冶金过程控制基础及应用第二章
冶金冶炼工艺控制技术手册
冶金冶炼工艺控制技术手册随着工业技术的不断发展，冶金冶炼工艺控制技术在金属加工领域发挥着越来越重要的作用。
本技术手册旨在介绍和探讨冶金冶炼工艺控制技术的相关知识，为工程师和从事冶金领域的专业人士提供全面的参考和指导。
第一章：引言在本章中，我们将对冶金冶炼工艺控制技术的背景和重要性进行介绍，以及本技术手册的目的和结构。
第二章：冶金冶炼工艺概述本章将对冶金冶炼工艺的基本概念进行介绍，包括冶金冶炼的定义、分类、流程和主要设备等。
第三章：冶金冶炼过程中的参数控制在本章中，我们将讨论冶金冶炼过程中的各种参数控制技术，包括温度控制、压力控制、气体流量控制等，并介绍相关的仪表和设备。
第四章：自动化控制系统本章将介绍冶金冶炼工艺控制中常用的自动化控制系统，包括基于PLC（可编程逻辑控制器）的控制系统、DCS（分散控制系统）和SCADA（监控与数据采集系统）等。
我们将详细介绍这些控制系统的原理、应用和优缺点。
第五章：传感器与仪表本章将介绍冶金冶炼工艺控制中常用的传感器和仪表，包括温度传感器、压力传感器、流量计等。
我们将探讨这些仪表的原理、选择和使用。
第六章：模型预测控制在本章中，我们将介绍模型预测控制（MPC）技术在冶金冶炼工艺中的应用。
通过建立数学模型，MPC可以对系统进行预测，并根据预测结果进行控制，以实现最佳的工艺操作。
第七章：智能优化控制本章将介绍冶金冶炼工艺中的智能优化控制技术，包括基于人工智能的模糊控制、神经网络控制和遗传算法等。
我们将探讨这些技术在提高工艺控制效果上的优势和应用。
第八章：安全与环保在本章中，我们将介绍冶金冶炼工艺的安全与环保控制技术，包括火灾与爆炸防护、废气处理和废水处理等。
我们将探讨这些技术在冶金冶炼工艺中的重要性以及相关法规和标准。
第九章：应用案例分析本章将通过一些实际案例，对冶金冶炼工艺控制技术的应用进行深入分析和讨论，以便读者更好地理解和应用这些技术。
第十章：未来发展趋势在本章中，我们将探讨冶金冶炼工艺控制技术的未来发展趋势，包括智能化、自动化和绿色化等方面的发展。
金属冶炼过程中的自动化控制技术
自动化控制技术的发展趋势
智能化
网络化
利用人工智能、机器学习等技术提高自动 化控制系统的智能水平，实现自适应、自 学习的控制。
利用物联网、云计算等技术实现自动化控 制系统的远程监控和数据共享，提高系统 的可维护性和可扩展性。
集成化
模块化
将多个自动化控制系统集成到一个统一的 平台上，实现系统之间的互联互通和协同 工作。
通过自动化控制系统，实现对铝电解过程中电流、电压、温度等工艺参数的精确控制，提高铝电解的 效率和产品质量。
铜冶炼中的自动化控制
铜精矿焙烧的自动化控制
通过自动化控制系统，实现铜精矿焙烧 过程中温度、压力、气氛等工艺参数的 实时监测和调控，提高铜精矿焙烧的效 率和质量。
VS
铜熔炼过程的自动化控制
通过自动化控制系统，实现对铜熔炼过程 中温度、压力、成分等工艺参数的精确控 制，提高铜熔炼的效率和产品质量。
自动化控制技术的安全性问题
设备故障风险
金属冶炼过程中使用的自动化设 备可能因各种原因发生故障，如 机械故障、电气故障等，对生产
安全构成威胁。
人身安全问题
自动化控制技术的使用可能减少 人员直接参与生产过程，但仍然 存在因设备故障或控制系统失效
而导致的人身安全问题。
数据安全风险
自动化控制系统涉及大量数据传 输和处理，可能存在数据泄露、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
化，降低能耗和污染物排放，提高资源利用效率。
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熔炼
04 将烧结后的矿石或精矿在高温
下熔化，使金属与杂质分离。
精炼
05 通过加入还原剂、脱氧剂等，
去除金属中的杂质，提高其纯 度。
合金化
06 通过加入其他金属或非金属元
冶金工程中的冶金过程控制资料
冶金工程中的冶金过程控制资料在冶金工程中，冶金过程控制是一项关键的技术，用于确保冶金工艺的顺利进行和优化。
本文将介绍冶金过程控制的基本原理和一些常用的控制方法，以及其在冶金工程中的应用。
一、冶金过程控制的基本原理冶金过程控制旨在通过对冶金工艺参数的监测和调节，实现对冶金过程的准确控制和优化。
其基本原理包括以下几个方面：1. 参数监测：通过传感器和监测设备对冶金工艺过程中的关键参数进行实时监测，如温度、压力、流量、浓度等。
2. 数据采集与处理：将监测到的参数数据进行采集和处理，包括数据传输、存储和分析，以获取准确的过程状态信息。
3. 控制策略设计：根据工艺要求和设备特性，设计合理的控制策略，包括反馈控制、前馈控制、模糊控制等，以实现对过程参数的调节和控制。
4. 控制执行：将设计好的控制策略通过执行机构实施到冶金设备中，对过程参数进行调节和控制，以达到预期的工艺要求和目标。
二、冶金过程控制的常用方法在冶金工程中，常用的冶金过程控制方法包括以下几种：1. PID控制：PID控制是一种经典的反馈控制方法，通过测量偏差、积分偏差和导数偏差来计算控制器的输出，实现对过程参数的自动调节和控制。
2. 模糊控制：模糊控制是一种基于经验的控制方法，通过建立模糊规则和模糊推理，将模糊的过程参数映射为确定的控制操作，以适应冶金过程中的非线性和模糊性。
3. 预测控制：预测控制是一种基于过程模型和预测算法的控制方法，通过对过程参数未来变化的预测，提前调节控制输出，以减小系统的响应时间和误差。
4. 优化控制：优化控制是一种通过对过程参数进行优化计算，并在给定约束条件下求解最优控制策略的控制方法，以提高冶金工程的生产效率和能源利用率。
三、冶金过程控制在冶金工程中的应用冶金过程控制在冶金工程中具有广泛的应用，以下是一些典型的应用场景：1. 炼钢过程控制：在炼钢过程中，通过对炉温、氧气流量、熔池成分等关键参数的控制，实现炉温的精确控制和熔池成分的优化，提高炼钢质量和生产效率。
第二章 真空冶金
区别于大气下的冶金过程，需要配备真空抽气系统和密封炉体 大气下冶炼的缺点： 活泼金属易于氧化，合金成分难于精确控制； 金属熔池与空气作用，合金中有害气体（N,H,O）难以去除； 大气下熔炼抑制了挥发过程，不能去除有害元素Pb, Sb, Bi, Sn, Cu等。 由大气下冶炼的材料很难满足现代高新技术发展所需。
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（2）熔化 主要任务：炉料熔化，去气，去除非金属夹杂，金属液有 适当温度；熔池上方保持较高真空度。 熔化期应注意： 熔化期真空度； 熔化期供电； 熔化期喷溅. （3）精炼 任务：进一步净化炉料，调整成分，调整温度。
高温沸腾;
合金化.
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（4）浇铸
将精炼获得的液态金属浇铸成锭、铸件或自耗电极 工艺要点：
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美国康萨克（Consarc）公司、德国ALD (Loyboldhereaus) 公司，日本真空株式会社致力于真空冶金设备的制 造。
这一时期，最大真空感应炉容量达60吨；最大真空电弧 炉重熔锭达52吨；最大电子束容量达12000KW。 真空冶金理论研究也有突出进展，1963年美国真空协会 成立，1964年第一届国际真空冶金会议召开，以后每三年一 次。70年代中期真空冶金发展处于相对稳定阶段，生产能力稳 定增长，工艺稳定、完善，向程序控制和自动化方面发展。 我国在1955年制定的《科学十年规划》中将真空冶金列为 重点发展项目。50年代后期钢铁研究总院、中科院金属所均建 立了小型真空感应炉及真空电弧重熔炉。1958年~1959年抚顺 钢厂特种熔炼车间建立真空冶金设备生产高温合金，大连钢厂 精密合金研究所也建立了真空冶金设备生产精密合金，形成我 国最早的真空冶金基地。
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60年代，沈阳真空技术研究所，松江、锦州、上海、长 春电炉厂制造出不同型号的真空感应炉和真空电弧重熔炉。 钢铁研究总院与长城钢厂从德国引进200KW及1200KW真空 电子束炉。 70年代末，钢铁研究总院设计并制造了200Kg同轴真空 电弧重熔炉。上海钢铁研究所建成双电极真空电弧重熔炉用 于重熔INCO-718合金。 钢铁研究总院与抚顺钢厂合作采用真空感应熔炼-真空电 弧重熔及真空感应炉熔炼+电渣重熔生产出优质铁基与镍基 高温合金。
冶金过程自动化技术丛书内容介绍
冶金过程自动化技术丛书内容介绍冶金过程自动化基础内容包括：当代冶金企业自动化系统的分级方法；企业管理级(L4级)；生产控制级(L3级)；过程控制级(L2级)；生产过程数学模型；基础自动化级(L1级)；自动化控制系统的网络技术；电气传动控制系统；液压传动控制系统；先进控制策略及其在冶金过程控制中的应用等。
第1章概述1.1 冶金自动化系统的分级 1.2 企业资源计划ERP1.3 制造执行系统MES 1.4 生产过程控制系统PCS第2章企业管理级（L4级）2.1 冶金企业生产管理的特点 2.2 企业管理级（L4)计算机系统的发展2.3 企业资源计划（ERP） 2.4 冶金企业管理级（L4）计算机系统的功能2.5 冶金企业管理系统建设中需要注意的问题2.6 企业管理级计算机系统（L4）和生产控制级（L3）计算机系统的联系第3章生产控制级（L3级）3.1 生产控制级系统的发展概述 3.2 冶金生产控制级（L3）计算机系统的功能3.3 生产控制的原理和方法 3.4 生产控制级（L3）系统的实现3.5 生产控制级系统应用开发实例第4章过程控制级（L2级）4.1 过程控制级系统的主要功能 4.2 过程控制级系统的硬件组成4.3 过程控制级系统的软件组成 4.4 过程自动化系统在冶金生产中的应用实例第5章生产过程数学模型5.1 数学模型的定义和分类 5.2 数学模型建立的基本方法和步骤 5.3 建模示例第6章基础自动化级（L1级）6.1 可编程控制器（PLC） 6.2 多CPU高性能控制器 6.3 基础自动化通讯6.4 人机界面技术（HMI） 6.5 分布式计算机控制系统第7章自动化控制系统的网络技术7.1 计算机网络体系结构7.2 工业企业网的实现与应用7.3 现场总线技术7.4 工业以太网的应用第8章电气传动控制系统8.1 直流电动机调速系统8.2 电力电子器件的发展8.3 交流电动机调速系统8.4 谐波控制和无功功率补偿第9章液压传动控制系统9.1 概述9.2 液压传动与控制系统的工作原理及其组成9.3 液压控制阀9.4 液压系统基本回路9.5 液压伺服控制系统9.6 液压传动与控制系统在板带轧机压下装置上的应用第10章先进控制策略及其在冶金过程控制中的应用10.1 模糊控制10.2 神经网络控制10.3 预测控制10.4 软测量技术10.5 专家智能系统炼铁生产自动化技术内容包括：高炉生产工艺简介，高炉生产的基础自动化，高炉生产的过程自动化，高炉生产的管理自动化和非高炉炼铁生产自动化技术。
钢铁冶金生产过程控制作业指导书
钢铁冶金生产过程控制作业指导书第1章前言 (4)1.1 绪论 (4)1.2 生产过程控制概述 (4)第2章冶金原料准备与控制 (5)2.1 原料选择与要求 (5)2.1.1 选材原则 (5)2.1.2 原料要求 (5)2.2 原料处理与储存 (5)2.2.1 原料处理 (5)2.2.2 原料储存 (6)2.3 原料配比与控制 (6)2.3.1 配比原则 (6)2.3.2 配比方法 (6)2.3.3 配比控制 (6)第3章烧结与球团过程控制 (6)3.1 烧结工艺与设备 (6)3.1.1 烧结工艺流程 (6)3.1.2 烧结设备 (6)3.2 烧结过程控制参数 (7)3.2.1 原料配比 (7)3.2.2 混合制粒 (7)3.2.3 烧结温度 (7)3.2.4 烧结速度 (7)3.2.5 烧结气氛 (7)3.3 球团工艺与设备 (7)3.3.1 球团工艺流程 (7)3.3.2 球团设备 (7)3.4 球团过程控制参数 (7)3.4.1 原料配比 (7)3.4.2 造球水分 (8)3.4.3 干燥温度和湿度 (8)3.4.4 焙烧温度 (8)3.4.5 焙烧速度 (8)3.4.6 焙烧气氛 (8)第4章高炉炼铁过程控制 (8)4.1 高炉结构与原理 (8)4.1.1 高炉结构 (8)4.1.2 高炉原理 (8)4.2 高炉操作与控制 (8)4.2.1 高炉操作 (8)4.2.2 高炉控制 (8)4.3.1 热风炉结构 (8)4.3.2 热风炉控制 (9)4.4 高炉渣处理控制 (9)4.4.1 渣处理设备 (9)4.4.2 渣处理控制 (9)4.4.3 末尾（不添加总结性话语）。
(9)第5章转炉炼钢过程控制 (9)5.1 转炉结构与原理 (9)5.1.1 转炉概述 (9)5.1.2 转炉炼钢原理 (9)5.2 转炉吹炼控制 (9)5.2.1 吹炼过程概述 (9)5.2.2 吹炼控制要点 (9)5.3 转炉温度控制 (10)5.3.1 温度控制的重要性 (10)5.3.2 温度控制要点 (10)5.4 转炉终点控制 (10)5.4.1 终点控制概述 (10)5.4.2 终点控制要点 (10)第6章电炉炼钢过程控制 (10)6.1 电炉结构与原理 (10)6.1.1 电炉结构 (10)6.1.2 电炉原理 (10)6.2 电炉冶炼过程控制 (11)6.2.1 熔化期控制 (11)6.2.2 氧化期控制 (11)6.2.3 还原期控制 (11)6.3 电炉电气设备控制 (11)6.3.1 电极控制系统 (11)6.3.2 供电系统控制 (11)6.4 电炉原料与合金控制 (11)6.4.1 原料控制 (11)6.4.2 合金控制 (11)第7章连铸过程控制 (12)7.1 连铸机结构与原理 (12)7.1.1 连铸机结构 (12)7.1.2 连铸机工作原理 (12)7.2 连铸过程参数控制 (12)7.2.1 浇铸速度控制 (12)7.2.2 结晶器温度控制 (12)7.2.3 振动装置参数控制 (13)7.3 连铸机设备控制 (13)7.3.1 电气控制 (13)7.3.3 机械控制 (13)7.4 连铸坯质量检测与控制 (13)7.4.1 连铸坯表面质量检测 (13)7.4.2 连铸坯内部质量检测 (13)7.4.3 连铸坯尺寸测量 (13)第8章轧制过程控制 (13)8.1 轧制工艺与设备 (13)8.1.1 轧制工艺概述 (14)8.1.2 轧制设备组成 (14)8.2 轧制参数控制 (14)8.2.1 轧制速度控制 (14)8.2.2 轧制温度控制 (14)8.2.3 轧制变形程度控制 (14)8.3 轧制力能参数控制 (14)8.3.1 轧制力控制 (14)8.3.2 轧制能量控制 (14)8.3.3 轧制力能参数优化 (14)8.4 轧制产品质量控制 (14)8.4.1 表面质量控制 (14)8.4.2 尺寸精度控制 (14)8.4.3 组织功能控制 (14)8.4.4 成品质量检测与判定 (15)第9章热处理过程控制 (15)9.1 热处理工艺与设备 (15)9.1.1 热处理工艺概述 (15)9.1.2 热处理设备 (15)9.2 热处理过程控制参数 (15)9.2.1 加热温度 (15)9.2.2 加热速率 (15)9.2.3 保温时间 (15)9.2.4 冷却速率 (15)9.3 热处理质量控制 (16)9.3.1 工艺参数控制 (16)9.3.2 设备维护与保养 (16)9.3.3 质量检测 (16)9.4 热处理节能控制 (16)9.4.1 优化热处理工艺 (16)9.4.2 采用节能设备 (16)9.4.3 余热回收利用 (16)第10章环保与安全控制 (16)10.1 冶金企业环保要求 (16)10.1.1 环保法规遵守 (16)10.1.2 环保设施建设 (16)10.2 废气处理与控制 (16)10.2.1 废气来源与成分分析 (17)10.2.2 废气处理技术 (17)10.2.3 废气排放监测 (17)10.3 废水处理与控制 (17)10.3.1 废水来源与成分分析 (17)10.3.2 废水处理技术 (17)10.3.3 废水排放监测 (17)10.4 安全生产与预防控制 (17)10.4.1 安全生产责任制 (17)10.4.2 安全生产培训 (17)10.4.3 安全生产措施 (17)10.4.4 预防与控制 (17)10.4.5 应急救援与处理 (17)第1章前言1.1 绪论钢铁冶金生产作为我国工业的重要组成部分，对于国家经济发展具有举足轻重的地位。
冶金过程检测与控制
冶金过程检测与控制比较点----比较点表示对两个或两个以上信号进行加减运算，“+”号表示相加，“－”号表示相减；分支点----表示信号引出，从同一位置引出的信号在数值和性质方面完全相同。
带有输入输出信号的方框比较点分支点图1.3方框的组成单元示意图绘制方法：以如图1.4，锅炉汽包水位控制系统为例，系统中的每一个环节用一个方框来表示，四个方框分别表示：被控对象（锅炉汽包）、测量变送装置、控制器和执行器。
每个方框都分别标出各自的输入、输出变量。
如被控对象环节，给水流量变化会引起汽包水位的变化，因此给水流量（操纵变量）作为输入信号作用于被控对象，而汽包水位（被控变量）则作为被控对象的输出信号；引起被控变量（汽包水位）偏离设定值的因素还包括蒸汽负荷的变化和给水管压力的变化等扰动量，它们也作为输入信号作用于被控对象。
图1.4 锅炉汽包水位控制系统方框图在绘制方框图时应注意几点：（1）方框图中每一个方框表示一个具体的实物。
（2）方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号联系，与工艺设备间物料的流向无关。
方框图中信号线上的箭头除表示信号流向外，还包含另一种方向性的含义，即所谓单向性。
对于每一个方框或系统，输入对输出的因果关系是单方向的，只有输入改变了才会引起输出的改变，输出的改变不会返回去影响输入。
例如冷水流量会使汽包水位改变，但反过来，汽包水位的变化不会直接使冷水流量跟着改变。
（3）比较点不是一个独立的元件，而是控制器的一部分。
为了清楚的表示控制器比较机构的作用，故将比较点单独画出。
二、管道及仪表流程图管道及仪表流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工中采用的一种图示形式。
该图是在工艺流程图的基础上，按其流程顺序，标出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与连锁保护系统等。
由工艺人员和自控人员共同研究绘制。
在管道及仪表流程图的绘制过程中所采用的图形符号、文字代号应按照有关的技术规定进行。
过程控制系统基础知识
第一节过程控制发展概况过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。
40年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快。
尤其是近些年来，过程控制技术发展更为迅猛。
纵观过程控制的发展历史，大致经历了如下几个阶段：50年代前后，一些工厂企业的生产过程实现了仪表化和局部自动化。
这是过程控制发展的第一个阶段。
这个阶段的主要特点是：过程检测控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元组合式仪表(多数是气动仪表)，过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统；被控参效主要是温度、压力、流量和液位四种参数。
控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减小主要扰动对生产过程的影响；过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论．主要解决单输人、单输出的定位控制系统约分析和综合问题。
自60年代来，随着工业生产酌不断发展，对过程控制提出了新的要求：随着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善创造了条件．从此开始丁过程控制的第二个阶段。
在仪表方面，开始大量采用气动和电动单元组合仪表。
在过程控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论解决实际工业生产过程中遇到的问题外．现代控制理论得到应用，为实现高水平的过程控制奠定了理论基础．从而过程控制由单变量系统转向多变量系统。
但是。
由于过程机理复杂，过程建模困难等等原因，现代控制理论一时还难以应用于实际工业生产过程。
70年代以来．过程控制得到很大发展。
随着现代工业生产的迅猛发展．随着大规模集成电路制造成功与微处理器的相继问世．使功能丰富的计算机的可靠性大大提高、性能价格比又大大提高、尤其是工业控制机采用了冗余技术和软硬件的自诊断措施．使其满足工业控制的应用要求。
随着微型计算机的开发、应用和普及．使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。
过程控制发展到现代过程控制的新阶段:计算机时代。
这是过程控制发展的第三个阶段。
这一阶段纳主要特点是：对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者由多台计算机对生产过程进行控制和经营管理。
冶金过程控制基础及应用
8891瑞士Trafag公司为世界知名的压力传 感器生产商。其液压系统专用的8891 （8251）系列是欧洲著名品牌，有着很大 的市场份额。在中国很多直接从欧洲进口 的机械设备中都能见到该款产品的身影。 好产品能经的起时间的考验。
MST系列温度传感器变 送器广泛应用于电力、 石油、化工、建材、科 研等行业的温度测量。
磁致伸缩位移传感器是采用磁致伸缩原 理开发而成的高精度超长行程绝对位置 测量传感器，它不但可以测量运动物体 的直线位移，同时给出运动物体的位移 速度模拟信号，极为方便的多种输出方 式可满足各种测量、控制、检测的要求； 由于采用非接触测量方式，不致由于摩 擦、磨损等原因造成传感器的使用寿命 降低
电流传感器，安装于印刷 线路板上。其优点在于： 出色的精度，良好的线性 度，低温漂，最佳的反应 时间，宽频带，无插入损 坏，抗干扰能力强。主要 应用于：交流变频调速、 伺服电极，直流电机牵引 的静电转化，电池电源， 不间断电源开关电源和电 焊机电源。
压力
成分
流量
物性
第一章 控制系统的基本概念
问题三：工业生产过程对过程装
第
备控制的要求？
一
节
很多，主要有三项要求：
安全性
概
经济性
述
稳定性
第一章 控制系统的基本概念
1. 安全性
第
是指在整个生产过程中，确保人身
一
和设备的安全，这是最重要也是最基本
节 的要求。
方法：通常是采用越限报警、事故报警
概
和连锁保护等措施加以保证。随着控制
一
配上一些自动化装置以及合适的
节
自动控制系统来代替操作人员的
概
部分或全部直接劳动，使设计、
冶金工艺过程的自动化与控制系统研究
冶金工艺过程的自动化与控制系统研究第一章：引言冶金工艺过程是金属材料生产中的重要环节，其质量和效率直接影响到产品的质量和成本，因此，自动化与控制系统在冶金工艺过程中的应用变得越来越重要。
本章将介绍冶金工艺过程的背景和意义，并概述本文的研究内容。
第二章：冶金工艺过程的特点和挑战冶金工艺过程具有复杂性、不稳定性和危险性等特点，这给自动化与控制系统的设计和应用带来了一定的挑战。
本章将详细介绍冶金工艺过程的特点和挑战，为后续章节的研究提供理论基础。
第三章：自动化与控制系统的基本原理自动化与控制系统是通过传感器、执行器和控制器等设备来实现对冶金工艺过程的监测和控制。
本章将介绍自动化与控制系统的基本原理，包括控制理论、信号处理和通信等方面的知识，为后续章节的研究提供技术支持。
第四章：冶金工艺过程的自动化系统研究现状目前，国内外已经有不少关于冶金工艺过程的自动化系统的研究工作。
本章将对这些研究工作进行综述，总结现有的技术方法和现状，并指出其存在的不足和需要改进的方向。
第五章：基于人工智能的冶金工艺过程自动化系统人工智能技术近年来得到了快速发展，并在各个领域得到了广泛应用。
本章将介绍基于人工智能技术的冶金工艺过程自动化系统的研究进展，包括机器学习、深度学习和模糊控制等方法的应用。
第六章：冶金工艺过程的智能优化控制系统研究为了提高冶金工艺过程的效率和质量，需要对其进行优化控制。
本章将介绍冶金工艺过程的智能优化控制系统的研究进展，包括遗传算法、粒子群优化和模型预测控制等方法的应用。
第七章：冶金工艺过程的数据分析与故障诊断系统研究通过对冶金工艺过程中的数据进行分析和故障诊断，可以及时发现和解决问题，提高生产效率和产品质量。
本章将介绍冶金工艺过程的数据分析与故障诊断系统的研究进展，包括数据挖掘、故障诊断和预测维护等方面的方法与技术。
第八章：冶金工艺过程自动化与控制系统的未来发展趋势本章将对冶金工艺过程自动化与控制系统的未来发展趋势进行展望，包括新的技术方法的应用、系统集成和智能化水平的提高等方面。
冶金设备基础 第2章--散料输送
尺寸： 刮板输送机长度一般不超过 50~60m，最长不超过 120~200m，
通用型刮板输送机
输送量不大于150~200t/h。
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金设备基础
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2 、斗式提升机 : 是一种沿垂直或 3、螺旋输送机:靠螺旋转动，带动散 倾斜路程输送散状固体物料的输 料沿轴向方向从一端运动到另一端 送机。其结构是将料斗固定在链 的输送。适用于输送各种粉状、粒 条或胶带上，使其作上下循环运 状和小块状物料，不宜用来输送易 动，从而将物料由低处提升到高 变质的、粘性大的、易结块的、纤 处卸下。有间隔料斗和连续密集 维状的及大块状物料。 料斗两种形式。 特点：结构简单，可在输送机的 特点：适合输送均匀、干燥的 任何地方装料和卸料，实现密闭输 细 颗 粒 散 料 ， 散 料 粒 度 不 超 过 送，必要时可充入惰性或干燥气体 80mm 。提升机高度以 30m 为限，保护。缺点是动力消耗较大，物料 物料温度为 65℃为限。缺点是维 磨碎严重，须均匀给料，否则会造 护费用高。 成堵塞现象。
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5 、栓塞式气力输送机：利用气
流把输送颗粒料柱切成一段料栓、 一段气栓，颗粒在管道滚动或滑 动，从而料栓整体向前流动的输 送，输送的固体浓度高于0.2. 6 、圆盘给料机：靠转动的圆盘 带动散料，使散料均匀给到皮带 上的装置。 8、悬浮气力输送机
散料的性质
昆明理工大学材料与冶金工程学院
多媒体教学课程：冶金设备基础
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输送和给料设备
按气源的动力学特点分类分为： 气力输送
吸气输送 压气输送
稀相输送
按气流中固体颗粒的浓度分为： 浓相输送 超浓相输送
冶金质量分析第二章炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制
上式表明，给定的温度下，钢液中溶解的氢、 氮的浓度与钢液上氢、氮的分压的平方根成正 比。氢、氮在钢液中的溶解反应为吸热过程， 随着温度升高，溶解度也增大，由此可见，出 钢温度过高会增加氢、氮在钢中的溶解量，从 而降低钢的质量和性能。 钢液中其他溶质元素对气体的溶解度也有影 响，凡与气体有较强亲和力的元素(如V、Mn, Ti, Nb等)，将增加气体在钢液中的溶解度，而 与铁的亲和力大于气体与铁的亲和力的元素(如 C , Si等)，会降低气体在钢液中的溶解度。
(二)氢对钢质量的影响 氢的原子半径小(0.053nm)，进入钢中后， 相当容易移动。由于氢在铁中移动的激活能 只为碳在铁中移动激活能的1/10，以致钢中的 氢容易在应力(主要指外加应力、残余应力、原 子之间相互作用力等)作用下，向钢中一些危险 区域扩散，以不同形式危害钢的性能。 钢中氢的危害主要表现在以下几个方面:
一般来讲，钢的氢脆随钢的强度增高而加剧， 高强度钢和超高强度钢含氢时脆性将明显 增加。研究认为，高强度钢平均含氢量不到 10-4%就可能产生氢脆。 图4--2中表明，在低于屈服强度的恒定静载 荷持续作用下，经过一定时间的孕育期后，、 在试样表面缺陷处或缺口根部产生裂纹源，随 着时间的延长，裂纹不断扩展长大，到一定程 度后导致试样突然断裂。由于图4-2中的断裂 曲线与疲劳曲线相似，因此这种氢脆也称为静 疲劳。图4-2中有一个下临界应力值(门槛值)， 试样在低于此值的应力作用下，加载时间再长 也不会产生脆性断裂。下临界应力的大小与试 样表面缺口形状有关，缺口愈尖锐，下临界应 力也愈低。
Triano在1955年提出的应变时效型氢脆的 解释，目前已为较多的人所接受，其概念如 下:含氢试样受载后，在其缺口尖端处产生应力 集中。氢原子在应力作用下向这里扩散聚集， 使缺口尖端处的位错周围形成柯氏气团，对位 错产生钉扎作用，导致位错难以运动，表现为 缺口尖端处被局部硬化。在外加应力作用下， 如果试样缺口尖端处的基体不能通过位错运动 产生局部塑性变形而使应力集中松弛的话，此 处就会萌生裂纹并由此扩展长大。
冶金过程自动控制
连铸机控制
通过自动化控制系统对连 铸机进行精确控制，实现 铸坯的连续、稳定生产， 提高生产效率。
有色金属冶炼的自动化控制系统
熔炼过程控制
通过自动化控制系统对有色金属 熔炼过程进行监控和控制，确保
熔炼过程的稳定性和安全性。
电解过程控制
通过自动化控制系统对有色金属电 解过程进行监控和控制，提高电解 效率，降低能耗。
根据控制系统的指令，调节冶金设备的操 作参数，如阀门、电机等。
数据采集与控制系统（DAS）
通讯设备
用于实时采集、处理和存储冶金过程中的 数据。
实现冶金设备与控制系统之间的数据传输 和通讯。
系统实现的软件平台
01
实时操作系统
提供实时数据处理和任务调度功能。
监控软件
实时监控冶金设备的运行状态和参 数。
和解决潜在的安全隐患，同时降低对环境的污染和排放。
03
促进冶金行业的转型升级
冶金过程自动控制技术的应用，可以推动冶金行业的转型升级，实现从
传统制造向智能制造的转变，提高企业的核心竞争力和市场地位。
02
冶金过程自动控制技术
自动化控制系统的基本组成
控制器
用于接收输入信号，根 据预设算法计算输出信
号，控制执行机构。
冶金过程自动控制
目录
• 引言 • 冶金过程自动控制技术 • 冶金过程自动控制系统的设计 • 冶金过程自动控制系统的实现 • 冶金过程自动控制系统的应用案例
冶金过程自动控制是一门研究冶金过程中自动控制理论和技 术应用的学科。它涉及冶金工艺、自动化控制、计算机技术 等多个领域，旨在提高冶金过程的效率、质量和安全性。
执行机构
根据控制器输出的信号， 执行相应的动作，如调节 阀门、改变电机转速等。
冶金过程控制基础及应用课程设计
冶金过程控制基础及应用课程设计一、课程背景随着现代制造业的发展，传统的手工操作正逐渐被智能化工艺代替。
而作为制造业中比较重要的行业之一，冶金行业也在不断推进着现代化的进程。
而在冶金生产的各个环节中，过程控制是保证冶金生产质量和效率的重要手段之一。
本课程旨在通过对冶金过程控制的基础知识及应用实例的学习，帮助学生了解冶金生产过程中的常见自动化控制方法和技术，在实践中感受到控制系统设计、运行和优化等环节的重要性，从而培养学生现代化冶金生产中必不可少的实践操作技能。
二、课程内容本课程分为两个阶段，第一阶段为理论学习，第二阶段为实践环节。
理论学习1.冶金行业概述：介绍冶金行业的发展历史、现状及未来走向，包括冶炼技术、钢铁、铜、铝、镁等冶金行业；2.冶金过程自动化控制基础：介绍控制系统的基础理论，包括控制理论、信号处理、控制器等相关知识；3.冶金过程控制中常用的技术手段：介绍常见的自动控制技术，包括PID、Fuzzy等；4.冶金过程控制中的应用实例介绍：介绍控制技术在具体冶炼行业中的应用案例，以及案例的控制方案，控制方案的设计思路和优化。
实践环节1.冶金流程模拟实验：通过软件模拟实验，学生可以将自己的观念应用于虚拟世界中，并加深对控制环节和流程的理解；2.实验室实践：由专门的教师团队设计实验，逐步进行实际环节的操作和控制；3.综合实践：对前两个实践阶段的学习内容进行综合应用，学生需要以模拟生产的方式进行完整流程的实验版的冶金生产流程。
三、课程目标1.掌握冶金行业发展的基本框架，了解行业发展历史、现状及未来趋势；2.了解控制系统的基础理论，并掌握常见的控制技术，包括PID控制、Fuzzy控制等；3.能够独立进行冶金制造过程的自动化控制方案的设计，了解控制方案的设计思路和优化；4.具备冶金流程模拟实验、实验室实践和综合实践的能力，在实践中深入了解冶金生产技术的应用和自动化控制方法的设计。
四、考核方式1.课堂考试：测试学生是否掌握控制理论和自动控制技术；2.实验考核：通过实验考核，测试学生能否独立完成基本的冶金制造流程的自动化控制方案设计；3.综合考核：学生需要进行完整流程的实验岗位模拟，测试学生的综合应用能力和控制系统设计思路的优化能力。
钢铁冶金原理第二章 冶金过程动力学基础
CB0C A ln ktC B 0 C A0 C A0 C B
第二章 冶金过程动力学基础
设 2A B D
dCA 2 kC A dt
1 1 kt CA C A0
1 t1 kC A0 2
dCA 2 kC A dt
二级反应的特征：
1.反应速率与反应物的浓度的平方成正比。
逆反应速率： v k CCO2
净反应速率：
v v v k CCO k CCO2
1 k CCO CCO2 K
第二章 冶金过程动力学基础
由于消耗1molCO生成1molCO2，故 CCO CCO const C
2
C CCO2 dCCO v k CCO dt K
v dC A k C dt V
1 m s k：界面反应速率常数，
A：相界面面积，m2； V：体系的体积，m3;
C ：不可逆反应： C C ，可逆反应： C C C平 ； m ol m 3。
第二章 冶金过程动力学基础
§2.1.2 化学反应速率与温度的关系p105 Arrehenius从实验中总结得到反应的速率常数k与温度T的关系式：
C：体积摩尔浓度， m ol
m3
v：
m ol 3 m s
1 dCA 1 dCB 1 dCD a dt b dt d dt
第二章 冶金过程动力学基础
一、基元反应与非基元反应p103 基元反应：化学反应的速率与反应物的浓度的若干 次方成正比，且反应级数与反应物的计量系数之和相等。
第二章 冶金过程动力学基础
当反应达到平衡时：
v o ， v v
冶金过程控制基础及应用第四章
零件迁移机构：
在实际应用中，差压的测量范围 不一定从零开始，有时有一不为零 的起始值。
变送器中进行零点迁移，同时调 整仪表量程，可提高仪表的测量精 度和灵敏度。
已知被测参数的波动范围为 4000~5000Pa，若零点不迁移，需 选择量移为0~5000Pa的变送器，对 应输出为20~100 KPa。若零点迁移， 可选下限为4000Pa、上限为5000Pa 的变送器，其量程为1000Pa。
②第二场所：指爆炸性粉尘或易燃纤 维与空气混合形成爆炸混合物的场 所。
10级应域：指在正常情况下，爆炸 性粉尘或易燃纤维与空气的混合物 可能连续地频繁出现或长时间存在 的场所。
11级应域：指在正常情况下，爆炸 性粉尘或易燃纤维与空气的混合物 不能出现，仅在不正常情况下偶尔 短时间出现的场所。
（2）爆炸性物质的分类、分级 与分组
2、按照变送器的驱动能源分：
第 气动变送器：以压缩空气为驱
一
节
动能源。
电动变送器：以电力为能源。
变 速 器
第三章 过程检测技术
第 一 节 变 速 器
第三章 过程检测技术
4.1.1 差压变速器
第 用来把差压、流量、液位等被测参
一
数转换成为统一标准信号，并将
节
此统一信号输送给指示、记录仪
变
表或调节器等，以实现对上述参
第
性不能是线性的。假设热电偶的
一 节
特 性 是 凹 向 上 的 ， 若 要 使 t℃ 与
USC 的 关 系 呈 线 性 变 化 ， 则 变 送
变 送
器放大回路的特性曲线必须是凹
器
向下的。
第三章 过程检测技术
热电偶温度变送器是由热电
第
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被
根据式(2-7)画出图2-l水槽
控
对 液位被控对象在阶跃输入作用下
象 的
的特性曲线如图2-2所示。
特
性
第二章 过程装备控制基础
第 一 节
被
控
对
象
的
特
性
图2-2 单容自衡特性曲线
第二章 过程装备控制基础
第
从 图 (2-2) 曲 线 可 以 看 出 ， 在
一 节
初始阶段，由于qv1突然增加而流
出量qv2还没有变化，因此液位H上
被 升速度很快；随着液位的上升，水
控
对 槽出口处的静压增大，因此qv2随
象 的
之增加，qv1与qv2之间的差值就越
特 来越小，液位H的上升速度就越来
性 越慢。
第二章 过程装备控制基础
第
由式(2-7)和图2-2可以看出，
一 节
当t时
被
(2-8)
控 对
K为常数，若qv1为常数，液位又
象 重新回到平衡状态，此时
被
qv1 = qv2
控 对
qv1变化 液位H变化 水槽出
象
口处静压液变化 qv2变化。
的
特
性
第二章 过程装备控制基础
第
假设qv1变化量很小，可近似
一
节 认为流出量取qv2与液位H成正比关
被
系，与出水阀的水阻Rs成反比关系，
控即
对
象
(2-4)
的
特
性
第二章 过程装备控制基础
第
在讨论被控对象的特性时，所
的
系统的设计中无法改变。只有
特 性
深刻了解被控对象的特性，才
能得到良好的控制质量。
第二章 过程装备控制基础
概念1：
第 一
被控对象的特性：是指当被控对
节
象的输入变量发生变化时，其输
出变量随时间的变化规律(包括变
被
化的大小、速度等)。通常所讲的
控
对象特性是指控制通道的对象特
对
性。
象 的
对一个被控对象来说，其输
的 特
qv1 = qv2
性 这就是被控对象的自衡特性。
第二章 过程装备控制基础
第 一
定义：被控对象的自衡特性输入
节 变量发生变化破坏了被控对象的平
被 衡而引起输出变量变化时，在没有 控 对 人为干预的情况下，被控对象自身 象 的 能重新恢复平衡的特性。 特 性
第二章 过程装备控制基础
第 一
自衡持性有利于控制，在某些
的流量qv1等于流出水槽的流量qv2，
被
因此，液位稳定在某一数值H0上，
控 对
处于平衡状态。在t0时刻，若流人
象 量qv1突然有一阶跃变化量qv1，
的 特
则可由式(2-5)求出相应的液体变
性 化量
第二章 过程装备控制基础
第 一
H K qv1 1 ett0/T
节
(2-7)
第二章 过程装备控制基础
第二章 过程装备控制基础
简单过程控制系统的设计。
工业常用复杂控制系统的结构、
内
特点及应用。
它们中的多数系统仍只有一个
容
(或一个主要的)被控变量，仍
参照简单控制系统的基本原理
来分析和设计，仍是经典控制
理论发展的产物。
第二章 过程装备控制基础
设 设计一个控制系统步骤：
一
节 研究的是未受任何人为控制的被控
被 对象，因而出水阀的开度不变，阻
控 对
力Rs为常数。
象
的
特
性
第二章 过程装备控制基础
第
将式(2-2)和式(2-3)代入式
一 (2-1)，整理得
节
被
(2-5)
控
对 象
令T=ARs，K=Rs，代入(2-5)，得
的
特
性
(2-6)
第二章 过程装备控制基础
第
式 (2-6) 是 用 来 描 述 单 容 水 槽
满足下面的物料平衡关系：
（2-1）
被
控 对
V－水槽内液体的贮存量(液体体积)；
象 的
t－时间；
特 dV/dt－贮存量的变化率。 性
第二章 过程装备控制基础
第 一
设水槽的横截面积为A，是一
节 个常数，则因为
被
控 对
所以
象
的
特
性
（2-2） （2-3）
第二章 过程装备控制基础
第 一
静态情况时：
节
dV/dt = 0
节 情况下，使用简单的控制系统就能
被 得到良好的控制质量，甚至有时可 控 对 以不用设置控制系统。 象 的 特 性
第二章 过程装备控制基础
第 无自衡特性的单容对象
一 节
被
控
对
象
的
特
性
图2-3 无自衡单容液位对象
第二章 过程装备控制基础
第 一
在此类被控对象中，泵的出口
节 流量qv2不随液位变化而变化，因
计 一
对被控对象作全面了解。
个 控
解决控制方案和调节器参数的
制
整定。
系
统 系统投运。
第二章 过程装备控制基础
第 控制系统控制质量的优劣——过
一
程控制中最重要的问题，取决
节
于自动控制系统的结构及其各
被
个环节的特性。
控 对 象
被控对象的特性——由生产工艺 过程和工艺设备决定，在控制
一 被控对象的微分方程式，它是一个 节
一阶常系数微分方程式。因此，通
被 常将这样的被控对象叫做一阶被控
控 对
对象。式(2-6)中的T称为时间常数，
象 K称为被控对象的放大系数，它们 的
特 反映了被控对象的特性(将在下一
性 节中详述)。
第二章 过程装备控制基础
第
图2-l所示的水槽液位被控对
一 象,在初始平衡状态时，流入水槽 节
特
出变量就是控制系统的被控变量，
性
而其输入变量则是控制系统的操
纵变量和干扰作用。
第二章 过程装备控制基础
第 概念2： 一 节 通道：被控对象输入变量与输
被
出变量之间的联系。
控 概念3： 对
象 控制通道：操纵变量与被控变 的
特
量之间的联系。
性
第二章 过程装备控制基础
第 概念4： 一 节 干扰通道：干扰作用与被控变
有自衡特性的单容对象
被
控
无自衡特性的单容对象
对
象
（2）双容液位对象
的
特
性
第二章 过程装备控制基础
第 有自衡特性的单容对象
一
节
H：液位，输出变量
qv1，qv2：体积流量
被
Rs1，Rs2：阀门
控
对
象
的Байду номын сангаас
特
性
图2-1 有自衡单容液位对象
第二章 过程装备控制基础
第
显然，在任何时刻水位的变化均
一 节
被
量之间的联系。
控
对
象
的
特
性
第二章 过程装备控制基础
第 2.1.1 被控对象的数学描述： 一 节 以工业过程中最简单的水槽液
位对象为例分析推导。
被
控
在连续生产过程中，最基
对 象
本的关系是物料平衡和能量
的
平衡。
特
性
第二章 过程装备控制基础
第
在静态条件下，单位时间流入
一 对象的物料(或能量)等于从系统中
节 流出的物料(或能量)；在动态条件
下，单位时间流入对象的物料(或
被 能量)与单位时间从系统中流出的
控 对
物料(或能量)之差等于系统内物料
象 (或能量)贮存量的变化率。
的 特
被控对象的数学描述就是由这
性 两种关系推导出来的微分方程式。
第二章 过程装备控制基础
第 水槽液位对象：
一
节
（1）单容液位对象