高炉炼铁焦比和炉温的链系统控制算法研究.pdf

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1、过程控制化工自动化及仪表，2010，37(4)：26—28ControlandInstrumentsinChemicalIndustry高炉炼铁焦比和炉温的链系统控制算法研究陈铁军，陈华方(郑州大学电气工程学院，郑州450001)摘要：为提高高炉炼铁经济效益和生产质量，以焦比和炉温为研究对象，采用链系统控制方法，分析两者的主要影响因素和相互关系，并建立以焦比和炉温为控制对象的链系统控制模型，根据模型求出链预估算法和控制算法，最后做出仿真，仿真结果表明该控制系统具有良好的稳定性和抗干扰能力。关键词：算法；焦比；

2、炉温；链系统中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000—3932(2010)04-0026-031引言我国钢铁冶金行业每年消耗能源约占全国能耗总量的10％一15％，高炉炼铁作为钢铁企业的上游工序，其能耗约占企业能耗的60％，成本约占30％，如何降耗增产提高经济效益显得十分重要。作为炼铁工业的重要经济指标之一，焦比的降低成为各钢铁企业不断追求的目标，而炼铁中保持合理的高炉炉温是保证稳定生产的关键因素之一，也是目前研究的热点。基于高炉冶炼的复杂性，本文从节能降耗出发，针对焦比和炉温，提出一种新的控制方

3、法。过去焦比的预测和控制主要是依据技术人员的经验或一些数学和经验的模型来实现，但是由于高炉反应的复杂性，各种影响因素相互关联，且不仅仅是线性关系，单纯地利用数学模型或经验控制具有较大误差。目前该问题已经受到多方面关注，出现了BP神经网络模型⋯，并取得～定成果，提高了系统的自适应能力，但是该模型网络训练落入局部小点，收敛速度慢，拟合精度和预报精度不理想⋯。模糊控制口1把专家经验融于控制模型，精度相对较高，但是没有考虑到各种影响因素内部的相互耦合关系。当系统的某～部分出现故障需要整修，又不希望影响整体系统的运行时

4、，我们需要更先进的控制方法来实现。本文提出基于单元模型控制的链系统方法p1，找出影响焦比和炉温的主要因素，以及各种因素之间的相互耦合关系，建立一种单元模型链系统并给出控制算法和预估算法，最后做出仿真。2高炉炼铁过程简述如图1所示，高炉生产时从炉顶装人原料(铁矿石、焦炭、石灰石等)，从位于炉身下部的风口吹入经过热风炉预热的空气，煤气与助燃空气的比例一般为1：0．7一o。从热风炉出来的热风被送至高炉风口，焦炭与空气中的氧在高炉的风口处化合产生高温煤气，煤气在炉内上升，同时除去铁矿石中的氧。铁矿石被还原得到生铁，铁

5、水从出铁口放出，石灰石和铁矿石中不被还原的杂质结合生成炉渣，从渣口排出。高炉内的煤气从炉顶导出，经过除尘作为热风炉等的燃料循环使用。图1高炉炼铁工业流程图3模型的分析和建立焦比是指每炼一吨生铁焦炭的消耗量，用公斤／吨生铁表示吲。影响焦比值的因素很多引，例如设备条件、原料质量、焦炭质量、还有其他因素如炉顶压力、风口面积、风温、富氧喷煤⋯等。下面以焦比和炉温为控制对象具体分析。焦比影响因素：收稿13期：2009-12-22(修改稿)第4期陈铁军等．高炉炼铁焦比和炉温的链系统控制算法研究·27·‘(1)设备条件、原

6、料质量和焦炭质量：设备条件越先进，原料质量越高，焦炭质量越好，焦比越低；(2)炉顶压力：炉顶压力提高，煤气利用改善，利于还原反应进行，焦比降低；(3)风口面积：一般为定值，不宜调整；(4)风温坤1：提高风温，利于活跃炉缸，增加喷煤量，使鼓风带入炉缸的物理热代替了一部分焦炭燃烧产生的热量，降低焦比；(5)喷煤：可以提高煤粉燃烧率，利于降低焦比。炉温的影响因素：(1)喷煤：喷煤量适当升高，炉温升高；(2)风温：风温提高，使得炉缸活跃，炉温提高；(3)鼓风湿度”J：用于全焦冶炼，综合鼓风发展后，加湿鼓风逐渐被取代。

7、焦比的可控且可测因素中，提高风温是有效方案之一口1。风温的提高是通过控制热风炉来实现的。煤气在热风炉中与空气结合燃烧，为了充分利用煤气，可以控制空气流量。炉温的调节可以通过调整喷煤量实现，而喷煤量是通过调整给料器开度控制的【71。容易发现，焦比对炉温有影响，风温的提高利于增加喷煤量，降低焦比。而热风炉状况，空气预热等不可测因素是风温的扰动、高炉配料、原料质量、炉顶压力、风口面积等这些不易调的因素作为焦比的扰动，鼓风湿度和富氧等作为炉温的扰动。至此，我们建立了两条相互关联的控制链，如图2所示。各单元通过自身的动

8、态变化和单元间相互影响，在本单元和相关单元之间传递控制信息和预测信息，共同描述对象的整体运动特性。图2高炉炼铁系统炉温和焦炭量的单元模型注：zlo——热风炉电动调节阀；zll——助燃空气流量；zt2——风温；Z13——焦炭量；V12——热风炉状况和空气预热；H3——炉顶压力、风121面积、高炉配料等；％——给料器开度；Zzt——煤粉量；Zzz——炉温；％——鼓风湿度和富氧；∑11一Z22——控制单元