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两段式热平衡在高炉炉热控制中的应用

王炜  
【摘要】: 在炼铁生产中,高炉热状态不稳定,往往会导致高炉出现异常情况,使设备侵蚀加快,缩短高炉寿命。因此保持高炉的热状态稳定,对保证高炉稳定生产和高炉长寿是非常重要的。为此国内外的炼铁工作者已开发了大量的炉热控制模型,来维持热状态的稳定。由于种种原因,国内目前所使用的各种模型还存在各种问题,因此开发出可靠性更高的炉热控制模型,具有较为重大的实际意义。 目前已开发的各种模拟模型仅考虑高炉炉内的反应机理,而不能动态地进行高炉热控制,这显然不能满足高炉热控制的要求。 而动态控制模型只考虑输入变量和输出变量之间的统计学关系,而不考虑高炉内的反应机理或只考虑部分区域(如Ts模型只考虑了风口回旋区)的机理。但高炉是从风口回旋区到料线的气/固逆流热交换器;也是从软熔带到料线的逆流氧化交换器,其内进行着非常复杂的物理和化学反应。所以不能只从数学的角度来看各种变量的关系,而应该以高炉内的反应机理为基础,开发热控制模型。 高炉生产过程是一个相当复杂的过程,受到设备条件、操作方式等多方面因素的影响。仅仅根据理论计算来进行热控制显然是不合理的。因而,本控制模型还需要根据高炉生产的实际情况,对模型参数进行动态的调整,使其能够反映高炉生产的实际情况,使热控制更为可靠。 根据冶炼理论,高炉在炉身一定高度上有一个“化学贮备区”,在该区,含铁物料实际上都是浮氏体,并且煤气成分接近Fe_(0.947)O/Fe平衡时的成分,这样,高炉内存在 高炉热控制模型开发 一个纵向区域,在该区内: 二)煤气上升时,成分不变。 幻在热贮备区温度1200士100K 条件下,对于反应式 Fe。。。。0+CO—0.947Fe+CO。煤气成份接近平衡成份(70%CO, 30%CO。)。 据此推导出高炉冶炼的两段式热平衡和化学平衡方 程,以及高炉中部分有用参数如焦比、直接还原度、理论 燃烧温度等的计算公式。以此为基础,建立了高炉热控制 模型,本模型分为参数调整模块和预测模块。在参数调整 模块中,用日平均数据来计算调整系数。调整系数包括高 炉下部区的热损失调节系数、焦比调节系数、直接还原度 调节系数、理论燃侥温度调节系数等。在预测模块中,用 即时数据来计算预测值,并用调整系数进行调整,得到可 靠的预测值,如铁水温度、理论燃烧温度、直接还原度、 焦比等。 为实现高炉动态热控制模型,现已用 oracle 8.0开发 了高炉数据库系统;用VB6.0开发出相应的计算程序和图 形界面。 用湘钢三号高炉的数据调试后,发现高炉热控制模型 具有较高的可靠性。 本课题以湘潭钢铁公司3号高炉作为开发原型,按湘 钢3号高炉的要求进行设计,所使用的数据来源于湘钢3 号高炉,设计也能较好地满足该高炉软硬件环境。另外, 对课题所开发的软件在对数据作一定的调整后,也可以用 于其它高炉。 为了进一步提高模型的可靠性,作者认为应从以下几 方面继续进行研究与改进。 卫、必须进一步完善高炉数据库系统。高炉数据库系 2 高炉热控制摸型开发 统还不够完善,目前所能提供的数据仅为高炉原料的成分、 温度、用量以及高炉产品的成分、温度、用量等,象风压、 炉身温度等许多有用的数据均未列入其中,而这些数据在 完善高炉计算机控制系统时都是很重要的。 2、模型在作动态计算时,使用日平均数据来调整参数, 而用即时的数据来计算预测值,这种方法尽管有一定的科 学性,但要提高模型的准确性,必须考虑到高炉内物料和 热量的积累,考虑各个时段入炉物料对化学平衡和热平衡 的影响,根据专家系统和神经元网络的方法,得到更为完 善的模型。


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