高炉冶炼过程炉况监控及趋势预估

发布时间：2020-07-09 23:47

【摘要】：钢铁产业是我国重要的支柱产业，而高炉是钢铁产业中最主要的生产设备，如何保证炉况稳定顺行、高效生产是钢铁产业重要目标。随着计算机技术的大力发展高炉炼铁也由原凭借操作人员经验进行操作到现在以数据为基准进行生产操控。但高炉冶炼过程的复杂性使得其控制存在许多困难。目前主要面临的困难有：1）高炉冶炼过程中由于环境的复杂性使得采集到的数据存在大噪声干扰，生产过程中只能通过采集设备获取各参数测量值，但各参数真实值未知，只能凭借专家经验对真实值进行估计，不利于对高炉实际炉况的判断；2）由于高炉内部高温、高压使得无法直接获得当前炉况，只能凭借其它相关参数对炉况进行判断；3）高炉生产的复杂性使得其生产数据存在数据异常、数据缺失等问题，这不利于高炉操控及后期研究；4）高炉是一多传感器系统，不同数据间的强耦合特性、采样周期不统一、时间滞后不同等问题，导致生产操控优化极其困难；5）高炉操作人员需通过多种参数、曲线及图像的调阅才能对当前炉况及未来炉况发展做出判断，数据的分散性不利于高炉的操控。本文利用已有参数：主要包括铁水[Si]含量、铁水温度、料速等高炉状态参数信息；风量、风温、喷煤、富氧等高炉控制参数信息间接反映高炉炉况信息，并设计高炉冶炼过程综合监控系统，以此实现高炉炉况实时监控，辅助高炉操作人员对炉况判断及操作。主要研究内容包括：（1）对高炉数据的一元时间序列回归模型进行建模研究，不同于常规一元时间序列回归模型，高炉数据存在大噪声干扰，其真实值、噪声方差未知，对此进行分析建模用于后期数据补值及预测工作，然后对含噪AR模型进行无偏参数估计，为信息评估及数据滤波提供依据。（2）从高炉实际生产数据的角度出发，阐述数据存在问题，在分析传统异常值检测及修补方法不适用于高炉这种复杂系统的基础上，提出多尺度结合拉依达准则对高炉异常数据检测的新方法及把AR模型应用于高炉数据补值及预测，保证数据的完整性及有效性，为后期研究提供数据基础。（3）高炉是一多传感器的复杂系统，针对高炉多源信息不同数据的量纲及采样周期进行配准分析研究，消除量纲及频率的影响更利于后期研究，同时针对铁水参数进行信息融合，融合后的信息比单一参数更全面，更能准确的反应炉热的变化。（4）高炉以不同形式记录数据，操作人员需要结合多种数据才能对当前炉况及未来炉况发展做出评判，本文利用上述方法消除不同数据间的不利影响，设计状态参数综合判断图及操作参数综合判断图，使得高炉操作人员可以在一张图上一目了然的把握各参数的变化。（5）在上述研究的基础上，设计高炉冶炼过程综合监控系统，该系统可以让操作人员不需接触算法及程序，通过简单的鼠标点击功能就能直接运行程序得到处理后的数据，辅助操作人员更直观、明了的判断炉况。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF53
【图文】：

生产流程图,高炉炼铁,生产流程

石发生还原反应的主要场所，其是一封闭的、竖直的筒状结构。由内及外分别是：耐火材料砌成的炉衬、冷却材料构成的冷却壁和冷却水管、金属材料构成的炉壳。高炉本体如图1.2中间所示，从上到下一般为：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸[2]。典型的高炉炼铁生产工艺流程如图1.2所示。为了保障高炉冶炼过程的有序进行，除高炉本体外，还存在以下几个主要的辅助系统组成：（1）高炉上料系统高炉上料系统主要指将炉料送到高炉炉顶装料设备的系统，主要由贮矿场、贮矿槽、槽下漏斗、槽下筛分、称量和运料设备、向炉顶供料设备等组成[2]。高炉冶炼是一个持续性的生产过程，在生产过程中需要不断提供矿石、燃料等炉料才能保证高炉的正常生产，在生产过程中通过高炉上料系统连续按比例将炉料运送到炉顶的受料漏斗中从而进入炉内，为高炉连续生产提供原料及燃料。（2）送风系统送风系统主要是指将热风通过鼓风机送入高炉以促进燃料燃烧放热的系统，主要由鼓风机、热风炉、冷风管道、热风管道、热风围管等几部分组成[2]。高炉冶炼是一高温

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nT (1 )所对应的数据既判定其为异常数据并对其进行剔除。图3.3 新异常值检测方法流程图现选取某高炉实际生产数据，结合历史数据人为构造出 1000 组铁水温度数据，已知该数据中 340~346、384~389、647~655 批铁次为高炉生产休风或炉况异常引起的数据偏低或偏高变化，而其中的 439、485、540、711 批铁次为高炉仪器故障或人为因素造

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[2]。图3.11 高炉生产循环图3.3.1 高炉炉况信息的状态参数炉况信息的状态参数是指高炉生产过程中操作人员能凭借当前状态参数即状态参数的变化而对当前炉况及未来炉况发展趋势作出判断的参数，状态参数无法直接调整。目前高炉控制参数主要有：（1）铁水硅含量[2]铁水硅含量是由出铁后铁水样品在化验室分析得到铁水中[Si]元素的百分比含量。高炉冶炼过程中从2SiO 每没还原1 kg 硅所需要的热量，等同于从 FeO 中还原1 kg 铁的8倍，因此炉温与铁水含硅量成呈正相关，由于炉内温度不可测，所以铁水硅含量一直是表征高炉热状态及其变化重要参数。但从出铁到检测出铁水硅含量大约需要半个小时的时间，铁水硅含量获取的滞后性导致不能及时发现铁水硅含量超标，无法对高炉做出准确调控，因此研究铁水硅含量预测技术，提前采取合理的调控措施，对保证炉况稳定顺行有重要意义。同时生铁用途不同，要求其硅含量也不同，所以硅含量也是判断生铁质量的重要标志。（2）铁水硫含量[2]铁水硫含量是指铁水中[S]元素的含量多少，其与炉温呈负相关。高炉铁水中所含的[S]元素主要是由炉料（如焦炭、矿石等）带入是有害元素

【参考文献】