中国炼铁高炉数学模型的研究与应用现状

  本文关键词：中国炼铁高炉数学模型的研究与应用现状，由笔耕文化传播整理发布。

你值得拥有

第10卷增刊1 过 程 工 程 学 报 Vol.10 Suppl. No.1 2010 年 4月 The Chinese Journal of Process Engineering Apr. 2010

中国炼铁高炉数学模型的研究与应用现状

毕学工， 傅连春

1

1,2

， 熊 玮， 金 焱

11

(1. 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，湖北 武汉 430081；2. 武汉钢铁(集团)公司，湖北 武汉 430083)

摘 要：随着生铁产量的不断提高和炼铁科学技术的持续进步，，数学模型的重要性在中国逐渐得到了认可，研究开发了各种高炉数学模型，包括专家系统等在内的许多模型在高炉设计、生产管理和操作指导等方面得到了推广应用. 本文扼要介绍了最受关注的那些传统数学模型及专家系统的建模方法及应用状况，主要涉及高炉炉顶布料、炉型维护、炉缸炉底侵蚀、煤粉喷吹、炉热控制、炉况顺行等，对热风炉数学模型也做了简单介绍. 最后讨论了中国高炉数学模型未来可能的发展方向.

关键词：高炉；数学模型；专家系统；开发方法

中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1009 606X(2010)S1 0277 06

1 中国炼铁高炉数学模型的发展历史

高炉炼铁工艺是当今世界的主导炼铁工艺，其效率的改善对当今世界普遍关注的资源和环境问题至关重要. 将传统的高炉炼铁工艺与新兴的IT技术相结合，有助于充分发挥高炉的潜力. 高炉是一个密闭的逆流式热交换竖炉，从控制论的角度看，具有以下一些特点：(1)过程的极端复杂性. 发生在高炉内部特别是高炉下部的各种物理化学现象及动力学特征，至今尚未得到完全和充分的认识. (2)检测信息不完全. 具体表现在检测项目少，且多局限于过程的边界. 很多重要检测数据的采样频度很低. (3)反应迟钝，对控制动作的响应十分缓慢，时间常数很大. (4)可控范围狭窄. 因此，既需要研究以深化认识高炉现象为目的的传统数学模型，也需要研究以实时过程控制为目的的高炉专家系统.

自1980年开始，近30年来中国的高炉炼铁工作者对数学模型重要性的认识不断加深，高炉数学模型的研究经历了从无到有，从低级到高级，从局部到整个高炉过程，从实验室研究到生产实时控制的不断发展历程. 杨永宜等[1]最早基于Ergun方程建立了研究风口回旋区和高炉下部的初始煤气流分布的数学模型. 毕学工等[2,3]对复杂的高炉现象进行了简化，开发了一维全高炉模型，并对风温、喷煤时高炉炉况及指标的变化进行了数很好地总计了值计算研究. 90年代出版的几本专著[4 6]，

当时中国高炉数学模型的发展状况，并介绍了国外开发高炉数学模型的成功经验.

储满生等[7]考虑高炉内气、固、液、粉四相的对流运动建立的数学模型，在含碳炉料的制备与应用、炉顶煤气循环新工艺的开发方面发挥了重要作用. 为了提高

喷煤比和减少风口的磨损，对煤粉在直吹管和回旋区内的流动和燃烧现象进行了大量数学模型研究[8 11]. 炉缸工作状况直接影响到一代炉龄，孙天亮等[12]建立了用于研究铁液流动对炉底炉缸侵蚀影响的模型，程树森等[13]开发了考虑到熔铁凝固潜热的瞬态炉缸炉底温度场模型. 铜冷却壁在中国的高炉上逐渐得到了推广应用，为了优化铜冷却壁的设计，贺友多等[14 16]进行了深入的数学模型研究. 炉料分布的控制十分重要，建立了有钟炉顶[17,18]和无钟炉顶高炉的布料模型[19,20].

为了有效控制铁水质量，研究开发了各种铁水含硅量和温度的预报模型[21 23]. 为了对高炉生产实现有效的短期控制，以武钢为首，本钢、湘钢等先后与芬兰Rautaruukki公司合作，攀钢等与奥地利VAI公司合作开发了高炉专家系统[24 26]，并在此基础上，根据中国高炉的原料条件和操作习惯，研究了具有中国特色的高炉专家系统并在实际生产中得到应用[27,28]. 为了提高热风温度和减少煤气消耗量，还研究和建立了几种用于设计和操作的热风炉数学模型[29 31].

本文简要介绍了中国高炉数学模型的基本情况和特点，并对未来的发展方向进行了讨论.

2 中国炼铁高炉数学模型的研究与应

用现状

2.1 煤粉燃烧与风口回旋区数学模型

采用拟流体模鄂加强等[32]针对斜孔多股流喷煤枪，

型，把气相的空气、粒相的粉煤颗粒都视为连续介质，并考虑气 粒两相体系的质量守恒定律、动量守恒定律以及气 粒两相组分平衡，在Euler坐标系中导出气 粒两相湍流流动特性的基本守恒方程，建立高炉煤粉喷吹

收稿日期：2009 08 21，修回日期：2009 11 21

作者简介：毕学工(1945 )，男，河南省潢川市人，博士，教授，主要研究方向为冶金工艺等，E-mail: xuegong@

  本文关键词：中国炼铁高炉数学模型的研究与应用现状，由笔耕文化传播整理发布。