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1 高炉计算机控制的概述1

1.1 高炉炼铁在国民经济中的重要地位1

1.2 高炉过程的特点1

1.3 高炉过程面临的挑战3

1.4 高炉过程控制的基本思想5

1.5 高炉计算机控制系统软硬件的基本配置5

1.5.1 控制系统的分级结构及功能5

1.5.2 计算机系统的硬件组成7

1.5.3 计算机系统的软件组成9

1.6 几种典型的高炉计算机控制系统9

1.6.1 超大型高炉的计算机控制系统9

1.6.2 中型高炉的计算机控制系统14

1.6.3 小型高炉的计算机控制系统15

1.7 高炉计算机控制的发展概况和现状16

1.8 高炉计算机控制的发展趋势17

1.9 高炉计算机系统的效益分析27

参考文献28

2 高炉过程信息的采集和检测仪表29

2.1 过程信息的种类和采集部位29

2.1.1 炉外信息的种类29

2.1.2 炉内信息的种类31

2.1.3 过程信息的采集部位31

2.2 焦炭和矿石含水量的在线检测仪表31

2.2.1 焦炭中子测水仪31

2.2.2 矿石中子测水仪33

2.3 炉顶安装的检测仪表35

2.3.1 料面形状和料面位置的检测仪表35

2.3.2 料面上炉料粒度的检测仪表44

2.3.3 料面温度分布的检测45

2.3.4 炉顶煤气成分的连续检测仪表50

2.3.5 炉顶煤气流速的检测仪表56

2.4 块状带的检测仪表59

2.4.1 磁性层厚仪60

2.4.2 微波层厚仪61

2.4.3 电极层厚仪63

2.4.4 块状带煤气流速仪63

2.4.5 炉身探尺64

2.5 软熔带的检测仪表67

2.5.1 炉身静压力计67

2.5.2 垂直下降探尺68

2.5.3 时域检测系统69

2.5.4 软熔带根部检测系统70

2.5.5 炉腰探尺71

2.6 死料柱、风口循环区和炉缸的检测仪表72

2.6.1 风口亮度计72

2.6.2 风口循环区激光检测系统73

2.6.3 死料柱探尺75

2.6.4 风口探尺78

2.6.5 风口前端热电偶81

2.6.6 风口漏水检测仪82

2.6.7 送风支管热风流量计83

2.6.8 磁性炉缸温度计84

2.7 炉体振动计85

2.8 铁水和熔渣的温度、化学成分及流量的检测仪表87

2.8.1 铁水温度的检测仪表87

2.8.2 铁水含硅量快速分析探头90

2.8.3 铁水流量的检测方法96

2.8.4 熔渣流量的检测方法97

2.9 炉墙残存厚度的检测仪表99

2.9.1 精密多头热电偶100

2.9.2 电阻法炉衬厚度仪101

2.9.3 冲击弹性波炉衬厚度仪103

2.9.4 炉缸和炉底砖衬内热电偶的布置方法104

2.10 入炉物料的高精度计量仪表105

2.10.1 重油的计量105

2.10.2 冷风流量的检测106

参考文献107

3 检测数据的预处理112

3.1 数据有效性的检验112

3.2 数据可靠性和一致性的检验114

3.3 数据变化规律的辨识116

3.3.1 数理统计方法116

3.3.2 神经网络方法117

3.3.3 时间序列分析方法124

3.3.4 低通滤波器方法125

参考文献126

4 高炉过程中传输现象的数学描述128

4.1 炉顶布料的数学描述128

4.1.1 研究布料规律的先进试验装置129

4.1.2 料流轨迹和落点的计算130

4.1.3 炉料堆角的计算138

4.1.4 矿/焦混合层厚度的计算139

4.1.5 炉料粒度径向分布的计算140

4.1.6 RABIT炉顶布料模型142

4.2 料柱和煤气流运动的数学描述145

4.2.1 气体流动145

4.2.2 滴下带内液体的流动154

4.2.3 固体炉料的运动158

4.2.4 出铁时液体渣铁的流动159

4.3 热传输现象的数学描述164

4.3.1 高炉内务相间的热传输164

4.3.2 炉缸耐火砖衬温度场的计算167

4.4 化学反应速度的数学表达式170

4.4.1 铁矿石还原的速度的数学模型171

4.4.2 焦炭溶解反应速度的数学模型179

4.4.3 水煤气反应速度的数学模型181

4.4.4 石灰石分解速度的数学模型182

4.4.5 熔渣中FeO还原速度的数学模型183

4.4.6 硅还原和氧化速度的数学模型185

4.4.7 熔渣中MnO被C还原速度的数学模型190

4.4.8 焦炭燃烧反应速度的数学模型192

参考文献193

5 高炉过程的模拟模型198

5.1 热化学模型198

5.1.1 里斯特操作线198

5.1.2 C-DRR图200

5.2 风口循环区数学模型203

5.2.1 风口循环区简易模型203

5.2.2 风口循环区一维模型204

5.2.3 风口循环区的二维模型207

5.3 高炉的一维数学模型212

5.3.1 KTH高炉模拟和预报模型213

5.3.2 久保高炉一维动态模型221

5.3.3 简化的用于控制铁水温度的高炉一维动态模型225

5.4 高炉的二维数学模型230

5.4.1 软熔带模型231

5.4.2 全高炉的二维模型235

5.5 高炉的三维数学模型248

参考文献250

6 高炉过程的控制模型254

6.1 炉热指数模型254

6.1.1 Wm指数模型255

6.1.2 Ec指数模型257

6.1.3 Ts指数模型258

6.2 铁水含硅量综合预报模型260

6.3 铁水含硅量预报的时间序列模型262

6.3.1 模型的结构262

6.3.2 模型的特点264

6.3.3 预报结果及讨论266

参考文献267

7 高炉过程的人工智能控制269

7.1 专家系统和人工智能技术在世界高炉炼铁业中的应用269

7.1.1 人工智能和专家系统简介269

7.1.2 高炉炼铁业已经应用的专家系统和AI系统270

7.1.3 人工智能和专家系统的效益及在我国的应用前景275

7.2 专家系统开发的基本问题276

7.2.1 知识的表达方式276

7.2.2 推理方式278

7.2.3 人工智能语言278

7.3 高炉专家系统的结构280

7.4 炉况诊断专家系统281

7.4.1 先进的GO-STOP系统281

7.4.2 炉凉、炉皮脱落和结瘤预报的专家系统286

7.5 炉热监测和控制专家系统288

7.5.1 当前炉热水平的判断288

7.5.2 炉热变化趋势的预报289

7.5.3 调整炉热的措施决策292

7.6 炉料下降异常预报和控制的专家系统293

7.7 高炉炉顶布料控制的AI系统297

7.7.1 布料控制专家系统297

7.7.2 基于事例的自学习布料控制AI系统299

7.8 出铁操作指导专家系统300

参考文献305

8 热风炉模拟模型和人工智能控制307

8.1 热风炉模拟模型307

8.1.1 热风炉系统流程简介307

8.1.2 基础方程308

8.1.3 基础方程求解311

8.2 热风炉模糊控制系统313

参考文献316

索引317