高炉冶炼过程炉喉料面形状的运行控制.pdfVIP

摘要

高炉是钢铁生产的核心冶炼设备，其核心使命在于将铁矿石、焦炭及石灰石等原

料转化为液态铁水。在冶炼过程中，高炉内部的冶炼机理因非线性、强耦合及多操作

变量等因素而显得尤为复杂。高炉装料环节作为此流程中的关键步骤，其精确配比与

逐步投入原料的操作对于确保炉况的稳定运行具有至关重要的意义。

本文首先深入剖析了高炉冶炼的基本原理，并强调了高炉平稳运行的重要性。随

后，对高炉装料与下料的过程及其特性进行了细致分析，探讨了料面分布与装料节奏

对高炉平稳运行的直接影响。基于上述分析，本文确立了以炉喉为控制对象，布料矩

阵与间歇时间为操作变量，并据此设计了不同的控制方案。

针对高炉冶炼工艺对布料参数的精确要求，以期望料面分布为布料目标，深入探

讨了料层厚度固定与变化下的布料参数智能决策问题。基于期望料面分布的数学模型

和多环布料模型，构建了指标函数，并结合专家经验确定了布料参数中的离散变量。

通过智能优化算法，成功优化了连续变量，使输出料面更加接近期望料面。在此基础

上，引入了非均匀炉料下降模型，模拟底层料面形状的变化过程，并再次利用智能优

化算法计算出最佳操作参数。仿真结果表明，蒲公英优化器（DandelionOptimizer,DO）

在布料决策上表现出了卓越的寻优能力，经过多周期的调节，底层料面分布逐渐趋于

稳定，实现了高炉布料的动态平衡。

针对高炉装料节奏难以控制的问题，以炉况平稳运行为目标，深入研究了装料节

奏参数间歇时间的稳定性控制。鉴于高炉装料中可装料位的不确定性与模糊性，提出

了利用混杂液位系统来研究高炉平稳运行控制问题，并通过位式控制模拟间歇装料过

程。为了全面反映装料节奏，统计了过去不同时间段批次的间歇周期序列，并设计了

统计分级模糊控制器来调节间歇时间。同时，依据专家现场调节的经验制定了模糊控

制规则。对高炉装料报表的仿真及间歇时间突变情况下的模糊控制调节仿真进行比较，

模糊控制相较于人工调节在控制效果上更为出色，对装料节奏的稳定性和生产效率的

提升均产生了显著的积极影响。

关键词：高炉装料系统；布料矩阵；智能优化算法；混杂装料；统计模糊控制器

Abstract

Theblastfurnaceisthecoresmeltingequipmentforsteelproduction,withitsprimary

missionbeingtheconversionofrawmaterialssuchasironore,coke,andlimestoneinto

molteniron.Thesmeltingmechanismwithintheblastfurnaceisparticularlycomplexdue

tofactorslikenonlinearity,strongcoupling,andmultipleoperatingvariables.Thecharging

processoftheblastfurnace,asacrucialstepinthisprocess,isofparamountimportancefor

ensuringstablefurnaceoperationthroughpreciseproportionsandgradualmaterial

introduction.

Thisthesisbeginsbydelvingintothefundamentalprinciplesofblastfurnacesmelting,

emphasizingtheimportanceofitsstableoperation.Subsequently,itconductsadetailed

analysisofthecharginganddischargingprocessesoftheblastfurnace,exploringthedirect

impactofburdendistributionandchargingpaceonfurnacestabilit