小于300Kg/t）、富氧（3%左右）、脱湿鼓风（湿度6%左右）、提高料柱透气性（原燃料转鼓强度高，含粉末少，冶金性能好等）、高炉操作水平好（煤气分布均匀，煤粉分配均匀，煤焦置换比高等）、优选煤种（可麽性，流动性，燃烧性好，发热高，含有害杂质少等）。

提高喷煤比的理论基础是：确保炉缸温度在2100±50℃，提高煤粉燃烧率（煤粉粒度，可燃性，燃烧环境等），提高炉料透气性等。

调剂喷煤量是操作高炉的重要内容，应成为常用的手段。因为通过增减煤量调整炉温，所产生效果要快，也方便，又经济。用煤量调整来控制料速是有好的效果，工长们应掌握这个技能。

每喷吹100kg/t煤粉，煤气体积增加4.6%,理论燃烧温度降低消耗200-250℃（烟煤降低温度多）。

喷煤的效果：炉缸煤气体积和鼓风动能增加，间接还原度提高，理论燃烧温度降低，料柱煤气阻力增大，炉缸需要补充热量，有热滞后现象，冶炼周期加长。

配煤的原则：烟煤和无烟煤混合喷吹可提高喷煤比。但挥发分要小于是25%，灰份要小于焦炭灰份含量（小于13%）。

可麽性好和可麽性不好的煤要合理搭配：无烟煤粒度-200目在80%-85%，烟煤在50%-65%，含结晶水的褐煤在富氧条件下粒度可更粗。水份在1%左右。

提高喷煤比的原则：提高喷煤比后炼铁燃料比不升高,除尘灰中含碳量不高。烟煤喷吹要有安全保护设施。

4)调剂炉温的原则：

固定最高风温，用喷煤量来调剂炉温，注意喷煤热滞后现象，把握风量、喷吹强度对置换比的影响。调剂量要适度，有提前量，准确。

低风温（低于1000℃）、小风量（正常风量的80%以下）时，不宜进行大喷吹量，防煤粉燃烧率低，煤焦置换比低。

调剂炉缸热状态手段顺序为：

富氧—喷煤—风温—风量—装料制度—变焦负荷—加焦

对热制度影响由快变慢的顺序：风量、风温、喷煤、焦负荷。

两次铁之间要求生铁含Si量要稳定：炼钢铁波动小于0.2%，铸造铁小于0.45%。

5)调剂风温

降风温可一次降到所需要的风温水平。

提风温要缓慢谨慎。每次提风温幅度在20～30℃，每小时不能超过30～40℃，最高不允许大于50℃。原料含粉率高的高炉提风温要更加小心。

提高风温的效果：风温提高100℃，理论燃烧温度升高60-80℃，风口前碳素燃烧减少，炉内压差升高5kPa，冶炼强度下降2%-2.5%，直接还原度上升，炉身和炉顶温度下降，降焦比15-20kg/t。

渣制度的选择

高炉造渣制度要满足高炉冶炼的要求：渣铁易分离、脱硫能力高，炉渣流动性好（粘度低），稳定性好。

⑴ 对造渣制度的要求

在优化配矿时，要选择初成渣生成晚，软熔区间窄，对炉料透气性有利，初渣中FeO含量少。

希望炉渣熔化温度在1300～1400℃，粘度小于10泊左右，可操作的温度波动范围大于150℃。要求炉渣能自由流动的温度为1400～1500℃，粘度小于2.5泊，粘度转折点在大于1300～1250℃。

炉渣在正常温度下要有良好的流动性和稳定性。

希望炉渣从流动到不流动的温度范围比较宽、称之为长渣。温度波动±25℃，二元碱度波动±0.5时，有稳定的物理性能。

有足够的脱硫能力，在炉温和碱度适宜条件下，硫负荷<5Kg/t，硫的分配系数为25～30，硫负荷>5Kg/t时，分配系数为30～50。

对高炉衬砖侵蚀能力较弱

在炉温和碱度正常条件下有较好的熔化性、流动性、稳定性，脱硫性，能冶炼出优质生铁。

⑵ 对原燃料质量的基本要求

原燃料含硫低，硫负荷小于5Kg/t。

原料难熔，易熔组分低，含CaF2，TiO2越低越好。

易挥发的K、Na含量低，含K2O + Na2O <3.0%。

含有少量的MnO、MgO对造渣有利，Al2O3含量低为好。

含铅和锌分别要小于0.15%。

⑶ 炉渣性能对高炉冶炼的影响。

高炉内成渣区是炉料透气性最差的地方，占高炉煤气压头损失的70%～80%。所以要求炉渣熔化温度高，熔化区间窄，流动性好。

初成渣中FeO一定含量，可改善初渣流动性，在下降过程中，被直接还原成金属铁，是个吸热反应。温度低，造成初渣可能会凝固，降低料柱透气性，引起炉墙结厚、结瘤。终渣FeO含量降低1%，渣温提高20℃。渣中FeO<0.5%为正常值。

渣中CaO、MgO的浓度高有利于脱硫，FeO含量高不利于脱硫。低料线会使炉渣脱硫能力降低。

含CaF2的矿石，易生成低熔点的炉渣，对脱硫不利，且侵蚀耐火砖。用含CaF2的矿石进行洗炉有好效果。

提高MgO含量可改善高含Al2O3的炉渣流动性。含量Al2O3达18%的炉渣，配加12%～15%的MgO后，炉渣性能得到改善。建议MgO在球团生产中配加，比加在烧结矿中有利。一般炉渣MgO含量为7%～8%。

炉渣流动性最好的成份：炼钢铁CaO/Si02在1.05-1.2(倍)，铸造铁CaO/Si02在0.8-1.05(倍)，MgO在6%-9%。CaO+MgO在48%-50%为宜。MgO不超过20%。

⑷ 造渣制度的调整

熔剂炉料要避免加到炉墙边缘，防止炉墙结厚和结瘤。

洗炉剂要加到炉墙边缘

碎铁等金属附加物加到中心

⑸ 不同铁种对二元炉渣碱度要求

硅铁炉渣碱度为0.6～0.9(倍)，铸造铁为0.8～1.05(倍)，炼钢铁1.05～1.20(倍)，锰铁为1.2～1.7(倍)。

中部调剂方法

调剂高炉中部区域（炉腹至炉身下部）炉体冷却系统的冷却制度，使之有适宜的热流强度，有益于形成合理炉型，进而促进煤气流的优化。中部调剂也是治理炉墙结厚的好办法。

热流强度是通过监测冷却水的温差来计算，炉型控制和煤气分布。

冶炼炼钢铁时炉腹和炉腰区的热流强度应在30～40MJ/m2·h，冶炼铸铁铁为38～50 MJ/m2·h。

正常冶炼的高炉冷却设备水温差值：炉腹、炉腰为6～8℃，不能长期低于5℃。炉身下部4～6℃，中部3～5℃，上部2～4℃。

调剂水压幅度一般在±20Kpa，但下限不得低于50Kpa，避免水速过低。上限不超过150Kpa（夏季南方企业可高一些）。

高炉炼铁操作制度调整的原则

⑴ 建立以预防为主的工作思路：对炉况波动做出准确地判断。早，少量进行科学调整，把炉况大波动消失在萌芽之中。

⑵ 各操作参数要有灵活可调的范围，各操作参数要留有余地。

⑶ 正常生产条件下，先采用下部调剂手段，其次为上部调整，再次为调整风口面积。特殊情况下采用上下部同时调剂。

⑷ 恢复炉况，首先恢复风量（高炉炼铁是以风为本），处理好风量与风压关系，相应恢复风温和喷煤，最后调整料制。

⑸ 长期不顺的高炉，风量与风压不对应，采用上部调剂无效时，要果断缩小风口面积，或堵部分风口。

⑹ 炉墙侵蚀严重，冷却设备大量破损，不宜采取强化操作。

⑺ 炉缸水温差高，要及早采取TiO2矿护炉，提高炉温等措施，堵部分风口，提高部分冷却设备冷却强度等。关注水温差曲线出现拐点和热流强度超过警戒值.要分析出是真实水温差高,还是炉皮串风?

高炉专家系统 篇6

关键词：高炉 泥炮 液压系统

前言

高炉泥炮是高炉生产的重点设备之一[1]，泥炮能否正常工作，直接关系到高炉的生产能否顺行。传统液压系统的设计主要考虑系统的工作能力、可靠性及成本，不太注意系统的效率[2]。系统的效率大多在50%左右，造成能量损耗过大，因此其节能的潜力很大。而造成液压系统效率低的根本原因是功率不匹配。提高液压系统效率的基本途径，是使系统的输入功率与执行元件的输出功率相匹配，功率匹配程度愈高，系统效率愈高。

本文针对山东钢铁莱芜分公司炼铁厂高炉泥炮液压系统的现状，介绍定量泵液压系统的功率匹配方法与节能途径。

1.液压传动的特点

①体积小、重量轻、单位重量输出的功率大；②在大范围内实现无级调速；③操纵控制方便，与微电子技术和计算机技术的结合已成为实现自动化的重要手段；④惯性小、响应快；⑤易实现过载保护，安全性好，采用矿物油作工作介质，自润滑性能好。

2.高炉泥炮液压系统设备简介

该液压系统使用40#抗磨液压油。加油时油液必须超过上部液位计刻度。运行前应确保液压站与油缸连接的管路经过清洗，以及液压油符合清洁要求。使用前点动电动机，确定电机旋转方向正确。本液压站泵组额定压力为20MPa，液压站37KW泵组采用手动变量柱塞泵，如系统需要采用较高压力，可人为调低油泵流量，调高溢流阀压力（最高压力不应超过25MPa），并在调整过程中注意观察电机电流不得超过其额定电流。

3.定量泵液压系统

定量泵液压系统是定量泵供油，用节流调速的方法调节执行元件的速度。其功率损失较大，效率低，但由于结构简单，成本较低，仍被各行业广泛地应用。造成定量泵液压系统效率低的根本原因是定量泵的输出压力、流量与负载所需的压力、流量不匹配，产生溢流、节流和卸荷能量损失。因此定量泵液压系统的节能途径就是尽可能的使系统的输入功率与执行元件的输出功率相匹配。

定量泵液压系统中单定量泵供油是最简单的回路。但这种回路只适用于恒压力、恒流量的载荷类型。如果用在多负载多速度的工作循环中，则效率在35%以下。因此，根据功率匹配的原理，对多负载多速度液压机械，可选用多泵驱动回路。图1是由三个定量泵组成的驱动回路，由控制阀4、5、6控制向系统供油，可得七种流量组合（若用四台泵，可组合出十五种流量），这种多泵驱动回路用于多负载、多种速度的液压机械， 比用单泵驱动， 可以节能50%以上。

1 高压小流量泵；2、3 低压大流量泵；4、5、6 程序控制器

在定量泵系统，采用恒功率调速的方法也可提高系统效率。恒功率调速的调速特性类似于恒功率变量液压系统，但成本较低。泵输出流量QS =const，泵输出压力油液P作用在压力自动控制节流阀的控制活塞S1和节流阀芯S2上。

当系统压力小于阀4的调定值时，即PS1≤PS2+kX0时，由于节流阀口未开，阀口通流面积a=0，经阀口的溢流量QL=0，因而进入执行元件的流量QC=QS-QL=QS，此时，执行元件具有最大速度。

当系统压力大于阀的调定值，即PS1>PS2+kX0 时，节流阀阀芯上移，阀口开启，a>0，部份液流经节流阀口溢流，进入执行元件的流量QC =QS-QL

4.结论

在山东钢铁莱芜分公司炼铁厂泥炮的液压系统中，存在一定的定量泵，而定量泵在运行过程中由于能源利用率偏低，造成管路中出现噪音和管路振动，室油温升高过快，大大缩短了备件的使用寿命，通过改造后，保证了高炉泥炮液压系统正常运行，为高炉的稳定顺行创造了良好的条件。

参考文献：

[1]尹富荣.开铁口机雾化系统在衡钢高炉上的应用[J].金属材料与冶金工程，2011（4）：41-43

[2]张守喜.本钢新1号高炉移盖机和开铁口机改造实践[J].本钢技术，2011（5）：23-25

作者简介：

高炉专家系统 篇7

从20世纪50年代起, 国内外就已经进行了很多高炉过程控制方面的研究。从早期的单一静态模型到70年代的基于理论推理与实践相结合的炉况综合判断 (GO-STOP) 系统, 80年代出现的基于规则库和推理机的炉况诊断专家系统, 90年代结合数学模型的多目标专家系统, 近年又出现了直接参与控制的闭环专家系统。国外具有代表性的专家系统有芬兰罗德洛基专家系统[1,2,3]、奥钢联VAIron专家系统[1,2];国内有冶金部自动化研究院 (现名冶金自动化研究设计院) 的河北钢铁集团宣化钢铁集团有限责任公司和马鞍山钢铁股份有限公司高炉专家系统[1,4], 中国科学院的河北钢铁集团石家庄钢铁有限责任公司高炉专家系统[5], 北京科技大学与首钢集团合作的高炉冶炼专家系统, 浙江大学的高炉智能控制专家系统[6,7]等。

由于国外专家系统是基于原料品位高、稳定性好、监测数据齐全的高炉开发的, 因此虽然价格昂贵, 但在国内的使用效果却并不理想。而国内专家系统或偏重炉况炉热诊断专家系统, 或偏重优选法寻找最优操作模式, 功能相对单一, 故不少未能坚持下去。另外, 以上系统大都没有把专家系统与决策支持结合起来, 没有提供建立在一代炉龄数据库基础上的数据分析方法。

为此, 本文开发了基于专家系统的高炉智能诊断与决策支持系统, 并于2006年在江苏沙钢集团有限公司华盛炼铁二分厂6#高炉 (以下简称“沙钢6#高炉”) 应用, 充分发挥了计算机、人工智能与辅助决策的综合作用, 降低了异常炉况出现频率, 保障了高炉顺行, 达到了“高产、优质、低耗、长寿”的目的, 解决了工长凭经验判断炉况的片面性、工艺改进缺乏数据和分析方法、手抄报表费时易错等问题, 通过代替工长思考和帮助工长思考, 给工长省力, 实现了高炉智能诊断与决策支持。

1 系统组成

系统构成如图1所示。沙钢6#高炉原有位于主控室的监控高炉本体、上料、热风炉的工业计算机各两台, 采集数据的PLC包括高炉本体、热风炉、上料、喷煤、化验室PLC各一台, 构成生产局域网。本项目在主控室增加两台计算机作为服务器和客户端, 并新增一台打印机 (见图中虚线框内部分) , 其中服务器可以通过公司网与信息中心和厂办连接, 客户端可以增加为多个, 只要能连接服务器的均可。系统在服务器上运行数据采集软件模块和数据库, 将PLC检测参数处理后存储在数据库中, 高炉智能诊断与决策支持系统软件模块运行在客户端上。

运行在服务器上的数据采集软件模块以10 s, 1 min, 1 h, 1 d为周期, 对来自高炉本体、热风炉、上料系统、化验室和喷煤PLC的检测数据 (包括温度、压力、流量、出铁出渣成分、铁水质量、加料组成及质量) 进行处理后存储到数据库。数据处理包括对直接采集数据进行二次计算获得透气性指数、压量指数、全压差、鼓风动能、理论燃烧温度等, 并对冷风流量、热风压力、热风温度、料速等数据进行波动和梯度计算, 其中, 波动用于表征数据变化幅度, 梯度表征变化方向及加速度。

数据库采用关系型数据库, 记录了所有采集的过程数据和手工录入数据。共有数据表160余个, 按记录是否递增分为动态表和静态表。

动态表包括实时数据表、预处理数据表、历史数据表、生产数据表、统计数据表等。其中, 实时数据表是秒级记录的暂存, 每10 s一条记录, 对秒级数据均需进行均值滤波处理, 个别随加料周期变化的数据 (如十字测温等) 还需进行加料周期内滑动均值滤波处理;预处理数据表是分钟级记录的暂存, 每1 min一条记录, 这些表主要用于炉况诊断;历史数据表为小时级, 以1 h为间隔长期存储记录 (一代炉龄) , 主要作为数据仓库之用, 其中的炉缸温度也作为长期炉况趋势的判断依据;生产数据表包括出铁、出渣、变料、炉顶煤气成分等数据表, 这些表的记录是不定期的, 相应的生产事件发生时才记录;统计数据表为天级, 以1 d为间隔长期存储记录 (一代炉龄) , 主要包括利用系数、焦比等日生产指标。

静态表包括设备信息、数据字典、系统设置、人员信息、常数等表。每张表保存数据条数可以设置, 存储过程中数据库定期删除过期数据, 清理超过存储数目的记录以确保数据库不过度膨胀。此外, 还设有数据库阈值自学习功能, 供存储过程定期进行专家系统阈值自学习。自学习采用统计自学习方式, 可学习目标值 (最理想情况) 、正常值上下限 (高炉正常情况) 、极大极小值 (高炉异常但不是非常严重) 、最大最小值 (高炉炉况严重异常, 或者数据出现错误) , 并根据学习结果以一定学习率更新原阈值。该自学习算法在学习目标值、正常值上下限时, 以某个指标量作为抽取学习样本的参照, 指标量应该能够表征高炉状态, 一般为利用系数、焦比或冷风流量。指定指标量正常取值范围后, 系统自动抽取样本, 统计样本偏态分布 (相对于正态分布有一定的偏移) 的期望值作为目标值, 取某百分比作为正常值上下限。极大极小值、最大最小值的学习基于全体样本取某百分比。

2 系统功能

运行在客户端上的高炉智能诊断与决策支持系统软件模块, 通过生产管理、炉况诊断和数据分析等功能, 实现高炉状态分析和炉况诊断, 为决策提供支持。

2.1 生产管理

在客户端上进行生产管理时, 采用高炉配料计算Excel程序进行配料计算, 该程序将配料计算公式定义到Excel单元格中, 可以根据原料成分、焦炭水及配比的修改立即计算出焦比、碱度等, 一次操作几秒即可完成, 配料后使用变料单窗体导入高炉配料计算Excel文件, 系统自动将本次物料成分及配比等数据存入数据库。有新出铁时, 系统自动从化验室PLC读取铁渣成分、铁水质量等, 计算理论铁量、理论渣量、残存铁量等, 并由操作人员在出铁出渣画面手动输入估计成分和铁水去向。化验室电话通知炉顶煤气化验成分时, 由操作人员在混合煤气成分画面手动输入煤气成分、煤气利用率和热值。调整风口后, 操作人员可以在风口参数画面手动输入风口直径和长度等参数。班次结束时, 操作人员在交接班画面输入交接班记录。每天生产结束时在高炉日志画面生成日报并打印, 在加料报表画面生成加料报表并打印。每月结束时在高炉月报画面生成高炉月报并打印。报表以Excel文件形式存储在指定的年月目录中以便查看。

2.2 炉况诊断

高炉生产操作主要是配料并把炉料及时装入炉内、保持煤气流与炉料良好接触并使炉料均匀下降以及保持规定的炉缸热状态, 从而获得合格的生铁。由于高炉是密闭机组, 难以直接了解炉内情况, 因此通常高炉工长要监视许多表征炉内反映炉况的参数并综合判断, 出现异常或失常炉况时及时调整, 以保证高炉顺行, 这是工长最主要的工作。在本系统中, 炉况诊断由专家系统根据建立的规则由推理机自动完成。

2.2.1 建立规则库

规则库存储根据熟练工长判断炉况的经验和炼铁工艺理论编写的规则。所用规则属于产生式规则, 规则形式为:“If风量>正常值上限and热风压力<正常值下限then炉况=炉温向凉概率=30”, 本规则可解释为:如果风量偏大且风压偏小, 则有30%的可能是炉温向凉。由于对应每种异常炉况都有多条规则, 因此, 我们采用综合运算方法 (又称独立乘积法) , 把相同结论 (规则中then部分) 但前提 (If部分) 不同的规则进行综合运算, 以得出该结论的最终概率。例如当两条规则同时推出炉温向凉时, 如果概率分别为20%和30%时, 经过概率综合运算后的概率为 (1- (1-0.2) (1-0.3) ) ×100=44%, 计算结果表明:如果高炉出现两条规则的前提所示情况时, 则会出现炉温向凉的概率为44%。采用概率综合运算方式, 就可以将多影响因素分别放在多条简单的规则中, 不仅简化了构成规则的复杂度, 而且符合操作员判断炉况的推理思维。

这里值得一提的是, 规则中的“正常值上限”和“正常值下限”是可以改变的阈值, 这是本系统的创新点之一, 具体做法是根据高炉冶炼问题的本质, 将规则分为本体和阈值两种, 规则本体反映的冶炼规律是国内外多年炼铁经验的积累, 在不同高炉上都适用, 属于质的层面;而阈值则反映了不同高炉及同一座高炉不同时期的差异性, 属于量的层面。规则本体是固定的, 阈值是可以改变的, 这样, 规则中的“正常值上限”和“正常值下限”就可以通过阈值自学习或在辅助功能模块的数据界限值画面设置来修改。由多条规则形成的规则库以XML文件的形式保存, 规则库的编辑在专门的专家系统开发工具中完成, 修改规则就像编辑文档一样方便, 修改完成后直接覆盖旧规则库文件就实现了规则库的更新。

2.2.2 推理

推理机定时将高炉实际运行数据 (包括整理的复合数据) 与规则库中的规则进行比较和推理以得到炉况诊断结果。推理使用的事实来源于存储在数据库中的采集数据和输入数据等, 通过将规则库变量与数据表列进行配对可以提取用于推理的数据, 当数据库增加新列时, 不需要修改程序即可将其用于推理。在事实 (包括中间推理结论) 使用完成之前, 系统会一直循环匹配规则库, 每循环一次产生的中间结果存放在冲突集中, 对冲突集进行冲突消解时取规则中优先级高的, 如果优先级相同则取第1个。推理机的推理流程如图2所示, 推理方式为正向推理, 推理过程中保存了规则的匹配状态等, 而略过了已经证真或证伪的规则, 以提高推理效率。推理过程解释图中包括使用的规则、规则成立的原因, 如图3所示。

2.2.3 炉况诊断结果

系统每隔1 min进行炉况短期诊断, 包括边缘过分发展、边缘不足、中心过分发展、中心不足、偏料、悬料、崩料、管道;每隔15 min进行中期诊断, 包括炉温向凉、炉温向热、碱害、低料线;每隔2 h进行长期诊断, 包括炉缸堆积、炉墙结厚。炉况诊断结果中将操作指导以醒目的画面 (如图4所示) 显示供工长决策, 诊断结果按照概率从高到低排列, 并以醒目的饼图方式显示各种异常炉况, 颜色愈红表示发生的几率越大, 颜色越绿表示发生的几率就越小 (图下方显示的“异常炉况”饼图的颜色由左至右分别为红、橙红、黄、浅绿、绿、深绿) 。系统针对各种异常炉况给出操作指导并且保存在数据库中 (可修改) 。

2.3 数据分析

通过数据分析画面可以进行数据挖掘的趋势及频度分析、回归分析、相关分析、主影响因素分析和分布分析, 分析对象是存储到数据库中的所有过程数据, 分析后可以导出Excel格式的分析报告, 还可以保存/打开一个分析, 以避免重复设置。

数据趋势表示特征的连续变化, 高炉生产属大惯性连续过程, 掌握既往炉况变化趋势是进行当前高炉操作的必要条件。本系统设有高炉主要数据趋势的图表及柱状图画面, 进行趋势分析时, 只需设定好时间范围后在备选列表中选好要分析的表的列名, 用鼠标拖拽到绘图区, 系统就可绘制趋势加频度图, 只需拖动红色拉杆就能查看某时刻的具体值, 可以在一个或多个坐标系上同时绘制多个单位相同或不同的量以查看量之间的关系, 还可以切换到柱状图画面查看分布状况。

回归分析是将因果关系定量化的方法, 所得方程可作为经验公式使用。回归分析采用的是基于最小二乘法的多元线形回归和一元多项式回归。操作时只需选择2个以上绘图变量拖拽到绘图变量框, 即可绘制散点图并计算回归方程。

对于影响因素之间的定性关系往往可从操炉实践中获得, 比如风量与产量成正相关关系, 但是其间的定量关系必须通过统计方式才能获得。相关分析通过解协方差矩阵计算过程量两两相关系数, 越接近1表示越正相关, 越接近-1表示越负相关, 接近0表示不相关。本系统设有高炉主要相关数据的图表, 例如要分析鼓风动能、喷煤量、富氧量与炉顶煤气利用率之间的相关关系, 只需在含有该相关数据的图表中, 拖拽至少一个原因变量和至少一个结果变量, 系统即可自动计算变量间的相关系数。

分布分析的一个典型应用是分析一段时间内以十字测温表征的煤气流分布曲线, 该曲线能直观地反映出是否有边缘或中心发展或不足, 是否有管道行程, 这些是衡量炉况的重要依据。分布分析还可以定制成炉体各段温度分布曲线看是否有边缘发展或不足。例如使用十字测温东西向9个点和南北向9个点分别绘制一条曲线, 代表炉顶煤气分布, 指定时间范围后, 该分布图还可代表一段时间内的炉况, 比如一班或一天。

另外, 还可以在工艺计算画面进行物料平衡、热平衡、直接还原度、理论焦比计算, 计算依据物质不灭论和能量守恒定律。指定计算起止时间后, 相关的原料、渣铁、煤气等成分可由系统自动提取平均值并计算, 该计算可以作为报表导出到Excel。工艺计算中常用的鼓风动能、风口区理论燃烧温度、冷却强度等均可在服务器数据处理过程中在线计算。通过工艺计算, 可以检验高炉是否存在丢料和不明热损失等。而Rist操作线反映了矿石氧化度、生铁成分、鼓风量、高炉内铁还原度、炉顶煤气成分等变化与燃料比的关系, 它用于分析高炉内能量利用情况, 探求高炉冶炼最佳条件, 对进一步提高高炉冶炼效果和降低能耗, 具有十分重要的理论和实际意义。在本系统Rist操作线画面中, 只需输入成分即可自动绘图并计算出理论操作线方程、实际操作线方程、炉身效率和节焦潜力等, 如图5所示。

2.4 数学模型

由于高炉过程复杂, 许多表征高炉状态的数据靠经验很难准确判断, 必须经过复杂的计算。为此, 本项目开发了多个数学模型, 包括一般模型 (如配料模型[1]等) 和控制模型, 其中, 控制模型中的炉热推断模型计算碳温指数, 使工长间接了解炉温水平;下料模型计算某溜槽角度的炉料落点, 使工长调整矿石、焦炭的溜槽角度时不再盲目;热风炉燃烧优化模型计算最佳空燃比, 保障送风热量, 保护拱顶和烟道设备;离线软熔带模型根据输入的炉喉径向煤气成分, 采用分割圆筒的方法计算软熔带形状及位置;等等。

2.5 软仪表

软仪表综合了实际单一仪表的测量结果, 通过改变其排列组合和显示方式使检测结果更直观。本项目开发了多个软仪表, 其中有代表性的是炉喉煤气分布 (图6) 。高炉炉内煤气流分布反映炉料与煤气流是否接触良好, 是高炉操作的重要指标, 但由于设置多台或多点切换自动分析炉喉多点的煤气成分系统难以实现且价格昂贵, 因此, 通常利用炉喉料面上各点的煤气温度与其煤气CO和CO2体积分数有关, 采用十字测温装置测量东西和南北两个径向各点温度, 以间接了解煤气流分布。这里我们采用软仪表将通常仪表只能记录的温度与时间关系曲线变换成如图5所示的炉喉径向各点位置与温度的关系曲线;此外, 还利用炉顶测量总煤气成分测得的CO和CO2体积分数、高炉炉喉十字测温装置处的总面积、十字测温径向各点圆环面积, 通过专门的数学模型和每隔一定时间人工分析炉喉各点的煤气CO和CO2体积分数进行修正, 以连续得出径向各点的CO和CO2体积分数关系曲线。

3 技术创新点

(1) 将人工智能与数据挖掘技术结合, 发挥智能诊断、决策支持、管理自动化的综合效应, 提高了工长决策质量;

(2) 立足于现有检测条件对同一炉况建立多条规则, 对不同因素的影响进行概率综合, 增强专家系统诊断准确性和对数据缺失的容错能力;

(3) 区分专家知识中的不变与变, 不变的部分作为规则本体写入规则库, 变化的部分作为阈值由计算机进行统计自学习。这种知识工程方式解决了不同高炉和同一高炉不同时期规则库的适用问题, 大大方便了专家系统的推广, 增强了专家系统的鲁棒性;

(4) 建立了一代炉龄数据库, 并在此基础上为工长提供了趋势频度分析、相关分析、回归分析、主影响因素分析等手段, 分析场景可保存, 可导出分析报告;

(5) 开发了Excel配料程序及配料Excel文件导入程序, 使配料只需几秒即可完成。

4 总体性能指标与国内外同类先进技术的比较

沙钢6#高炉总体性能指标与国内外同类先进技术的比较如表1所示。

本系统与国外先进技术对比, 优点是对原燃料、基础自动化无特殊要求;规则与阈值分离以及结合阈值自学习使专家系统规则修改方便, 且有自适应能力;提供一代炉龄数据库基础上的数据挖掘工具;具有丰富的中文报表;成本低。不足之处是数学模型不多, 特别是依赖于特定数据的工艺模型少, 这主要是考虑到国内大部分钢铁厂的设备和原料条件较差, 导致工艺模型很难适用。

5 经济效益

厂方统计了沙钢6#, 7#, 8#高炉2006年8~11月的指标, 见表2, 这3座高炉类型和容积相同, 6#高炉应用了专家系统, 而7#和8#高炉未使用。

按生铁目前市场价2 400元/t, 生铁利润300元/t, 焦炭价格1 000元/t, 煤价格600元/t, 每年按实际生产353 d计算, 根据表1可得到本系统使用后所带来的经济效益如下:新增产值2 795.76万元/a, 增产利润349.47万元/a, 降低焦比节支428.47万元/a, 增加喷煤成本146.9万元/a, 年增收节支总额631.04万元/a, 新增利税788.22万元/a。上述经济效益是经财务部门认可并盖章的。该项目总投资为100万元, 由此可见, 其投资回收期不到2个月。

6 结束语

本系统已在江苏沙钢集团华盛炼铁二分厂6#高炉上使用7年, 并申报项目专利一项[8]。

本系统对已具备基本的基础自动化条件的中小高炉均可推广, 项目周期在2个月以内。对基础自动化齐全的大高炉, 如果原燃料及铁渣成分分析准确、及时, 还可扩充规则库和有针对性地增加数学模型。由于规则具有开放性以及专家知识具有通用性 (指其中定性部分) , 因此专家系统会随着项目的推广和工艺人员的改进越来越强大。

本系统的推广将使第2代高炉操作水平发生质的飞跃, 能提高操炉科学性和管理信息化水平, 起到稳定炉况、节能降耗、降低成本作用。本系统作为厂级信息化节点可在其上构建三级系统, 实现计划执行跟踪、铁水质量跟踪、能源管理、指标横向对比分析等功能, 从而提高全厂信息化水平。

参加本系统共同开发的还有冶金自动化研究设计院何岱、祝小鸥, 江苏沙钢集团有限公司孙自卫、陆亚飞、崔崇高、高永生、钱兴南等同志。

摘要：根据国内外高炉自动化的进展及运行经验, 开发了基于专家系统的高炉智能诊断与决策支持系统, 其主要特点是低成本、功能齐全、实用、先进和经济效益明显, 它是在原有系统中增设少量硬件而成。该系统实现了生产管理、炉况诊断、数据分析、数学模型和软仪表等功能。系统投入使用后, 起到稳定炉况、节能降耗、降低成本的作用。

关键词：专家系统,智能诊断,决策支持,高炉

参考文献

[1]马竹梧.炼铁生产自动化技术[M].北京:冶金工业出版社, 2005.

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高炉专家系统 篇8

莱钢2#1880m3高炉于2004年开炉。自2007年起, 炉缸炉底逐渐被严重侵蚀, 尤其是2008年下半年以来, 随高炉冶炼强度的提高, 高炉炉底炭砖的温度、炉底冷却肇温度、l一3段冷却壁水温差均普遍升高, 局部已达到警戒限, 炉缸、炉底侵蚀严重, 威胁到了该高炉的安全生产。为了延长1880m3高炉寿命, 莱钢采用东北大学开发的高炉炉缸内衬侵蚀状态分析定制系统, 并于对该高炉炉底、炉缸的冷却水系统进行了改造。本文结合莱钢2#1880m3高炉炉底、炉缸的侵蚀状况, 分析其侵蚀机理, 旨在为新建高炉提出减缓炉底、炉缸侵蚀的相关建议。

1、高炉炉底、炉缸结构

莱钢2#1880 m3高炉炉底、炉缸采用炭砖一陶瓷杯复合砌体, 炉底砌砖为4层炭砖+2层陶瓷杯, 总厚度3.2m (第1、4层炭砖厚度600mm, 第2、3层炭砖厚500mm, 2层陶瓷杯每层500mm) , 炉缸侧壁为12层500mm厚环炭砖, 第5层长2197mm, 第6层长1990m m。其中炉底炉缸环炭部分采用的是国产微孔炭砖, 炉底中间部分采用的是国产半石景化炭砖, 陶瓷杯材质为国产刚玉莫来石。炉缸采用光面冷却壁, 炉底采用水冷形式, 炉腰至炉身中下部采用板肇结合冷却形式, 从炉缸到炉身采用串联软水密闭循环冷却形式, 炉缸进水压力为0.65MPa, 水温42~45℃。炉缸共有冷却壁5段, 铁口在第3段, 风口在第5段。

2、高炉炉底、炉缸侵蚀状况

莱钢2#1880m3高炉于2004年9月投产以来, 炉底炉缸侵蚀严重。虽然采用钛矿护炉, 下部加长风口长度、缩小风口面积, 炉缸外部打水, 进行炉缸水系统改造加大冷却强度, 控制冶炼强度操作等措施, 但炉缸热流强度仍处于危险值。

炉缸环炭部分采用的国产微孔炭砖侵蚀较为严重, 特别在炉缸下部和炉底交接处, 形成了一个环状熔蚀带。其中侵蚀严重的第5、6层炭砖周向大部分部位仅剩余400—500mm长, 而在热流强度大的10号风口下方。第5层炭砖剩约350咖厚, 150咖长, 第6层炭砖已被完全侵蚀掉, 至第7层炭砖逐渐加长, 状况非常危险, 有烧穿的可能。在炉缸侧壁环状侵蚀区, 周向砖衬上有较厚的凝结物, 外观为大量红色颗粒的物质, 硬度较大, 厚度达100mm左右, 敲开的断口呈棕黄色。从炉缸上部到铁u区间, 砖衬上的凝结物由外观断定是炉渣和焦炭的凝结物。炉缸铁口区以上, 炭砖侵蚀轻微。

3、高炉冷却壁热流强度及水温差在线检测

炉缸是高炉本体难以维护的区域, 是决定高炉寿命的关键部位。炉缸的侵蚀大体上可以从传热学及流体力学出发来解释。对炉底来说, 一般要降到1150℃左右才能使铁水粘结, 因此温度的实时监控就显得特别的重要。数据处理中心由RS485通讯服务器和P C工业控制机组成。数据处理中心是负责将水温差检测, 流量检测传送来的测量的数据信号通过运算以及软件对检测数据进行处理后, 再进行误差的微调修正。热流强度与侵蚀形貌的关系也在画面中形象显示, 便于操作人员实施监控, 表1。

4、系统软件的设计及功能要求

4.1 系统软件的设计

4.1.1 数据库的建立和数据传输接口软件设计

采用在Windows XP服务器上安装SQ L SERVER 7.0关系型数据库, 建立炉缸监控实时数据的数据库。实现了数据长期、可靠地保存, 十分有利于程序设计。为了把实时数据存储到数据库中, 使用FORTRAN、J AVA等语言设计应用程序。设计的数据传输接口软件又称为数据网关, 它完成了VA X机DECnet网络中实时数据到数据通讯计算机的采集、处理。

4.1.2 实时监控软件的编制

根据高炉炉缸侵蚀监控系统的功能要求, 应用Delphi程序设计语言, 设计了实时监控软件。该软件通过调用SQL语言设计的数据库存储过程, 克服了数据查询等待时间长、容易出现用户等待超时等故障。为维护数据库的安全性, 分别定义所有用户的使用权限, 并定时备份数据库, 便于系统出现故障时, 可迅速恢复。由于本软件设计中应用了大型网络数据库, 十分有利于今后的数据扩充和利用, 也为将来的功能扩充奠定了较好的基础。

4.2 系统功能要求

该系统在高炉炉缸不同部位增加安装了60支热电偶, 在线实时测量、记录炉内不同位置温度的数据, 通过对这些记录数据及控制系统内其它控制点数据的采样, 并设计、运行相关的模型, 实现高炉炉缸侵蚀的实时监控与分析。

高炉炉缸内衬侵蚀状态定制系统的功能要求如下: (1) 以分钟时间间隔采集、记录高炉炉缸各温度检测点的瞬时值, 通过数据预处理并建立相关的历史数据库。数据库中设计有上、下限监视值、模型要求的相关数据和状态。 (2) 具有分层棒状图、历史趋势等图形显示功能。显示图形可以向前、后自由翻页, 可以压缩或拉伸, 能够自由定义时间坐标。 (3) 根据各点温度及传热理论建立炉底、炉缸等温线数学模型, 并用5个剖面图形画面显示。 (4) 利用原有的生产数据、本项目采集的数据和部分人工输入数据, 完成部分数据处理和技术计算, 如热负荷计算。 (5) 实现报表打印, 图形、画面拷贝。

5、结语

采用高炉炉缸内衬侵蚀状态分析定制系统能够推定高炉炉缸炉底侵蚀线的位置和形状, 及时了解炉衬侵蚀状态。从计算所得的侵蚀图来看, 侵蚀轮廓是比较合理的, 与实际侵蚀情况非常相近。通过应用新技术、新工艺, 系统运行稳定可靠, 控制精度高, 能及时了解钢坯侵蚀状况, 能及时的采取相应对策, 大大减少了钢侵蚀的现状, 提高了后续轧制产品的合格率, 进一步提高产品的竞争力, 带来了显著的经济效益和社会效益, 更好地满足了生产工艺的要求, 具有在同类生产线上推广应用的价值。

摘要：本文介绍了高炉炉缸内衬侵蚀状态分析定制系统的研制和开发过程, 主要阐述研制过程中对网络系统原有资源的利用及系统设计方法, 并且为及时掌握炉缸侵蚀的状况提供了一种有效的方案。

关键词：高炉,炉底,炉缸,内衬侵蚀

参考文献

[1]张皖菊, 张影.杜钢.高炉炉缸炉底侵蚀机理研究进展[J].钢铁研究, 2001.

高炉喷煤的控制系统设计 篇9

1.1供电负荷

1座2 500 m3容积高炉喷煤工程内容应包括原煤上料系统、制粉系统、喷吹系统、干燥剂系统等。喷煤系统总装机容量约为3 540 kW, 其中高压负荷为2 540 kW。

1.2供电方案

该系统设1 000 kVA变压器 2 台 (不同的工程详细数据可能有变动) 。在喷煤主厂房内设有喷煤车间低压配电中心, 所有喷煤主厂房内的低压负荷都通过低压配电屏引出。

1.3主要电气设备选型

(1) 变压器采用运行稳定、安全、可靠的S9-M型全密封式变压器;

(2) 变压器至低压进线柜之间的连接采用由专业厂家量身定制的全封闭式母线槽;

(3) 低压开关柜采用TG6型开关柜;

(4) 低压元器件采用先进、成熟产品, 便于维护, 缩短故障处理时间, 如CW1、CM1系列等;

(5) 喷煤系统的电气、仪表、计算机合一, 采用PLC系统进行控制。

1.4自动控制网络

(1) 一级操作站采用专用工控机。

(2) 操作站与PLC系统之间的通讯采用工业以太网。

(3) PLC系统通过控制高、低压配电柜来控制现场设备的启动与停止。

(4) PLC系统通过继电器接口柜直接控制现场阀门的精确调节与开闭。

1.5电气传动

为提高喷煤系统的自动化水平, 保证质量, 节约能源, 提高生产效率, 原煤上料系统、制粉系统、喷吹系统、干燥剂系统等采用先进的“三电”合一控制方式。喷煤系统所有用电设备均设短路保护。高压电机设速断、过负荷、单相接地保护等, 低压电机采用接触器启动, 具有高分断能力的自动开关作短路保护, 热继电器作过载保护。生产线上的大部分低压设备采用操作站和机旁两种控制方式, 高压设备增加高压开关柜控制。操作站控制由PC操作站连接PLC系统来完成对生产设备的高度自动化控制, 监视及故障报警, 可检测各个系统中生产设备的工作状态与各个系统中一些重要的工艺参数, 并可按已确定的控制原则对各个设备进行控制和调节, 操作人员可通过CRT上的实时动态画面监视现场的生产状况。机旁控制主要用于检修及试车。

1.6照明

主厂房照明主要采用汞钠混光灯及反射型投光灯, 喷吹车间采用防爆灯。车间变电所、主控室、操作室、办公室、值班室等采用高效节能荧光灯照明, 主控室等重要部位配有消防应急照明灯。

1.7防雷接地

主厂房采用避雷带防雷。变压器二次侧中心点接地, 变电所接地电阻不大于4 Ω。正常非带电设备金属外壳、电缆桥架等均与工作保护接地网相连。计算机系统单独接地, 其电阻值按设计要求。

1.8电缆敷设方式

厂房内电缆线路尽可能采用电缆桥架或电缆沟敷设, 局部配管。低压电缆均采用一般低压电缆, 模拟量使用的电缆均采用屏蔽电缆。

1.9防火措施

变电所、低压配电中心、中央控制室等进出电缆的孔洞均采用耐火堵料加以封堵。

2自动化仪表及计算机系统

2.1自动化仪表

在喷煤系统中, 所有设置的仪表均进入PLC系统, 由操作站加PLC系统完成过程检测、控制、越限报警、主要运行参数记录及趋势分析等功能。

2.2主要检测、控制项目

(1) 磨机进出口温度、压力监测, 磨机进出口温度与压力的动态监视能使操作工实时的掌握好磨机的运行情况, 使磨机达到最佳运行状态。

(2) 布袋收粉器温度、压力及布袋收粉器灰斗温度的监测, 该温度与压力的动态监测能保证布袋收粉器安全、稳定进行收粉工作。

(3) 磨机减速机及其润滑、液压系统温度与压力的监测, 该温度与压力的动态监测是保证磨机安全、可靠、稳定运行的必不可少的手段。

(4) 喷吹系统气源的压力监测, 该压力的动态监测能够保证喷吹系统的稳定运行。

(5) 各个喷吹罐温度、压力监测, 喷吹罐温度与压力的动态监测是使喷吹系统喷向高炉的煤粉稳定、连续的有效保证。

(6) 喷吹管道的压力监测, 该压力的动态监测可以使操作工迅速、准确地判断煤粉的通畅状况。

(7) 烟气炉系统的煤气、空气流量监测, 该流量的动态监测可以了解烟气炉的燃烧状况, 以保证烟气炉系统稳定运行。

(8) 烟气炉系统的温度监测, 该温度的动态监测可以掌握烟气炉的燃烧状况, 使烟气炉系统能给整个喷煤系统提供稳定的、高质量的烟气, 以确保喷煤系统稳定、可靠的运行。

(9) 布袋收粉器后的流量监测, 该流量的动态监测能使操作工控制好制粉系统的风量, 以使制粉系统生产出合格的煤粉。

(10) 磨机电流、减速机轴瓦温度的监测, 该二项参数的动态监测可以实时掌握磨机电机、减速机的运行状况, 以保证系统的正常运行。

2.3调节手段

(1) 磨机出口温度的调节, 该系统是根据磨机出口温度和由进出口差压及流量构成的气阻这一复合工程量来调节进口干燥气体和原煤给煤量的综合性调节系统。

(2) 烟气炉燃烧的调节, 该系统是根据烟气炉内煤气与空气最佳燃烧比例与烟气炉内温度要求, 通过煤气流量设定实现的。

(3) 喷吹罐压力的调节, 该调节是根据喷吹罐喷吹压力的需要设定, 通过自动均压手段实现。

2.4保安措施

(1) 磨机进出口压力的超限报警的措施;

(2) 磨机进出口温度超限报警与停止制粉系统的措施;

(3) 各电机与减速机轴承温度超限报警与停车的措施;

(4) 煤粉仓温度超限报警与充氮气冷却、防爆的措施;

(5) 喷吹管道压力的超限报警。

2.5阀门的控制

在本设计方案中, 喷煤系统的所有调节阀门均取消伺服放大操作器, 通过PLC系统的模拟量输入与数字量输出精确地调节阀门, 从而改善了系统的可靠性, 控制精度也得到很大程度的提高。

2.6主要仪表的选型

喷煤系统中的仪表选型各种各样, 现将常用的主要仪表选型列出以供参考:料位仪表选择德国VEGA产品;压力仪表横河川仪EJA或PDS系列产品;温度仪表主要的采用热电阻与热电偶;流量仪表采用不锈钢流量孔板加差压变送器或是涡街流量计的方式;称重仪表采用余姚太平洋的称重产品。

2.7计算机系统

计算机系统采用仪电合一的一级控制系统, 并设有工程师站、操作站。工程师站为工程师专用站, 主要用于程序的修改、参数的更正、画面的调整等。操作站为操作人员专用站, 操作站上设有丰富的画面, 所有工艺参数、各类运算和控制、设定都可通过CRT监视和键鼠操作完成。

根据以上的控制系统方案设计, 可以确保喷煤系统的可靠、稳定的运行。同时, 该系统还为今后上二级管理系统留有接口, 自动化系统主要硬件配置如下:

(1) PLC:1 套; (2) 工控机:3 台; (3) CRT:3 台; (4) PLC控制柜:1 套; (5) 计算机工作台:1 套; (6) UPS:1 台。

3结束语

高炉卷扬机调速系统研究 篇10

随着我国现代化进程的不断加快,在各个领域的发展过程中对钢铁需求的数量与质量与日俱增。作为整个钢铁生产中的重要环节高炉上料主卷扬系统负责原料的输送,对卷扬系统采用高新技术进行合理控制与优化便成为现代钢铁工艺中的一个重要课题。

2 原高炉卷扬机调速方法与存在的问题

卷扬机传统的调速方法是:由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。系统由一台6极55kW绕线式电机拖动,转子回路靠切换电阻实现速度调整,主令控制器(与电机同轴连接)采集料车位置,控制电阻投入切除,同时控制机械抱闸开闭。该调速方法属于绕线式异步电动机转子回路串入附加电阻调速方法。该调速系统存在以下缺点:

(1)采用绕线转子异步电动机,通过集电环和碳刷在转子回路中串入若干段电阻,由于该调速方式为转子串电阻调速,电阻容易烧毁,加上卷扬机钢丝绳松紧程度不一致,有时出现料车“挂顶”事故,严重影响了生产。

(2)能耗高,大量的电能消耗在转差电阻上,造成了严重的能源浪费,同时电阻器的安装需要占用很大的空间。

(3)低速机械特性软,因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现的,并且转速越低,机械特性越软,消耗在电阻中能量比例越大,极不经济。

(4)控制系统复杂,导致系统的故障率高,接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏,维护工作量很大,直接影响了生产效率。

(5)起动和换档冲击电流大,造成了很大的机械冲击,导致电机的使用寿命大大降低,而且极容易出现“掉道”现象。

(6)电网电压的高低对速度影响很大。

高炉冶炼必须维持连续生产,上料卷扬机工作节奏快且作业率高,要求动作必须迅速、准确并能承受相当恶劣的工作环境。它的电气传动系统必须满足调速性能优良、可靠性高、结构简单、维护方便等条件。变频调速是交流调速系统中当前最先进且发展最快的一种方式。它完全可以适应高炉上料卷扬机的一切工艺和控制特性要求。

3 系统改造方案

首先对于改造工程的变频调速系统,如果能够保留原有电动机继续使用,不仅可以使用节省电动机投资,还避免了机座号改变带来的基础重新施工的麻烦。只要恒转矩负载满负载长期运行转速在同步转速的60%以上,并且不会出现1 20%以上超同步运行的情况,可以考虑保留使用。鉴于以上两点原因,所以本系统改造时保留原绕线电动机,将转子短接后使用。

其次分析了异步电动机的矢量控制的原理实际上是对直流调速原理的模仿,有比较优良的调速性能。在实际生产值,料车卷扬机一般有三档速度,可以通过变频器的多段速度方式将不同的给定值通过参数预先设定在变频器内。这种方式的给定是有级变化的,精度高,不受干扰,转速变化过程也是无级地连续变化,仅稳定值是有级的。适合于稳定给定值不需要无级变化的情况。

此外,PLC以其可靠性高,灵活性强,使用方便的优越性使电气控制技术发生了根本性的根本的改变,因此本系统改造提出了基于PLC控制的变频调速控制系统。

4 控制系统设计

4.1 主卷扬机变频器的选型

这样,由图1-1可知,共有三级速度和两种绝对值不同的加速度,上述速度和加速度的改变可根据料车运动的位置开关,由PLC控制变频器的多功能输入接点自动切换来实现。

变频器是构成主卷扬控制系统的一个主要部件。300m2级高炉上料卷扬机的驱动电动机采用了6极55KW电动机。

高炉上料卷扬机的负载特点是重载起动,而且起动、制动和调速均相当频繁(每小时可达60次以上),根据所装备的卷扬电动机和上述特性要求,我们选用三菱通用型矢量控制变频器,其型号FR-A740-55K-CHT,完全可以满足高炉上料卷扬工艺过程对传动系统的要求。

4.2 电气控制电路实现

变频器的起动、停止控制以及运行方向的控制均来自PLC输出信号进行控制。系统控制需要输入点16个,输出点7个,因此选用西门子公司的S7-200CPU22X系列产品:CPU226模块,其I/0总数为40点,其中输入点24点,输出点16点。可带7个扩展模块,用户程序容量为6.6K字。内置高速计数器,具有PID控制器的功能。有2个高速脉冲输出端和2个RS485通信口。具有PPI协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。运行速度快、功能强,适用于要求较高的中小型控制系统。PLC接线见图1-2,变频器接线见图1-3。

卷扬电动机的正反转由变频器STF、STR来控制,用RH、RM来控制料车的运行频率即转速,上升斜率的变化有RT来控制。KA1为左料车上行信号;KA2为右料车上行信号;KA5为高速运行信号;KA6为转速运行信号;KA4为第二斜率上升信号。

5 小结

高炉冶炼必须维持连续生产,上料卷扬机工作节奏快且作业率高,要求动作必须快速、准确并承受相当恶劣工作环境。高炉上料系统利用现代计算机技术将PLC系统与变频器系统紧密结合在一起,实现PLC与变频器控制的统一,解决了因卷扬控制系统不稳定而造成的休风、停产问题,提高了卷扬上料系统的稳定性,降低了上料系统的故障率,实现优良的调速性能。

参考文献

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[2]王青芳,郭章庆,焦红现,等.变频调速在高炉卷扬上料控制系统中的应用[J].河南冶金,2006(1)

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[5]李旭.包钢1#高炉料车卷扬机的选型[J].包钢科技,2003(2).

谢幕的高炉 篇11

昆钢始建于1939年2月，是国家特大型工业企业，云南省最大的钢铁联合生产基地，是一个集钢铁冶金、矿业开发、机械制造、水泥建材、物流运输等为一体的企业集团。

昆钢集团总共有11座高炉，曾为云南省的经济社会发展做出过巨大的贡献。

组照拍摄于云南的昆钢五号高炉停产的当天，是昆钢集团响应国家“去产能化战略”，决定停止生产的7座高炉中最后一座停产的高炉。我拍照的当天，五号高炉最后出完这炉铁后，将退出历史的舞台。照片中的炼铁工人怀着复杂心情坚守着最后一班岗。

停产之后，他们中有的人将退休回家、有的人将转到其他的工作岗位上去……

杜建林今年39岁，自技工学校毕业后就进了昆钢，在五号高炉当一名着水工，负责高炉水冷却系统的管理与监护。 五号高炉停厂后，杜建林将转岗到昆钢新区炼铁厂去做一名炉渣处理工。

高炉专家系统 篇12

高炉炼铁是钢铁制造业的关键过程[1], 直接影响钢铁企业的发展。而实现高炉冶炼过程的智能控制成为炼铁技术进步的前沿课题[2]。所以, 利用专家系统实现对高炉冶炼过程的控制是高炉计算机控制的发展方向。而所谓的专家系统 (Export System) 则是一种智能化的计算机系统, 它能够模拟人类专家对复杂的过程进行跟踪、控制和管理[3]。同时应用高炉专家系统能够提高高炉的操作技术水平, 挖掘高炉生产潜力, 节能降耗, 提高经济效益。

专家系统主要包括数据采集及分析整理、高炉炉况异常和炉热趋向、高炉配料计算数学模型和生铁成份预测、炉热指数及铁水硅含量数学模型等功能[4]。其中数据采集及处理占整个系统开发时间的35%, 它是专家系统模型开发的基础和重要组成部分, 必须要保证其运行的稳定。

本研究根据江苏永刚集团进行高炉专家系统开发的经验, 结合一般工业企业对于数据采集及处理的研究, 并针对高炉数据的自身特点及专家系统使用的需要, 总结高炉专家系统开发中数据采集的几种方法, 给出数据预处理的主要方法。

1高炉专家系统数据采集

经过最近几年的大修和引进新技术, 江苏永刚集团公司的设备已基本达到现代化水平, 为进行高炉专家系统的研究提供了良好的硬件条件。该炼钢集团拥有两个炼铁厂, 其中炼铁一厂有3个高炉, 炼铁二厂有4个高炉, 每个高炉都由高炉本体、上料、喷煤、热风炉等子系统组成。其自动控制系统分为基础自动化和过程自动化, 并预留管理自动化接口。为了方便监视炉况, 高炉上设有成百上千个检测点。高炉监测系统主要采集以下参数:炉顶压力、热风温度、热风压力、冷风流量、炉顶温度、炉喉温度、料线高度、炉身静压、炉身炉墙温度、炉衬炉底碳砖温度、炉底温度、炉基温度等。

有些钢铁厂在高炉新建时已经考虑了未来高炉专家系统的开发, 也预留了接口, 如宝钢、武钢。而很多炼钢厂如鞍钢和江苏永刚就没有考虑未来专家系统的开发, 所以企业为了系统的安全, 要求高炉专家系统独立于高炉原有的二级系统, 建立单独的数据库。本研究主要介绍江苏永刚集团公司的数据采集。

永刚基础自动化PLC控制系统采用了西门子公司的S7-300系列, 上位监控软件采用界面良好的InTouch组态软件编制的AriTime, 通过工业以太网相互连接进行通信。AriTime采用C/S模式, 支持最新的OPC技术, 提供符合OPC规范的OPC服务器。因为OPC存在跨平台性能差 (只能在Windows操作平台运行) 和远程连接无法通过Internet上的防火墙的缺陷, 本研究设计开发了用于工业现场数据集成的IO Server系统, 它支持对不同工业现场数据的采集, 能够支持标准数据协议和接口规范, 对采集的数据节点按照一定的方式组织管理, 并将数据报送到远程的监控中心, 实现对工业现场数据集成的要求。它处于工业现场仪表设备 (或监控系统) 与上层的数据集成服务之间, 属于中间接口层程序。

IO Server包含OPC客户端, 完成对符合标准接口规范OPC的工业现场数据进行采集;针对XML技术在异构数据集成系统中的研究和应用, 用XML标准组织和描述采集到的数据, 对不同语言、平台开发系统的数据应用平台都有广泛的意义, 所以这种数据采集机制具有很强的适用性。

IO Server系统的采集部分封装OPC服务接口, 实现对提供OPC服务仪表设备和监控系统的数据采集功能;报送部分采用基于TCP/IP协议的Socket通信, 有效地解决了客户应用程序直接用OPC接口程序获取数据穿越防火墙和跨平台问题;在保证系统实时性的基础上提供有效的数据保护机制、维护机制, 保证了在网络不稳定的情况下报送数据的完整性, 从而突破了传统基于OPC数据采集的局限。

过程自动化后台采用Oracle数据库, 江苏永刚没有购买数据转储软件, 而是通过C#编程开发从IO Server取数据写入Oracle数据库中。实践证明利用C#编程数据转储开发时间较短且系统的稳定性较好。同时此系统可以有效地集成工业自动化系统的实时数据, 达到企业综合自动化系统对工业现场数据集成的目标, 故此系统还具有很强的可靠性。通过IO Server方式采集AriTime的数据并完成到Oracle数据中心转储, 同时将数据发送到引擎中进行分析。系统采集数据的时间间隔为1 s, 共从AriTime端采集2 000个左右数据采集点, 包括高炉本体、喷煤、上料、热风系统等数据, 通过Oracle客户端建立只读映射, 读取过程自动化动化系统数据 (如上料数据) , 以构建专家系统Oracle数据库平台, 专家系统数据采集系统结构如图1所示。

2高炉专家系统的数据处理

由于设备或外部干扰的影响, 从高炉上采集的数据并不能直接利用, 需要通过引擎分析把离散数据转化为业务数据, 业务数据包括一段时间的平均值、开关量启动时刻值等, 同时需要将采集的数据处理成粒度适合、去除了噪声干扰并且具有物理意义的数据, 从而为高炉模型的计算、推理和信息决策提供支持。数据预处理包括一次预处理和二次预处理, 一次预处理即实现数据平滑, 二次预处理即实现复合参数的计算、参数的特征抽取及参数的模糊处理[5]。

2.1一次数据预处理

2.1.1 数据均值处理

高炉生产数据的采样间隔是1 s, 而在高炉专家系统的开发过程中, 需要将采集的生产数据通过均值处理。根据查阅大量的文献, 借鉴其他高炉专家系统的开发经验与永刚的实际情况和需求, 本研究把数据统一处理成数据粒度分别为30 s、1 min、5 min和10 min均值的数据。下面举一个10 min均值处理的例子。

例如用一个表存储富氧流量、冷风流量、大气湿度、鼓风动能、理论温度、风口面积、炉顶压力、瞬时喷煤量、冷风压力、喷煤载气量和热风压力等高炉的操作参数, 主要用于高炉基础数学模型计算准备 (理论燃烧温度、鼓风动能、炉热指数等) 。

2.1.2 数据清洗处理

在高炉众多的传感器中由于原料装入的波动等因素不可避免地会产生一些干扰信号, 导致从数据采集系统获得的数据往往叠加有噪声, 为了提高数据处理的精度必须除去这些随机噪声, 通常采用平滑滤波处理的方法。目前随着计算机技术的发展出现了用各种统计方法进行滤波的方法, 如时域平滑滤波法和频率域滤波法[6]。下面介绍在江苏永刚高炉专家系统项目开发中, 遇到需要清洗处理的例子。

(1) 炉顶压力数据处理。

保持高炉炉顶压力的稳定是高炉生产操作的一项首要工作, 稳定炉顶压力能起到稳定煤气流、促进高炉顺行的作用, 同时提高炉顶压力是降低燃料比、焦比及增产的重要手段。但是炉顶压力受到噪声影响比较大, 根本无法直接使用, 因此本研究采用时域平滑滤波法, 将噪声滤出, 保留有用的信息。利用Matlab仿真滤波前后的值如图2所示。

(2) 热风温度数据处理。

高风温是高炉提高喷煤比、节能降耗、降本增效的有效措施, 同时稳定的风温也是保持高炉炉况正常的重要条件, 但是高炉炉况复杂, 直接测到的热风温度根本不能直接作为判断炉况的参考值, 需要对其采用频域滤波法滤出噪声, 保留有用的信息。利用Matlab仿真滤波前后的值如图3所示。

2.2二次数据预处理

二次预处理是在一次预处理后的孤立数据不能反映炉内特征的基础上进行复合参数的计算、特征参数的计算及参数的模糊处理。这样利用各种数学方法对参数进行二次数据处理, 就能够提取反映炉内不同特征的适合于高炉专家系统使用的参数。

2.2.1复合参数的计算

在高炉专家系统的运行中, 不但选用了风量、风温等单一参数, 还用到了煤比、焦比、透气性指数、利用系数、冶炼强度等复合参数。这些复合参数需要计算求得, 例如求透气性指数的计算如下:

δ=Q风/P全 (1)

其中:

P全=P热-P顶 (2)

式中 δ—透气性指数;Q风—冷风风量;P全—全压差;P热—热风压力;P顶—炉顶压力。

2.2.2 特征参数的计算

高炉专家系统推理判断中所用的参数值不仅要考虑到本时刻的瞬时值, 还应考虑到高炉在过去一段时间的参数值及将来一段时间的变化趋势, 因此需要对参数进行特征抽取, 特征抽取主要包括求参数的标准方差和变化梯度等。其计算公式如下:

(1) 参数的标准方差:

$\text{Δ}y=\sqrt{\frac{1}{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}(}y(i)-\overline{y}){}^2}$ (3)

(2) 参数的变化梯度:

$\frac{\text{Δ}y}{\text{Δ}t}=\frac{1}{\text{Δ}t}[\overline{y}(t)-\overline{y}(t-1)]$ (4)

式中$\overline{y}(t)‚\overline{y}(t-1)—t,t-1$时刻的参数值;Δt—两时刻的时间间隔。

2.2.3 参数的模糊处理

由于参数的取值是连续的, 且高炉炉内状况非常复杂, 影响高炉状态的参数非常多, 无法确切知道每个参数对高炉状态的影响到底有多大, 因此这种影响具有模糊性, 应采用模糊数学中隶属函数的办法来表示这种模糊性[7]。

根据高炉的实际情况, 可选用多种隶属函数。本研究定义了如下两种隶属函数:

(1) 降型。即当参数值越大时, 参数对结论的影响程度越小:

(2) 升型。即当参数值越大时, 参数对结论的影响程度越大:

其中, y1, y2为参数的域值, 它由专家经验给出, 并可在系统运行中修正。参数经过模糊处理后, 便可供专家系统的推理之用, 为高炉专家系统的开发作了很好的铺垫。

3结束语

本研究根据江苏永刚集团进行高炉专家系统开发的经验, 结合一般工业企业对于数据采集及处理的研究, 提出了采用IO Server系统实现高炉专家系统的数据采集, 打破了传统基于OPC工业数据采集的局限性, 实践证明此种方法采集数据具有很强的适用性和很高的稳定性。本研究还建议在高炉计算机系统建立时, 预留高炉专家系统开发数据端口, 对于已经建立计算机系统的高炉, 推荐采用江苏永刚数据采集机制, 因为它具有很好的适用性和参考价值。

参考文献

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[2]李启会.高炉冶炼过程的模糊辨识、预测及控制[D].杭州:浙江大学理学院, 2005:2-9.

[3]WARREN P, HARVEY S.Development and implementa-tion of a generic blast furnace expert system[J].Transac-tions of the Institution of Mining and Metallurgy, 2001, 110 (1) :43-49.

[4]冯晶, 李福全.现代大型高炉的检测、数据采集和控制[J].钢铁技术, 2006 (5) :25-28.

[5]邓君堂.济钢1750 m3高炉专家系统实时数据采集与处理[J].山东冶金, 2008, 30 (1) :58-60.

[6]国宏伟, 邓君堂, 陈杉杉, 等.高炉专家系统的数据采集及处理[J].冶金自动化, 2008, 32 (3) :18-22.