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唐钢1号高炉专家系统应用实践
来源：胡凤喜 郑明泉 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]
唐钢1号高炉专家系统应用实践
胡凤喜 郑明泉
(唐山钢铁股份有限公司)
摘 要：对唐钢l号高炉专家系统的功能特点进行了阐述，认为该专家系统可以监控、预测炉温和炉况等，对现场操作起较大的指导意义，对改善高炉操作发挥重要作用。
关键词：大型高炉 专家系统 炉温预测
1 引言
高炉运行控制的最重要的因素之一就是如何使高炉的运行和操作尽可能地稳定。然而，由于炉料特性的变化、操作人员的变动以及工艺过程和状态的改变等等均会导致高炉稳定运行受到干扰。通过正确的检测来补偿因干扰因素带来的变化，控制效果正确定时和高炉运行扰动的正确预测，对于保持高生产率和低生产成本是至关重要的。
目前，国内高炉和国际水平相比．除宝钢等少数厂家以外，高炉在利用系数(高效)、煤比(能耗)、铁水硅含量(质量)等方面都还存在较大差距，尤其是综合技术的研究和应用。唐钢1号高炉于2005年2月扩容至2000m3后，高炉冶炼条件发牛了巨大变化，以前一些高炉冶炼知识也不太适用。而高炉专家系统汇聚了高炉专家的智慧，在炉况分析和操作上能够模拟专家的行为。因此，唐钢于2007年为1号高炉引进了奥钢联高炉专家系统。
2 唐钢1号高炉专家系统
唐钢1号高炉专家系统如图l所示。一级自动化系统收集来自工艺过程的数据，这种数据或者是被发送到专家系统计算机中，或者是从一级自动化系统中被专家系统计算机所回收，并且被记录到专家系统的数据库中。然后，这些数据将被用来进行工艺过程模拟计算，例如装料监视，炉缸平衡分析，炉料计算等。来自一级自动化系统的数据是由出铁参数和装料参数，固定的和炉料内试样的测量结果，以及30 s和5min的平均值等组成的。通常，专家系统计算机是通过以太网络来收回和接收数据，并且将它记录到有关的数据库中。在经过30 s、5 min、15min和24 h的周期循环之后，事件数据库的计算就开始了。各种指数、平均值、偏差等参数均被用做推演工艺过程的初始数据而在专家系统的工程计算中进行运算。
在高炉专家系统中，将为鼓风量、焦比、附加的焦炭、煤粉喷吹量、富氧、鼓风湿度和鼓风温度等提供控制数值改变的建议。在专家系统中，借助于测量、数学运算的最终结果和考虑各种因素的一整套规则(准则)等，高炉状况将被认识(识别)和研究。现有2个独立的知识数据库，它们包含了发生在高炉内部的20多个不同的现象。在知识数据库中，指令是由元规则控制的，在指令中将应用规则(准则)算法。根据所考虑的高炉状态扰动的类型，中间和最终结果被记录到对象(目标)中(知识数据库变量)。
唐钢l号高炉专家系统的功能模块如图2所示。高炉专家系统根据传感器的实时数据和一段时间的历史数据，提取高炉的运行特征，对炉况做出推理判断。并根据判断结果，提出科学合理的操作建议，指导操作人员采取正确的操作。
3 唐钢1号高炉专家系统应用
高炉专家系统和神经元系统主画面用于显示高炉生产最重要的测量数据、计算数据和控制变量，同时还以棒图形式显示高炉炉缸中的铁水和渣量。曲线图和其他数据在系统中有可用的新数据时，自动更新。用户可以从下拉列表框中选择曲线图来显示每个控制变量的建议值和实际值，它们是：风量、焦比、插焦、风温、喷煤量、富氧量和顶压。
3．1 炉温预测与控制
高炉热水平控制是高炉运行过程中的最重要的因素之一，因为它涉及到高炉铁水质量、生产率和成本效率。热平衡的控制将决定最终的燃料消耗水平(通过高炉操作人员在焦比上作出修正)、PCI比率、鼓风温度、鼓风湿度、富氧或装入的附加的炼铁焦炭等。在高炉运行过程中，须要通过测量热铁水温度和硅含量毫不含糊地确定出高炉的热水平状态。
高炉在炉顶、炉喉、炉腹、炉缸等多处各置放数根热电偶检测炉子的温度，以获取渣铁温度。通过对每批次铁水取样进行化验分析，获取铁水含硅、含硫量。同时通过软仪表获取反映高炉不同位置的各项指标如温度、压力、压差、透气性指数、风温、风量等，以便于判断炉温是否正常。通过判断，不仅可以对高炉的操作数据实行在线实时监控，还可以对高炉的透气性指数、阻力系数、炉热指数、炉料下降指数、直接还原度、溶损反映的耗碳量和rist操作线等许多指数进行分析、管理，并找到炉温波动与这些指数之间的对应关系，以便于调控高炉炉温。
经过跟踪分析，发现影响炉温波动的因素有：炉顶煤气分析值波动、溶损反应消耗的碳量、渣皮脱落、下料情况以及高炉的上下部调节量。其中，上部调剂包括矿焦比(O／C)的变化、装料制度的变动、顶压及附加焦的影响，下部调剂包括送风风量、风温、湿度、富氧和喷煤量等。除了上、下部调节量是可控的之外，其它因素均是不可控的。由于人们很难预料这些因素的变化，只能根据经验判断。而在1号高炉专家系统中利用基于专家知识与人工神经网络相结合的预测模型来判断炉热走势。即用神经网络作为系统的前端，即预处理器来处理模糊和不完善的数据，用专家知识进行判断。如焦比上升、风量减小、料速减小、透气性指数减小、风温增大、燃料比和炉喉煤气CO含量降低、炉喉温度升高、炉顶温度升高、铁水含硅量偏高，则炉温向热。反之，炉温向凉。
为了反映高炉的实际运行情况，以便于对炉温变化及其趋势进行准确、有效的预报，专家系统将影响高炉炉温波动的主要因素实时显示在不同画面的趋势曲线中。
3．2 高炉炉型与顺行管理。
炉料下降情况不仅影响着高炉工作状况，也影响着高炉顺行管理。专家系统以不同的时间间隔分别对下料过程进行分析、判断，并将判断结果显示在画面中，为高炉操作人员提供有益的指导，及时发现炉况的波动并采取相应的对策。
唐钢1号高炉应用高炉专家系统后的大量生产实践数据表明，专家系统能够与高炉操作达到有效结合。该专家系统能够在滑料、渣皮脱落、铁水信息、冷却设备是否漏水、炉内气流分布、炉缸平衡、高炉消耗等多方面进行准确预报，对现场操作有较大的指导意义。
存专家系统的帮助下，工作人员的工艺过程控制的专业技能将得到改善，各种班次之间的上艺过程控制实践将变得更加均匀。在预测的基础上，与传统的工艺过程控制相比，工艺过程的运行将变得更加平滑。在专家系统的帮助下，测量数据的监视和根据检测得到的指数将变得更加有效。
4 结语
高炉专家系统的有效运行，给我们带来了新的高炉操作思想和观测手段。本系统的运用和操作实例还有很多，如物料平衡应用、炉缸铁水平衡应用、崩料和悬料判断、料面煤气分布及形态改变、炉壁结垢、高炉状态变化、渣皮脱落、铁水温度及硅含量预报等。专家系统对高炉相关信息的准确预报，使高炉现场操作更加规范，进一步确保了炉况的稳定顺行。
实践表明，专家系统的监控软件运行良好，知识库内容比较翔实，提示与现场生产状态接近，且运行状态正常。该系统可以监控和预测炉温和炉况，并能针对异常的炉温和炉况进行报警并提出调控建议。减轻了工人的劳动强度，提高了高炉的产量和质量，降低了生产成本，同时也延长了高炉寿命。相信在今后的工作中，通过不断完善，运行状态会更加优良。
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