CN103374638B - 一种高炉配料闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供高炉配料闭环控制方法，包括步骤：预先设定高炉合理炉渣性能的控制目标；高炉物料跟踪与参数自学习；采集装入高炉物料的分析成分值；采集高炉炉顶每批料的装入计算信息和装入时间；采集实际铁水分析成分和实际炉渣分析成分值；采集实际出铁时间等；根据准备信息，以确定是否需要进行变料，生成高炉变料料单；采集高炉料槽的使用状态等；根据高炉变料料单，结合料槽的状态等，进行每个料槽物料切出量的计算并下发基础自动化执行。本发明能够规范渣性能控制操作。在减少炉渣性能波动，稳定炉况、降低劳动强度，提高生产率等方面都起到了积极的作用，对于装备较完善的大中型高炉，具有巨大的实际价值和广阔的应用前景。

Description

一种高炉配料闭环控制方法

技术领域

本发明涉及冶金过程的生产与控制领域，特别涉及高炉炼铁过程控制系统和专家系统领域，具体地，涉及一种高炉配料闭环控制方法。

背景技术

高炉炼铁是一个复杂的物理化学过程，自炉顶上部装入铁矿石、燃料和溶剂，从下部鼓入高温富氧空气燃烧燃料，产生大量高温还原气体向上运动，来自上方的炉料在下降过程经过加热、还原、熔化、造渣等一系列过程，最终生成液态炉渣和生铁并经过铁口排出高炉。

高炉炼铁是一个不间断的连续生产过程，并具有惯性大，机理复杂等特点，所以保持炉况平衡顺行具有重要意义。特别是高炉物料的合理配置和适时调整是炉渣性能稳定合理、炉况稳定、提高生铁质量的重要保证。

当前高炉物料的配置和变更控制过程普遍采用离线人工操作结合基础自动化控制系统的控制模式，这种控制模式的大致步骤如下：

高炉炉内操作人员从料槽料位的变化、高炉原燃料成分波动、铁水和炉渣的成分波动等三个方面判断某一时刻是否需要进行物料变更。

高炉炉内操作人员在确定目标炉渣性能稳定合理的前提下，进行物料变更的简单正向配料计算，以此了解物料变更后可能产生对炉况和造渣制度的变化影响，并形成料单。

形成的料单，通过当班作业长签字确定后，送至运转人员，运转人员根据料单的物料需求，结合料槽物料品名及料位，人工确定每个料槽的物料切出量，形成一张称量制度表，确认无误后下发基础自动化。至此完成了一次高炉物料的变更。

上述的物料变更过程存在很多缺点：

首先，操作不规范，主观上由于每个班的操作人员对物料变更与否的判断方法认识不同，凭经验调节，往往过于粗糙，从而导致造渣制度的频繁波动；

其次，料单确定过程繁琐，依据最新的原料成分值和人工设定的配料制度，根据各计算公式计算出理论的出铁渣信息。炉内现场操作人员，通过对比上述计算结果值与目标渣铁要求之间的差距，重新调整配料制度并再次启动计算，如此反复，直到调配出设定的各目标数据。配料过程需要不断试算和调整。

再次，预约执行繁琐，在确定料单之后，需要依据料槽物料和料单物料进行匹配，并进行称量制度表编制计算，并下发给基础自动化系统执行。这一系列过程采用人工操作，往往任务繁重，容易误操作。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高炉配料闭环控制的方法，它能够根据实际炉渣性能变化及时自动调整装入高炉的物料，并且自动分配料槽切出，并下发基础自动化执行。实现高炉配料过程的闭环控制。从而在渣性能控制及料槽切出分配方面避免了人为操作带来的失误。在减少炉渣性能波动，稳定炉况、降低劳动强度，提高生产率等方面都起到了积极的作用。

根据本发明的一个方面，提供一种高炉配料闭环控制方法，包括以下步骤：

步骤1：预先设定高炉合理炉渣性能的控制目标；

步骤2：高炉物料跟踪与参数自学习；

步骤3：采集装入高炉物料的分析成分值，并保存；

步骤4：采集高炉炉顶每批料的装入计算信息和装入时间，并保存；

步骤5：采集实际铁水分析成分和实际炉渣分析成分值，并保存；

步骤6：采集实际出铁时间、实际出渣时间、实际出铁量、实际出渣量，并保存；

步骤7：根据所述步骤1至步骤6的准备信息，以确定是否需要进行变料，生成高炉变料料单，并保存；

步骤8：采集高炉料槽的使用状态、料槽内物料信息、料位高度；

步骤9：根据高炉变料料单，结合料槽的状态、料位高度，进行每个料槽物料切出量的计算并下发基础自动化执行。

本发明能够规范渣性能控制操作。在减少炉渣性能波动，稳定炉况、降低劳动强度，提高生产率等方面都起到了积极的作用，对于装备较完善的大中型高炉，具有巨大的实际价值和广阔的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明提供的高炉配料闭环控制方法的原理图。

具体实施方式

本发明涉及到高炉物料的准确跟踪，高炉配料优化计算，称量制度表编制等过程，如图1所示，其中：

1、物料跟踪与参数自学习：实现高炉炉料从槽下称量至出炉铁渣的全程跟踪，过程涉及到原料储运、称量、装料、炉内运行和出铁等整个物料运行和演变过程。参数自学习是根据物料的跟踪结果，对实际炉渣性能与配料的实际物料进行配对，根据炉渣性能的偏差，辨识得到配料优化计算所需的目标控制参数。

2、配料优化计算：根据目标控制参数，高炉的原燃料条件、设备条件和工艺要求，采用最优化原理计算得到辅料使用少，工艺合理的最佳配料制度。配料优化计算有两个触发条件，分别原燃料成分波动超出设定值，炉渣性能波动超出设定值，当满足任何一个条件即可触发配料优化计算。

3、称量制度表编制：根据料单，料槽的料位信息及设备条件，自动调节料槽切出量，并生成称量制度表，自动下发基础自动化系统执行。称量制度编制有两个触发条件，分别是执行料槽的料位超出设定的上下限，产生新的变料料单。

具体地，根据本发明提供的高炉配料闭环控制方法，包括步骤：步骤1：预先设定高炉合理炉渣性能的控制目标；步骤2：高炉物料跟踪与参数自学习；步骤3：采集装入高炉物料的分析成分值，并保存；步骤4：采集高炉炉顶每批料的装入计算信息和装入时间，并保存；步骤5：采集实际铁水分析成分和实际炉渣分析成分值，并保存；步骤6：采集实际出铁时间、实际出渣时间、实际出铁量、实际出渣量，并保存；步骤7：根据所述步骤1至步骤6的准备信息，以确定是否需要进行变料，生成高炉变料料单，并保存；步骤8：采集高炉料槽的使用状态、料槽内物料信息、料位高度；步骤9：根据高炉变料料单，结合料槽的状态、料位高度，进行每个料槽物料切出量的计算并下发基础自动化执行。其中，所述步骤3中的装入时间，包括年、月、日、小时、分钟。所述步骤6中的实际出铁时间、实际出渣时间，均包括年、月、日、小时、分钟。

所述步骤1中的高炉合理炉渣性能的控制目标包括炉渣二元碱度CaO/SiO₂、MgO、Al₂O₃这三个参数的理想目标范围。所述步骤2中的高炉物料包括烧结矿、球团矿、块矿、焦炭、煤粉、辅原料。所述辅原料包括能够调节炉渣二元碱度、MgO、Al₂O₃含量的物料，例如，硅石、白云石、石灰。

所述步骤3的分析成分，包括的成分有Fe、CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂、P₂O₅、MnO、S、Na₂O、K₂O、Zn。所述步骤4中的装入计算信息，是根据每个料槽的切出量及料槽对应物料的分析成分，计算该批料的料批号、矿石装入量、焦炭装入量、理论二元碱度、理论MgO、理论Al₂O₃、理论铁水生成量、理论炉渣生成量、渣比、焦比、矿焦比。所述步骤5中的实际铁水分析成分，包括的成分有Fe、C、S、Si、Mn、P。所述步骤5的实际炉渣分析成分，包括的成分有CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂。

更为具体地，所述步骤7中的确定是否需要变料，包括以下两个变料触发步骤：变料触发步骤71：根据实际炉渣分析成分，与目标炉渣性能进行比较，确定是否需要调节辅原料使用量；变料触发步骤72：根据高炉物料成分变化情况，确定是否需要调节辅原料使用量。

优选地，所述变料触发步骤71，包括步骤：变料触发步骤711：比较一段时间内的实际炉渣二元碱度、MgO、Al2O3与合理炉渣性能目标范围的偏差；变料触发步骤712：根据实际出渣时间、实际出渣量，进行物料跟踪计算，确定对应的装料信息的理论二元碱度、理论MgO、理论Al2O3；变料触发步骤713：根据所述变料触发步骤711和变料触发步骤712，确定变料的理论计算炉渣二元碱度、理论计算MgO、理论计算Al2O3所允许的范围，并保存；变料触发步骤714：根据所述变料触发步骤713，进行烧结矿、球团矿、块矿，辅原料这些物料使用量计算，其最优化计算方法如下：

Min：W_slag

Cond：R_Min＜R＜R_Max

Al₂O_3Min＜Al₂O₃＜Al₂O_3Max

MgO_Min＜MgO＜MgO_Max

WS_iMin＜WS_i＜WS_iMax     i＝(1，2...I)

WP_jMin＜WP_j＜WP_jMax     j＝(1，2...J)

WO_kMin＜WO_k＜WO_kMax     k＝(1，2...K)

式中W_slag表示渣量；R表示炉渣理论计算二元碱度，R_Min表示炉渣理论计算二元碱度下限，R_Max表示炉渣理论计算二元碱度上限；Al₂O₃表示炉渣Al₂O₃理论计算含量；Al₂O_3Min表示炉渣Al₂O₃理论计算下限，Al₂O_3Max表示炉渣Al₂O₃理论计算上限；MgO表示炉渣MgO理论计算含量，MgO_Min表示炉渣MgO理论计算下限，MgO_Max表示炉渣MgO理论计算上限；WS_i表示烧结矿品种i的使用量，WS_iMin表示烧结矿品种i允许使用的下限，WS_iMax表示烧结矿品种i允许使用的上限；WP_i表示球团矿品种i的使用量，WP_iMin表示球团矿品种i允许使用的下限，WP_iMax表示球团矿品种i允许使用的上限；WO_i表示烧结矿品种i的使用量，WO_iMin表示烧结矿品种i允许使用的下限，WO_iMax表示烧结矿品种i允许使用的上限。

另外，式中的约束条件除了R、Al₂O₃、MgO，其余约束条件并不是固定的，如果某一物料是确定的，则可减少该物料的约束条件。

进一步地，所述变料触发步骤714的计算结果，形成高炉变料料单，其包括各品种烧结矿使用量、各品种球团矿使用量、各品种块矿使用量、各品种焦炭使用量、各品种辅原料使用量。优选地，根据一段时间内的物料成分，重复执行所述步骤变料触发步骤714和变料触发步骤715。

更进一步具体地，所述步骤8中的高炉料槽信息，包括料槽的使用状态，如正常、故障等；料槽的物料品名，如烧结矿S1，烧结矿S2等；料槽的料位。优选地，在本实施例的一个优选例中，根据如下方法进行料槽切出量的计算分配，其特征在于最优化方法随不同的设备条件，不同的分配制度而有所不同。现以双排料槽，一条主皮带的设备条件为例，分配制度是为了快速称量、提高料槽的切出效率，同时双排料槽切出量尽可能均衡分配，其最优化计算方法如下：

Min： $\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=A}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}{(W_{i,j}-{\stackrel{\‾}{W}}_{\mathrm{Code}(i,j)})}^2+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(W_{i,A}+W_{i,B}-{\stackrel{\‾}{W}}_{i,A+B})}^2$

Cond： $W_{i,A}^{\mathrm{Min}}<W_{i,A}<W_{i,A}^{\mathrm{Max}}$

$W_{i,B}^{\mathrm{Min}}<W_{i,B}<W_{i,B}^{\mathrm{Max}}$

$W_{i,\mathrm{AB}}^{\mathrm{Min}}<W_{i,A}+W_{i,B}<W_{i,\mathrm{AB}}^{\mathrm{Max}}$

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=A}{\overset{B}{\mathrm{\&Sigma;}}}(W_{i,j}\&CenterDot;F_k(i,j))=\mathrm{Total}\left(k\right),$ $\left\{\begin{array}{cc}{F}_k(i,j)=1,& \mathrm{Bunk}(i,j)=\mathrm{Code}\left(k\right)\\ F_k(i,j)=0,& \mathrm{Bunk}(i,j)=\mathrm{Code}\left(k\right)\end{array}\right.$

式中，i表示矿槽号；j表示双排料槽排号，j＝A，B；W_i，j表示j侧i料槽的切出量；表示j侧i料槽对应物料的平均每个料槽切出量；W_i，A表示A侧i料槽切出量；W_i，B表示B侧i料槽切出量；表示A侧i料槽+B侧i料槽平均切出量；表示A侧i料槽切出量下限；表示A侧i料槽切出量上限；表示B侧i料槽切出量下限；表示B侧i料槽切出量上限；表示A侧i料槽+B侧i料槽之和切出量下限；表示A侧i料槽+B侧i料槽之和切出量上限；表示物料k对应各料槽切出量之和；Total(k)表示物料k的料单设定使用量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (15)

1.一种高炉配料闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：预先设定高炉合理炉渣性能的控制目标；

步骤2：高炉物料跟踪与参数自学习；

步骤3：采集装入高炉物料的分析成分值，并保存；

步骤4：采集高炉炉顶每批料的装入计算信息和装入时间，并保存；

步骤5：采集实际铁水分析成分和实际炉渣分析成分值，并保存；

步骤6：采集实际出铁时间、实际出渣时间、实际出铁量、实际出渣量，并保存；

步骤7：根据所述步骤1至步骤6的准备信息，以确定是否需要进行变料，生成高炉变料料单，并保存；

步骤8：采集高炉料槽的使用状态、料槽内物料信息、料位高度；

步骤9：根据高炉变料料单，结合料槽的状态、料位高度，进行每个料槽物料切出量的计算并下发基础自动化执行；

其中，所述步骤7中的确定是否需要变料，包括以下变料触发步骤：

变料触发步骤71：根据实际炉渣分析成分，与目标炉渣性能进行比较，确定是否需要调节辅原料使用量；和/或

变料触发步骤72：根据高炉物料成分变化情况，确定是否需要调节辅原料使用量；

其中，所述变料触发步骤71，包括以下步骤：

变料触发步骤711：比较一段时间内的实际炉渣二元碱度、MgO、Al₂O₃与合理炉渣性能目标范围的偏差；

变料触发步骤712：根据实际出渣时间、实际出渣量，进行物料跟踪计算，确定对应的装料信息的理论二元碱度、理论MgO、理论Al₂O₃；

变料触发步骤713：根据所述变料触发步骤711和变料触发步骤712,确定变料的理论计算炉渣二元碱度、理论计算MgO、理论计算Al₂O₃所允许的范围，并保存；

变料触发步骤714：根据所述变料触发步骤713，进行烧结矿、球团矿、块矿，辅原料这些物料使用量计算，其计算方法如下：

Min:W_slag

Cond:R_Min＜R＜R_Max

Al₂O_3Min＜Al₂O₃＜Al₂O_3Max

MgO_Min＜MgO＜MgO_Max

WS_iMin＜WS_i＜WS_iMax i＝(1,2...I)

WP_jMin＜WP_j＜WP_jMax j＝(1,2...J)

WO_kMin＜WO_k＜WO_kMax k＝(1,2...K)

式中W_slag表示渣量；R表示炉渣理论计算二元碱度，R_Min表示炉渣理论计算二元碱度下限，R_Max表示炉渣理论计算二元碱度上限；Al₂O₃表示炉渣Al₂O₃理论计算含量；Al₂O_3Min表示炉渣Al₂O₃理论计算下限，Al₂O_3Max表示炉渣Al₂O₃理论计算上限；MgO表示炉渣MgO理论计算含量，MgO_Min表示炉渣MgO理论计算下限，MgO_Max表示炉渣MgO理论计算上限；WS_i表示烧结矿品种i的使用量，WS_iMin表示烧结矿品种i允许使用的下限，WS_iMax表示烧结矿品种i允许使用的上限；WP_j表示球团矿品种j的使用量，WP_jMin表示球团矿品种j允许使用的下限，WP_jMax表示球团矿品种j允许使用的上限；WO_k表示烧结矿品种k的使用量，WO_kMin表示烧结矿品种k允许使用的下限，WO_kMax表示烧结矿品种k允许使用的上限；

另外，式中的约束条件除了R、Al₂O₃、MgO，其余约束条件并不是固定的，如果某一物料是确定的，则减少该物料的约束条件。

2.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤1中的高炉合理炉渣性能的控制目标包括炉渣二元碱度、MgO、Al₂O₃这三个参数的理想目标范围。

3.根据权利要求1或2所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤2中的高炉物料包括烧结矿、球团矿、块矿、焦炭、煤粉、辅原料。

4.根据权利要求3所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述辅原料包括能够调节炉渣二元碱度、MgO、Al₂O₃含量的物料。

5.根据权利要求4所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述辅原料包括如下任一种或任多种物料：

-硅石；

-白云石；

-石灰。

6.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤3的分析成分，包括的成分有Fe、CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂、P₂O₅、MnO、S、Na₂O、K₂O、Zn。

7.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤4中的装入计算信息，是根据每个料槽的切出量及料槽对应物料的分析成分，计算该批料的料批号、矿石装入量、焦炭装入量、理论二元碱度、理论MgO、理论Al₂O₃、理论铁水生成量、理论炉渣生成量、渣比、焦比、矿焦比。

8.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤4中的装入时间，包括年、月、日、小时、分钟。

9.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤5中的实际铁水分析成分，包括的成分有Fe、C、S、Si、Mn、P。

10.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤5的实际炉渣分析成分，包括的成分有CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂。

11.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤6中的实际出铁时间、实际出渣时间，均包括年、月、日、小时、分钟。

12.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述变料触发步骤714的计算结果，形成高炉变料料单，其包括各品种烧结矿使用量、各品种球团矿使用量、各品种块矿使用量、各品种焦炭使用量、各品种辅原料使用量。

13.根据权利要求1或12所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，根据一段时间内的物料成分，重复执行所述步骤变料触发步骤714。

14.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤8中的高炉料槽信息，包括料槽的使用状态、料槽的物料品名、料槽的料位。

15.根据权利要求1所述的高炉配料闭环控制方法，其特征在于，根据如下方法进行料槽切出量的计算分配：

Min: $\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=A}{\overset{B}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(W_{i,j}-{\stackrel{\&OverBar;}{W}}_{\mathrm{Code}(i,j)})}^2+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(W_{i,A}+W_{i,B}-{\stackrel{\&OverBar;}{W}}_{i,A+B})}^2$

Cond: $W_{i,A}^{\mathrm{Min}}<W_{i,A}<W_{i,A}^{\mathrm{Max}}$

$W_{i,B}^{\mathrm{Min}}<W_{i,B}<W_{i,B}^{\mathrm{Max}}$

$W_{i,\mathrm{AB}}^{\mathrm{Min}}<W_{i,A}+W_{i,B}<W_{i,\mathrm{AB}}^{\mathrm{Max}}$

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=A}{\overset{B}{\mathrm{\&Sigma;}}}(W_{i,j}\&CenterDot;F_k(i,j))=\mathrm{Total}\left(k\right),$ $\left\{\begin{array}{cc}{F}_k(i,j)=1,& \mathrm{Bunk}(i,j)=\mathrm{Code}\left(k\right)\\ F_k(i,j)=0,& \mathrm{Bunk}(i,j)=\mathrm{Code}\left(k\right)\end{array}\right.$

式中，i表示矿槽号；j表示双排料槽排号，j＝A,B；W_i,j表示j侧i料槽的切出量；表示j侧i料槽对应物料的平均每个料槽切出量；W_i,A表示A侧i料槽切出量；W_i，B表示B侧i料槽切出量；表示A侧i料槽+B侧i料槽平均切出量；表示A侧i料槽切出量下限；表示A侧i料槽切出量上限；表示B侧i料槽切出量下限；表示B侧i料槽切出量上限；表示A侧i料槽+B侧i料槽之和切出量下限；表示A侧i料槽+B侧i料槽之和切出量上限；表示物料k对应各料槽切出量之和；Total(k)表示物料k的料单设定使用量。