高炉过程数学模型概述
高炉生产成本模型
高炉生产成本模型简介高炉生产成本模型是一个用于评估和优化高炉生产过程中成本的数学模型。
高炉是钢铁工业中重要的生产设备，通过将矿石和其他原料加热熔化，以生产出熔融的金属铁。
高炉生产成本模型可以帮助企业管理者了解和控制高炉生产过程中的成本，提高生产效率和经济效益。
模型构建高炉生产成本模型的构建基于高炉生产过程中的各个环节和成本因素。
主要包括以下几个方面：1.原料成本：高炉生产过程中需要使用大量的铁矿石、焦炭和石灰石等原料。
原料成本受到市场供求关系和原料质量等因素的影响。
2.能源成本：高炉生产过程中需要大量的能源，包括煤炭、焦炭和电力等。
能源成本受到能源价格和能源消耗量等因素的影响。
3.人工成本：高炉生产过程中需要大量的操作工人和技术人员。
人工成本受到劳动力市场的供求关系和人工工资等因素的影响。
4.设备维护成本：高炉生产过程中需要对设备进行定期的检修和维护，以保证生产的正常进行。
设备维护成本受到设备状况和维护费用等因素的影响。
5.环境治理成本：高炉生产过程中会产生大量的废气、废水和固体废物等污染物。
为了保护环境，企业需要进行环境治理和排放控制，这会增加生产成本。
以上各个方面的成本因素需要通过数据收集和分析，建立数学模型来表示和计算。
模型应用高炉生产成本模型可以应用于以下几个方面：1.成本评估：通过模型的应用，可以对高炉生产过程中的各项成本进行评估，包括原料成本、能源成本、人工成本、设备维护成本和环境治理成本等。
通过分析各项成本的变动和影响因素，企业管理者可以及时调整生产策略，降低生产成本，提高经济效益。
2.成本优化：通过模型的分析，可以找出高炉生产过程中的成本优化策略。
例如，可以通过优化原料配比、降低能源消耗、提高设备维护效率和改进环境治理技术等方式来降低生产成本。
同时，模型还可以帮助企业管理者评估不同的生产方案和技术改进方案的经济效益，从而选择最优方案。
3.决策支持：高炉生产成本模型可以为企业管理者提供决策支持。
热风炉控制模型
功地替代了一级人工燃烧控制，从此结束了我国无自主知识 产权热风炉控制模型的历史。
投用至今，该模型运行良好，烧炉过程稳定可靠，方便
易用，大幅度提高了控制精度，废气残氧量控制小于0.2%， 减少人工干预，达到了较好的效果，深得用户好评。
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4. 应用效果
2013年5月由攀钢西昌炼铁厂和中冶京诚工程技术有限公 司炼铁、自动化专业专家组成联合考核验收小组，自2013年5 月5日至5月16日，对1号高炉热风炉控制模型进行了为期12天 的现场考核。
热风炉控制模型达到以下效果：
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4. 应用效果 （1）一级（L1）系统由电气、仪表控制系统组成基 础自动化级，具有高可靠性、高性能、功能分配合理、系 统构成简捷、易于扩展等特点； （2）控制系统可完成两地（集中、机旁）6种操作方 式，即在集中操作室HMI上全自动、单炉自动、联锁手动 、非联锁手动、休止和在机旁操作箱上的机旁手动操作； （3）实现热风炉生产监控一体化和管控一体化，电 仪控制设备满足高炉各种工艺控制要求，控制模型运行稳 定可靠；
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2、模型介绍
主要技术参数
可提高风温5~8℃； 热风炉热效率提高1 %~3 %； 减少CO2排放1 %~3 %； 废气残氧量控制小于0.2%；
掺烧高热值煤气时，可减少高热值煤气使用量50%~70% ，或同等高热值煤气量条件下达到更高热风温度，热风温度 ≥1300℃；
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3.技术特色 产品特点 采用数学模型+专家系统的控制模式，运行稳定、适用性强；
或同等高热值煤气量条件下达到更高热风温度；
谢谢！
热风炉控制数学模型介绍
目
• • • • •
采用数学模型计算高炉炉缸侵蚀状况
采用数学模型计算高炉炉缸侵蚀状况（韩）Jin-su Jung 等摘要：为了评估炉缸的侵蚀状况，特别是炉缸角部的侵蚀状况，开发了一种数学模型。
该模型考虑了热流路径和热流面积的影响。
计算结果：光阳1号高炉炉缸的侵蚀面呈象脚型，出铁口和炉缸的边角部侵蚀严重。
由于碳砖的低导热性，使炉缸侧壁热负荷比其它区域高，所以此区域的侵蚀程度大。
在炉役初期，侵蚀较为剧烈，但7年后一直保持稳定状态。
另外，用红外线照相法进行了炉缸周围区域的热分析，用这种方法同时测量大面积的热区域很有效。
虽然局部的热区域并没有找到，但测量的结果与热电偶测量的趋势一致。
关键词：高炉炉缸数学模型侵蚀1.前言高炉炉缸状况是决定高炉寿命的主要因素之一。
连续监视高炉炉缸状况对于确定高炉大修时间和炉缸耐材的保护有重要意义。
炉缸耐材的残余厚度是通过分析耐材温度得来的，而这些温度又是由安装在炉缸耐材上的热电偶测得的。
为了更好地了解炉缸侧壁的侵蚀状况，已经开发了一些传热模型，比如有限元法和边界元法等。
本文介绍了一种使用热流路径方法的特殊模型，可以计算侵蚀线和高炉炉缸的凝固层。
另外，还介绍了可用红外线照相法,对炉壳进行温度分析的方法。
2.考虑了热流路径的数学模型2.1用来计算的基本概念在高炉炉缸，铁水侵蚀炉缸砖衬，当铁水的热流与冷却水带走的热流相平衡时，这种侵蚀才停止。
因为熔融铁水的凝固点大约在1150℃，在此热平衡下，计算出1150℃等温线的位置，定义为铁水可以侵入的最初厚度。
模型主要目的是计算残余的耐火砖厚度。
一维传热方程做为计算的控制方程。
高炉炉缸是轴对称图形，炉缸的一半如图1所示。
用来计算的材料的物理特性如表1所示。
边界条件如下：=6000W/m2K）1)炉壳用25℃的水喷水冷却；（hw2)炉缸底部用25℃的水冷却；（h=30W/m2K）w3)热面假设为1150℃。
表1 材料的物理性质符号说明值h b（W/m2K）冷却水的导热系数30h w（W/m2K）喷水的导热系数6000k1（W/mK）莫来石的传热系数2k2（W/mK）碳砖的传热系数10k3（W/mK）石墨的传热系数18k4（W/mK）捣打料的传热系数6k5（W/mK）炉壳的传热系数40k s（W/mK）凝固层的传热系数22.2计算过程图2是计算耐火砖厚度的过程。
高炉过程控制讲义
第一章绪论1.1 高炉过程控制的基本概念高炉过程控制就是高炉操作者根据从仪表上获取的检测数据，对高炉运行状况进行判断与预测。
高炉控制的目标是要及时发现并调整不稳定的炉况，生产出合格生铁，同时要注意降低燃料消耗和高炉长寿的问题。
1.2 高炉过程控制的发展概况高炉冶炼过程控制模型可以归纳为三种类型：1)高炉冶炼过程数学模型2)高炉冶炼过程优化模型3)高炉冶炼过程专家系统1.3 高炉过程控制的发展趋势实现高炉炼铁过程的闭环自动化。
结论：高炉冶炼过程控制模型以现代炼铁理论、自动控制理论和计算机技术为基础，由低级向高级发展，正在日臻完善，而且逐步形成了自己的一套比较系统的理论，并在生产中得到日益广泛的应用。
第二章高炉过程控制系统的构成2.1 高炉生产的特点1）过程复杂。
高炉冶炼过程为非均相、非线性、非稳态连续的物理和化学变化过程。
高炉内各种物理化学现象及其影响因素之间相互作用、相互影响，表现出很强的分布特性和耗散系统特征。
另外，高炉冶炼过程与外部环境之间的关系复杂。
冶炼过程涉及的物料流量大，相关处理设备繁多，前后工序的连贯性强，外部环境发生的变化都将对冶炼过程产生重要影响。
2）检测信息不完全。
高炉冶炼过程是在密闭状态下进行，内部情况大多无法直接观测，炉内高温、多相、含尘和机械冲刷等特点给过程变量的检测带来极大困难，一些用于建模和控制所需要的重要参数和变量目前还难以测得，一些测得的信息也含有较大噪声。
具体表现在检测项目少，且多局限于过程的边界（炉顶、渣铁、风口、炉身静压力等），很多重要检测数据的采样频度低。
3）反应迟钝。
即对控制动作的响应十分缓慢，时间常数很大，各个操作参数对过程的作用具有很大的滞后期，如：各操作变量对控制目标之一的[Si]的动态变化响应的延迟时间约为3-7小时。
4）可控范围狭窄。
一方面，铁水质量必须满足用户的要求，这使得高炉的各种控制参数可调范围相对较小；另一方面，炉况必须早调、小调，才不致于发生过大的波动，否则炉况将急剧恶化而导致失控。
2011炉顶煤气循环_氧气鼓风高炉综合数学模型_北科大
身 CO2
和V
身 H2 O
分别为刚进入炉身区
H2 、 N2 、 CO2 和 H2 O 气体体积， m3· t － 1 ； c 为炉 域 CO、
C1 m3·t － 1 ； X C1 X C1 X C1 X C1 身循环煤气量， CO 、 H2 、 N2 、 CO2 和 X H2 O 分
H2 、 N2 、 CO2 和 H2 O 气体 别为炉身循环煤气中 CO、 体积分数． （ 1） （ 2） （ 3） V （ 4 ） 炉顶区域． C2 C2 C2 V顶 CO = 2 V O2 + b （ X CO + 2 X CO2 + X H2 O ） +
欧盟2004年制订并实施了超低co2炼钢计划ulcos高炉炉顶煤气循环技术新型无氮气高炉技术tgrbf是其重点开发的技术之一其目标是减少炼铁碳消耗25目前已完成8m3高炉实验达到了预期效果并已启动产业化开发计划目标是到2020年实现工业生产34但由于技术保密其公开报道的资料很少
第 33 卷 第 10 期 2011 年 10 月
C2 C2 煤 V缸 H2 = V H2 + b （ X H2 + X H2 O ）
-11 ［8 ］
煤 V身 N2 = V N2 + bX
C2 N2
+ cX
C1 N2
V V V 、 V 、 V 式中： V 、
身 CO 身 H2 身 N2
身 CO2
= cX = cX
C1 CO2 C1 H2 O
身 H2 O
C2 C2 煤 V腹 H2 = V H2 + b （ X H2 + X H2 O ）
（ 5） （ 6）
V
腹 CO 腹 H2
高炉热状态模拟模型
唐钢2BF热状态模拟的研究摘要高炉热状态模拟系统目前已广泛应用于国内外炼铁过程控制中，其核心是知识库。
它决定了整个系统的成败，展示了整个高炉的温度，对整个冶炼过程有着重大意义。
高炉热状态是衡量高炉运行状况的重要参数,它直接关系到高炉的稳定和顺行,与生产的各项技术经济指标紧密相关。
铁水中硅的含量表明着高炉冶炼过程中炉缸的热状态，影响着高炉冶炼进程、能量消耗及生铁质量。
因此在日常操作中及时地掌握铁水中的含硅量及其变化趋势，预见性的采取调剂措施，这对于稳定高炉热度、减少炉况的波动、降低铁水含硅量及提高生铁质量和降低焦比等都具有重要意义。
本文主要目的是研究高炉铁水硅质量分数预测问题，使用MATLAB建BP神经网络来预测铁水含硅量，通过以往数据来训练权值和阈值，并通过网络神经元不断自我修正、自我完善，高炉铁水中硅质量分数的变动间接反应炉温的变化。
关键词：高炉，硅含量，BP神经网络，热状态模型AbstractThe heat state simulation system of Blast Furnace，whose core is knowledge base, has been widely used in ironmaking process control at home and abroad. It decides the success or failure of the whole system, shows the temperature of the whole Blast Furnace and has a great effect on the smelting process. Blast furnace heat state is an important parameter of Blast Furnace operation. It is directly related to the stability of the Blast Furnace and the technical and economic indicators of production .Silicon content in hot metal shows the thermal state in the process of smelting of the Blast Furnace and affect the blast furnace smelting process，energy consumption and quality of cast iron. So, in the daily operation, mastering silicon content of hot metal and its change trend and taking relief measures foreseeingly have great significance on the stability of Blast Furnace heat, reducing the Furnace condition fluctuation, reducing hot metal silicon content ,improving the quality of cast iron , decreasing coke rate and so onThe main purpose of this paper is the study of Blast Furnace hot metal silicon mass fraction prediction problem, using MATLAB to build the BP neural network for predicting hot metal silicon content, through the previous data to train the weights and thresholds, and through the network neurons constantly self-correcting, self-perfection, changes in the mass fraction of Blast Furnace hot metal silicon indirect reaction temperature change.Key words: Blast Furnace, silica content, the BP neural network, The heat state simulation system目录第一章绪论 (1)1.1前言 (1)1.2高炉炼铁工艺 (1)1.2.1炼铁的工艺流程和主要组成工序 (1)1.2.2炼铁工艺流程的主要设备及炼铁过程简述 (2)1.2.3高炉炼铁生产的主要经济指标 (2)1.2.4影响高炉热状态的工艺参数 (2)1.3高炉热状态模型的发展 (3)1.3.1离线分析模型 (3)1.3.2炉热指数模型 (3)1.3.3铁水硅含量综合预报模型 (4)1.4研究的目的 (4)第二章神经网络 (6)2.1神经网络定义 (6)2.2神经网络发展历史 (6)2.3神经网络分类及组成 (7)2.4神经网络的基本机理 (8)2.5 BP神经网络的构成 (9)第三章建立高炉热状态模型 (11)3.1 输入层的确定及数据处理 (11)3.1.1输入层参数的确定 (11)3.1.2输入层参数的数据处理 (12)3.2输出层神经元个数 (16)3.3隐藏层神经元数目的确定 (16)3.4神经网络模型的算法流程和改进方案 (16)3.4.1BP算法流程 (16)3.4.2BP算法的改进 (17)3.5具体程序 (19)3.5.1具体程序代码 (19)3.5.2显示图像 (20)第四章唐钢热状态模型 (24)4.1唐钢简介 (24)4.2唐钢高炉 (25)4.3预测铁水硅含量系统流程 (26)4.4硅含量预报模型在唐钢上的作用 (27)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第一章绪论1.1前言随着世界经济发展，人们生活水平提高，特别是中国加入WTO以后，世界对于钢铁的需求量日益增大。
基于反应动力学的全高炉数学模型概述
基于反应动力学的全高炉数学模型概述储满生(东北大学)摘要 高炉是一个气固向流的复杂冶金反应器。
为了更好地理解、控制和改进高炉炼铁过程,更多的努力被用于开发高炉数学模型,特别是基于反应动力学理论而开发的反应动力学模型。
本文简述了全高炉反应动力学模型的发展历程,介绍了该类模型的代表-基于多流体理论、反应动力学、冶金传输理论而创建的多流体高炉数学模型,并对全高炉数学模型的未来发展做出了若干展望。
关键词 高炉 数学模型 炼铁 计算流体力学REV I E W S O N TO TAL BLAST FURNACE M ATHEM AT ICALMOD EL BASE D O N REACT IO N-K I NET ICSChu Mansheng(Northeastern University)ABSTRACT B last furnace is a comp lex metallurgical react or with gas-s olid counter-fl ow.I n order t o understand, contr ol and i m p r ove the blast furnace p r ocess,more eff orts are made t o devel op mathe maticalmodels,es pecially ones based on the theories of reacti on-kinetics.A t first,hist oric revie ws on t otal blast furnace model of reacti on-kinetics are made in the paper.Then,multi-fluid blast furnace is intr oduced as one of the latest reacti on-kinetics models.Multi-fluid model is devel oped on basis of multi-fluid theory,kinetics,trans port phenomena theory and computati onal fluid dyna m2 ics.Finally,s ome pers pectives are made f or the future devel op ing trends of t otal blast furnace models.KE Y WO RD S blast furnace mathe matical model ir on making computati onal fluid dyna m ics0 前言在高炉操作过程中,由炉顶加入炉料,从炉缸渣铁口排放渣铁;而从风口鼓入热风和喷吹煤粉,产生的煤气从炉顶逸出。
高炉布料数学模型的开发及应用
U # * # 0 . # " / ) " ,9 0 + 2 ) / + "3K 0 ) 6 /I E $ " ) 2 # F F F K E $ , # "U + 6 / $ + : E / + "X , # 0
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本文利用开炉料面实测数据开发高精度的实时 在线布料数学模型 ! 分析炉料在无钟炉顶设备中的 运动 ! 建立 料 流 轨 迹 计 算 模 型 # 分析多环的布料规 律! 并结合 料 流 轨 迹 的 计 算 ! 建立求解料面形状及 % 研究 模型计 算 过 程中 关 键 Z B 比 分布的数学模 型 ! 问题的处理方法 # 介绍布料数学模型在高炉调剂中 的应用 &
沿’ 方向的匀速运动及= 方向的自由落体运动 $ 炉料斜下抛运动轨迹的水平投影距离为 %
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高炉模型
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3．装料方式监视
计算机根据在电气操作台上指定的装料方式，按得 到的原料跟踪信息，检查实际装料顺序是否符合指 定的装料方式，当不一致时，进行异常输出并打印 出错信息。
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高炉炉况控制的主要特点
高炉冶炼过程是一个大滞后、多变量、非线性、分布参数系统， 从而决定了高炉炉况控制的复杂性和多样性。 第一，高炉的生铁冶炼过程是在密闭状态下进行的，过程参数 大多不能直接观测，只能间接测量过程的输入输出变量，通过 这些变量来间接认识冶炼过程，建立炉况数学模型。 第二，生铁冶炼是一个在高温下进行的复杂的物理、化学与气 体动力学过程、不均匀性与非线性都比较大。 第三，过程时间常数非常大，不能采用常规的反馈控制方法， 需要采用预报、前馈等先进的控制理论。 第四，影响高炉冶炼的过程变量多，在生产中要加入许多操作 人员的知识和经验进行综合判断，以提高炉况控制的准确性。
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一. 炉热指数Tc计算模型
炉热指数Tc计算模型是用炉顶煤气成分、送风条件 等操作实际数据，进行风口燃烧带和直接还原带的 物质平衡计算，通过解风口燃烧带和直接还原带的 热平衡计算式的联立方程，求出炉热指数Tc和理论 火焰温度。
高炉上炉热指数的变化与铁水含硅量和铁水温度的 变化有强烈的相关性，因而可根据计算的炉热指数 来预报以后出铁的铁水含硅量和铁水温度。
2DL 计算机
焦化 计算机
M
1BF 计算机
M
2BF 计算机
M
分析中心 计算机
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计算机系统控制功能
原料数据处理 装料数据处理 高炉炉况控制模型 热凤炉燃烧控制模型 高炉炉体和热风炉炉壳温度监视 数据记录 数据显示 数据通信
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原料数据处理
1．试验分析数据处理 高炉所用的原料（矿石、烧结矿和球团）、焦 炭的成分分析，分别在全厂分析中心和焦化分 析试验室分析。 原料分析结果，由分析中心计算机传送给原料 中心计算机，再传送给高炉计算机。 焦炭试验分析结果，由焦化计算机直接传送给 高炉计算机。
基于计算流体动力学的高炉数学建模与仿真
0 引言在矿料下降的过程中，铁水和炉渣逐渐形成，从而发生固态和液态之高炉是一种多相态物质相互作用的化学反应容器，它被称为化工领域间的传热。
固态-液态之间的热传递系数通过下面的公式计算，它适用于最复杂的冶金反应器之一[1]。
为了更好地控制和改进高炉的生产过程，建立高炉的数学模型是非常必要的。
随着计算机技术的发展，更大的矩阵得以解决，模型的控制方程可以采用偏微分方程来描述，大量实用的高炉模型被开发[2]。
其中，基于计算流体力学的高炉数学模型能够详细分析通过上述一系列公式，可建立高炉内相态之间的基本传热数学描述气炉内状态并且精确预测高炉的操作性能，得到了更广泛的发展，成为目前态和固态间的动量传递可通过Ergun 公式[8]导出：国内外研究和应用的热点[3]。
为了准确地仿真高炉内部状态，本文对炉内相态间的动量、质量传输现象进行了数学描述[4]，建立了化学反应模型和高炉整体二维动态模 1.3 化学反应的描述型。
确立了数学模型的数值求解方法，完成了对高炉动态过程的仿真，仿高炉的实质是一种化学反应容器，最核心的内容就是化学反应的发真结果较好地反应了实际工况，为高炉自动化的实现打下基础。
生。
高炉内的主要化学反应可以归为三类：还原反应，碳的气化反应和水1 高炉数学模型煤气变换反应。
其中铁矿石内氧化铁的还原反应是最重要的化学反应。
为高炉过程和其他现象一样都必须遵循自然规律（质量守恒定律、动量了研究铁矿石的还原机理，我们采用三界面未反应核模型理论。
此理论认守恒定律和能量守恒定律），可以用流体力学和传热学的基本方程来描述为还原反应只发生在界面上，随着反应的一步步深入，未反应部分向中心[5]。
方向收缩，最后形成一个未反应的核心[9]。
由于氧化铁分级反应的特1.1 基本方程点，在一个矿球反应到一定程度的时候，就会形成明显的三界面，四层，模型的控制方程就是流体流动的质量、动量和能量守恒方程，采用一由外向内分别是：Fe-FeO-Fe3O4-Fe2O3。
理想高炉冶炼模型--碳铁比方程(焦比)
理想高炉冶炼模型碳铁比方程1、假设：1）高炉中是纯Fe 2O 3；2）鼓风空气不含湿。
2、高炉冶炼的化学反应过程炉顶气体 CO ：2x+2r-1-1/3-1/6 CO 2 :1-r+1/3+1/6 N 2:x(1-a)/a61CO+21Fe 2O 3=31Fe 3O 4+61CO 231CO+31Fe 3O 4=FeO+31CO 2CO+FeO=Fe+CO 22CO=CO 2+C 炉底空间 风口燃烧CO 2=O 2+C3、根据以上反应过程构筑一元二次方程解得碳铁比。
（1）设：焦炭中碳含量为x mol;在高炉冶炼中被直接还原的碳含量为r mol;其中鼓风含氧量为a （常数）。
可以根据整个反应过程得到炉顶气体各组分含量 CO=2x+2r-3/2 mol CO 2=3/2-r mol CO+CO 2=2x+r molN 2=aa x )1( molx2x+2rx直接还原r间接还原1-r1-r+1/32x+2r-12x+2r-1-1/3 1/61/61/31/3111N 2碳铁比（摩尔比）FeC =2x+r（2）因此炉顶气体各组分的摩尔浓度可得[CO]=aa x r x r x )1(22322-++-+ [CO 2]=aa x r x r )1(223-++-（3）根据组分的摩尔浓度解得：焦炭中碳含量x=aCO a CO CO CO a2])[1(][2])][]([1[2322-+++-被直接还原的碳含量r=aCO a CO a CO CO a 2])[1(][2]2])[])([1[(2322-++-++ 所以碳铁比（摩尔比）FeC =2x+r=a CO a CO CO CO a 2])[1(][2])[])([1(2322-+++-=1)(a )][CO 2a-a -(1)1(232++-ηa=)11()1][][1(2][][][123222--+-++aCO CO CO CO CO其中CO 2反应效率为][][][22CO CO CO +=η。
2500m 3高炉用热风炉燃烧室数值模拟
Ｘ
Ｙ
４ 火 焰 的空间分 布
５混 合分数 等 值线
６温 度 等值线
法。
２３ 紊流模型采 通用的 ． ． 模型 ” ，近
壁面 流动 采 ， 标 准壁 面 函数 处理 。 Ｌ ｝ ｊ ２ ４ 化 学反应 模 型 ． 由 丁燃烧 带 来温 度 、 力 和组 份 的剧 烈 压
变化 导致 流场 结 构产 生 脉动 ， 这给 计算 带来
困难 。解 决 的办法 是采 用混 合 分数 ， 混合 将
圆筒形 结 构 ，燃 器 采用 二孔 式 陶瓷燃 烧 器 ，
２ ０ｍ 炉 外 燃 式 热 风 炉 燃 烧 室 数 值 模 ５０ 高 拟 ， 得燃 烧 室流 场 细部特 征 ，验证 设计 的 获
合理性。
２ 问题 的简化 与建模
２ １计算 空 间 ．
煤 气 与 空气 山燃 烧 器前 混 合 ，属 丁动 力燃
①煤 气成 份 ：
ｒ （ ２ － ， 式 －１ ５）
２ ６ 由于 条件 限制 没有 考虑 辐射 。 ．
定 范 围
的一些 时间 分数 。ｐｆ，绘 在 （ ）
左边 ，表 现 出在 这段 范 同 内曲线下 面 积 值 ，与 这 段 范 同 内的时 间分 数相 等 。 写成 数学 方式 ： 组 份 Ｃ Ｏ Ｈ２
２ ０ ｍ３ ５ ０ 高炉用热风炉燃烧室数值模拟
董 建 民
１ 概述
热 风 炉 是 高 炉 炼 铁 流 中重炉研 究 和改 进 冈
烧。
本 文 利 用 现 有 的 湍流 和 燃 烧 模 型 对 某
对 降低 『 能耗 有 着重 要 的意 义 。 ： 序 某 ２ ０ ｍ 高 炉 外 燃 式 热 风 炉 燃 烧 室 为 ５０
高炉生产成本模型
高炉生产成本模型摘要：一、高炉生产成本模型概述二、高炉生产成本模型的组成部分三、高炉生产成本模型的计算方法四、高炉生产成本模型的应用实例五、高炉生产成本模型的优缺点分析正文：一、高炉生产成本模型概述高炉生产成本模型是一种对高炉炼钢生产过程中的各项成本进行系统分析和预测的工具。
通过对高炉生产过程中的各种成本因素进行详细分析，可以帮助企业更好地制定生产计划，实现成本控制，提高生产效率。
二、高炉生产成本模型的组成部分高炉生产成本模型主要包括以下几个部分：1.原材料成本：包括铁矿石、焦炭、石灰石等在内的原材料的价格和消耗量。
2.能源成本：主要包括高炉生产过程中所需的电力、蒸汽等能源的费用。
3.人力成本：包括直接生产工人的工资、福利等费用。
4.设备维护成本：包括高炉生产过程中所需设备的维修、更新等费用。
5.环保成本：包括环保设施的投入、环保税等费用。
6.折旧成本：高炉生产设备的折旧费用。
三、高炉生产成本模型的计算方法高炉生产成本模型的计算主要包括以下几个步骤：1.收集数据：收集高炉生产过程中各项成本的数据，包括原材料价格、消耗量，能源消耗量，人力成本，设备维护成本，环保成本等。
2.计算单位成本：根据收集的数据，计算出各项成本的单位成本，如单位铁水成本、单位钢水成本等。
3.预测总成本：根据历史数据和市场情况，预测未来的总成本。
4.制定成本控制策略：根据成本模型的计算结果，制定相应的成本控制策略，以实现成本最低化。
四、高炉生产成本模型的应用实例某钢铁企业，通过对高炉生产成本模型的应用，成功降低了生产成本。
具体操作如下：1.根据成本模型，分析各项成本的构成，找出成本控制的重点。
2.优化生产过程，降低原材料消耗，减少能源浪费，降低人力成本。
3.加强设备维护，减少设备故障，降低设备维护成本。
4.投资环保设施，减少环保罚款，降低环保成本。
五、高炉生产成本模型的优缺点分析优点：1.高炉生产成本模型可以帮助企业全面了解生产过程中的各项成本，为成本控制提供依据。
高炉炉缸的瞬态侵蚀过程的数学模型
高炉炉缸的瞬态侵蚀过程的数学模型已经建立能够估计瞬态高炉炉缸侵蚀过程的数学模型。
这个数学模型，把铁水流动，传热和砖/耐火材料的侵蚀联系起来。
为了验证数学模型的可用性，把炉膛最终侵蚀的计算结果与解剖高炉的计算结果进行分析比较发现二者基本相符。
利用这一模型研究炉内铁水流入炉缸流量，焦炭自由层的大小，铁水的产出率，碳砖导热性及焦炭填充床的流体流动阻力。
关键词：数学模型，高炉炉缸侵蚀，流体流动，传热。
1.简介关于高炉炉缸现象如铁水质量流量，焦炭填充床/焦炭自由层的传热等很多学者已经做了大量研究。
为了延长高炉寿命，在发展高炉操作，高炉设计，高炉维修方面也做了很多努力。
然而，炉缸砖/耐火材料，在高炉操作过程中是很难修复的，因此，它是影响高炉寿命的一个关键因素。
尽管在这一领域付出了很多努力，但是高炉炉缸的侵蚀机理仍不明确。
人们普遍认为，铁水流动影响炉缸壁砖/耐火材料及在炉缸中焦炭自由层之间存在的焦炭填充床和底砖的侵蚀。
在估算炉缸侵蚀时，两个主要的机制可能需要考虑，一个是热化学溶液侵蚀，另一个是热机械损伤。
在这两种情况下，了解铁水流动及通过焦炭填充床/焦炭自由层和砖/耐火材料之间的传热非常重要。
许多数学模型已经给出了关于高炉炉缸铁水流动和传热的基本知识。
但是，那些数学模型不适用于炉体结构设计。
为了设计炉体结构，必须分析短暂的侵蚀过程。
本次研究的目的是为了建立出适用于铁水流动，传热和炉缸侵蚀的完全耦合分析的数学模型，并了解短暂的侵蚀过程。
2.数学模型分析的系统包括焦炭填充床区域，焦炭自由层和砖炉/耐火材料区域，如图1所示。
图1.炉缸侵蚀模型系统2.1.控制方程在这一系统中，铁水原料与动量的平衡，铁水和炉缸砖/耐火材料的平衡的要求如下式(1)到（3）所示，其中（2）是Navier-Stokes方程，U代表实际速度,流量F由厄根方程确定。
▽•（ℇρU）=0 (1)ρρ(U▽)U=-▽p-µ▽2U+F (2)ρ+ρ(U▽)C P T=▽(k▽T) (3)其中F={150[]2µ+1.75[]ρU}U2.2.边界条件给出的边界条件如下:1) 上边界：温度和铁水流量给出，且耐火材料区域是绝热的；2) 出铁口：铁水流出速率作为出口边界；3）侧面和底部的壁表面的总传热系数给出；4）耐火材料与焦炭填充床之间传热系数给出；5）焦炭填充床区域：在验证的情况下由炉内应力分析结果给出，其他情况应适当。
氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型
氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型高炉的工作过程是以焦炭为燃料，燃烧后排放出CO2气体。
目前我国高炉炼铁的发展方向是以低成本消耗为基础，采取有效解决措施来降低焦炭的损耗量，避免大量的CO气体排放空气中污染环境。
其中高炉喷吹焦炉煤气是解决措施之一。
本文对氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺的内容及其数学模型进行了论述。
标签：氧气高炉；喷吹；焦炉煤气；数学模型0 前言高炉是钢铁冶金体系中最重要的工艺装置，它的工作过程是以消耗能量为主并释放CO2气体，我国本着可持续发展观的经济发展理念，以节省能量损耗减少气体排放的基础来研发各种新型技术，其中本文所论述的氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置就是最有效的解决办法之一。
氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置的优点在于克服燃料之间的消耗量，工艺流程简便，能够为社会经济带来效益，绿色、节能、环保，促使经济循环发展。
1 氧气高炉喷吹焦炉煤气（1）焦炉煤气的成分。
焦炉煤气作为高级气体燃料，它具有还原性，并且氢元素含量极高。
氧气高炉喷吹焦炉煤气包含H2，CH4，CO，CmHn，N2。
其中H2成分量占半数以上，其次是CH4和CO，CmHn和N2的成分较少，一般焦炉煤气的燃烧热量值不到20000KJ/Nm3。
（2）高炉喷吹焦炉煤气工艺。
高炉喷吹焦炉煤气工艺流程如下，燃烧原料以气体形式进入压缩机装置后，经压缩机处理，把气体导入储气罐，其中一部分气体通过旁通回路返回到原焦炉气体进口处，被循环利用，二次回收具有环保高效作用；另一部分气体通过吹扫蒸汽和喷吹支管进入到高炉中，高炉开始工作。
（3）喷吹焦炉煤气的优点。
首先该工艺可提供给高炉优质还原剂，CH4+1/2O2=2H2+CO，H2成分占据总成分3/4，其中H2还原速度较快，损耗能量少，能够增强高炉生产能力并提高焦炉工作进度；其次是还原产物环保，C 和CO还原最终产物是CO2，而H2还原产物是H2O，可以减少CO2的排放量，社会意义显著；然后焦炉煤气的价值量高，对能量运用效率得到改善，燃烧原料煤气，其能量利用率一般不到1/2，价格比例按热值计算，每立方米在0.4左右；另外喷吹技术简洁方便，控制精确度较高，工作原理组成是通过加大气体压强，运送气体以及喷吹，其有效特征在于设备投资成本低，控制灵活，精确度强，能够实现单风口定量喷吹。
第七章高炉过程数学模型
输出层
第一步（学习过程） 对于每一模型的输入，网络不断修正权重，
使输出值接近期望值（实际值）
第二步（预报过程） 学习后的网络能识别： 最新输入的数据与原始学习过程的哪种模 式最接近，并输出结果。
高炉过程的特点
(2)在密闭容器内进行的过程
大多数参数不能直接观测 很多参数不能连续准确测定
(3)输入参数的变化在炉况上的反映有很大滞后性
焦炭负荷变化――约5－6小时 喷吹煤粉变化――约2－3小时 鼓风温度变化――约1－2小时
高炉冶炼过程是一个 大滞后、多变量、非线性分布参数系统
高炉模型通常为 机理＋经验而建立的模型
即高炉过程存在大量模糊信息
数学模型无能为力
操作者凭经验可处理
现场人员不喜欢用数学模型
要求开发高炉人工智能系统 （因为人工智能可以进行模糊推理）
5. 高炉智能模型的开发
指导高炉生产过程
高
确定性
数学
炉
信息
模型
生
产
过
不 确 定 性 知识
程
信息（模
模型
糊信息）
精确
人
推理
工
智
能
模糊
模
推理
型
人工智能是一门新的技术学科 →利用计算机等手段模仿、延伸和扩展人的智能
第七章 高炉过程数学模型概述
高炉自动化要求日益迫切 高炉自控技术日趋成熟
大型化高炉优质高效运行所要求 炼铁技术发展 计算机技术发展
高炉过程数学模型
高炉自控的理论基础 高炉计算机控制的前提
1. 高炉建模的特点
高炉过程的特点 (1)高温下复杂的物化过程
存在气（煤气）、固（炉料）、液（渣铁） 三相的复杂反应 沿高度、径向、圆周方向存在不均匀性
高炉过程计算机控制2
MJ/t
Q2
留存在高温区鼓风带入热量
b 1 (1000 1) P (0.362+ α f ) × 4180
t
MJ/t
Q3
熔损反应耗热
3.23Z × 4.18
1000kJ/t
p
1000m3干风的生铁量
t
f
鼓风湿度
g/m3
tb
风温
℃
α
水蒸气的比热
kJ/(kg℃)
Z
CO2熔损反应的焦炭量
Kg/t
斯泰伯(C.Staib)等人发 展了Wm模型，综合考虑了铁 渣熔融、其它元素还原和下部 热损失，着重研究了铁氧化物 的直接还原，下图示出了一个 很好的Wm指数与铁水含硅量 符合关系的例子。
6.2 高炉反应动力学模型 高炉反应动力学模型的发展历程见图。
鞭严等人在上世纪60年代末开发的高炉稳态一维模型考虑了炉内主要化学反应和 传热过程，模拟结果给出了主要工艺变量沿高炉高度方向上的分布。后来，许多研究 者仿效鞭严的建模思想建立了一系列用于解决不同问题的高炉数学模型。这些早期的 高炉模型很好地把握了对局部和全高炉的能量平衡和物质平衡这一基本规律，因而在 模拟高炉现象、分析操作参数对炉况和冶炼指标的影响、指导开停炉等方面获得了相 当的成功。如一些模型应用于分析鼓风压力波动对高炉操作的影响、预测最低燃料比 以及模拟顶压操作等实践。但是，对于一维高炉模型来说，过程参数被假设为径向均 布,而高炉的解剖和取样分析证实了气体温度和炉内物质成分等在径向上都是不均匀的。 另外，在其建模过程中，炉内物质和能量的传输过程只能通过常微分方程来描述。再 加上边界值设定不合理等缺陷,这些早期一维模型的预测精度和应用范围都很有限。
燃烧中每分 钟定期启动 蓄热计算模型1 回归式 蓄热计算模型2 到现在为止的需热 量 BFG支管流量模型
高炉炉温分布自动检测与数学模型的建立
高炉炉温分布自动检测与数学模型的建立
1. 高炉炉温分布自动检测
炉温分布是高炉生产过程中一个非常关键的参数，它直接影响到焦炭燃烧状况、铁口形态及铁品质等方面。
因此，高炉炉温分布的自动检测对于保障生产稳定、提高生产效率具有重要作用。
高炉炉温分布自动检测主要包括传感器布置、数据采集、数据处理和分析等方面。
通过在高炉不同位置布置多个温度传感器，实时采集高炉内各个位置的温度值，并通过数据处理和分析，得到高炉炉温分布的图像化表示。
2. 数学模型的建立
高炉炉温分布的自动检测需要建立相应的数学模型，以对实际数据进行处理和分析，从而得到更为准确的炉温分布结果。
数学模型的建立需要考虑以下几个方面：
（1）高炉内的热传导方程式：通过热传导方程式计算各个位
置的温度分布可以用以下式子表示：
(∂T/∂t) = α（∂2T/∂x2）
其中，T为温度，t为时间，α为热导率，x为空间位置。
（2）高炉内的过程控制方程式：通过过程控制方程式考虑高炉内的各种物理、化学反应过程，从而对高炉内温度分布进行修正和校正。
（3）数值解法：通过数值解法对热传导方程式和过程控制方程式进行离散化求解，得到高炉内各个位置的温度值，并进一步计算得到炉温分布的图像化表示。
通过建立数学模型，可以实现对高炉炉温分布的精确模拟和预测，为生产实践提供依据和支持。
氧气高炉冷态模型的设计计算
氧气高炉冷态模型的设计计算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：氧气高炉是一种新型的高炉冶炼技术，其特点是采用氧气替代传统的空气作为氧化剂。
相比传统高炉，氧气高炉的冶炼过程更加高效，能耗更低，对环境的影响也更小。
本文将介绍氧气高炉的冷态模型设计计算过程。
一、氧气高炉的冷态模型设计1. 设计目标氧气高炉的冷态模型设计的目标是确定高炉在停炉状态下的各种参数，包括高炉结构尺寸、炉缸形状、冷却设备等。
这些参数的确定将直接影响高炉的热工性能和结构强度。
2. 设计步骤（1）确定高炉结构尺寸：根据生产需求和矿石成分，确定高炉的内径和高度，以及炉身、炉缸、炉喉等部分的结构尺寸。
（2）确定炉缸形状：炉缸是高炉的关键部件之一，其形状直接影响高炉的冷却效果。
通过数值模拟和实验数据分析，确定炉缸的形状参数。
（3）确定冷却设备：高炉在冷态下需要通过冷却设备来降低温度，避免炉体受热损坏。
确定适合的冷却设备类型和布置方式。
3. 设计依据氧气高炉的冷态模型设计需要依据高炉的热力学性能、热传导特性、材料强度等多个方面的参数。
同时还需要考虑工艺要求和安全性。
1. 热力学模型氧气高炉在冷态下的热力学模型需要考虑高炉内的温度分布、热传导和对流等因素。
通过数值模拟和实验测试，得到高炉在停炉状态下的热力学特性。
2. 结构强度计算高炉在冷态下需要承受自身重力和温度应力的影响，因此其结构强度是设计中的重要考量因素。
通过有限元分析等方法，计算高炉在冷态下的结构强度，确定各部位的最大应力和变形情况。
3. 冷却设备设计计算冷却设备的设计计算需要考虑高炉的热量散失速率、冷却介质的流动特性、冷却效果等因素。
通过数值模拟和实验测试，确定最佳的冷却设备布置方式和工作参数。
三、总结氧气高炉的冷态模型设计计算是高炉设计中的重要环节。
通过对高炉结构、热力学特性和冷却设备等方面的设计计算，可以确保高炉在冷态下的安全性和稳定性。
随着氧气高炉技术的不断发展和应用，其冷态模型设计计算将会变得越来越重要，有助于提高高炉的生产效率和设备寿命。
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高炉过程的特点
(2)在密闭容器内进行的过程
大多数参数不能直接观测 很多参数不能连续准确测定
(3)输入参数的变化在炉况上的反映有很大滞后性
焦炭负荷变化――约5－6小时 喷吹煤粉变化――约2－3小时 鼓风温度变化――约1－2小时
高炉冶炼过程是一个 大滞后、多变量、非线性分布参数系统
高炉模型通常为 机理＋经验而建立的模型
人工智能技术在90年代开始 在高炉中进行应用性开发研究
建立高炉操作的专家系统
有模糊识别和自学习的神经网络模型
专 家 系 统 将高炉操作者经验贮存于计算机里，进行炉 况的综合判断和控制 它包括两个主要组成部分：知识库和推理机 优点：克服了纯数学模型灵活性差、适应性 差的问题 缺点：知识库不易维护，对规则知识不具备 学习功能
[Si]
前n次硅值
输入层
中间层
输出层
第一步（学习过程） 对于每一模型的输入，网络不断修正权重， 使输出值接近期望值（实际值）
第二步（预报过程） 学习后的网络能识别： 最新输入的数据与原始学习过程的哪种模 式最接近，并输出结果。
3. 高炉数模的发展
第四阶段80年代以来→人工智能系统
人工智能系统（AI）
基于知识的专家系统 两者正趋结合
基于神经元的神经网络
4. 高炉数模的局限性
数学模型 → 把过程现象用数学方程定量地表达出来 但高炉过程的复杂性→许多现象无法进行定量描述 即高炉过程存在大量模糊信息
数学模型无能为力
操作者凭经验可处理
（1）分类
•按应用形式分类
静态模型－分析，判断，决策（离线） 动态模型－过程指导或控制（在线）
（2）功能
加深对过程的全面认识和理解 指导和控制高炉优质高效运行 不必通过试验只在计算机上即 可预测和导出最优方案
3. 高炉数模的发展
可分为四个阶段
第一阶段 1964年以前→离线计算分析 只限于作一些单纯指数的分析计算 （如热平衡、t理、Rist操作线等）
现场人员不喜欢用数学模型 要求开发高炉人工智能系统 （因为人工智能可以进行模糊推理）
5. 高炉智能模型的开发
指导高炉生产过程
高 炉 生 产 过 程
确定性 信息
数学 模型
精确 推理
不确定性 信息（模 糊信息）
知识 模型
模糊 推理
人 工 智 能 模 型
人工智能是一门新的技术学科 →利用计算机等手段模仿、延伸和扩展人的智能
神经网络系统
具有两大功能 自学习的功能 模糊识别功能 分为二种类型： a 反向传播网络－需利用输出端实际数据反馈校正 b 自组织网络－不需教师数据，自己组织 高炉常用BP网络 （反向传播网络）
基于BP网络的硅预报模型原理
风温 风压 风量 顶温 料速 矿焦比 CO2 ω1 ω2
2. 高炉模型的分类和功能
（1）分类
•按建模方法分类
理论模型－物料平衡、热平衡、化学平衡、反应速度等经典 模型 半经验模型－利用现场统计规律建立的、同时结合理论的模型
人工专家系统－依据投入和产出的变量间的逻辑关系进行判断
（1）分类
•按建模目的分类
模拟解析－煤气分布，温度分布等 计算分析－拉姆联合计算法，Rist操作线等 过程控制－Tc模型，Ts模型，Go－Stop模型等
第七章 高炉过程数学模型概述
高炉自动化要求日益迫切 大型化高炉优质高效运行所要求 炼铁技程数学模型
高炉自控的理论基础 高炉计算机控制的前提
1. 高炉建模的特点
高炉过程的特点
(1)高温下复杂的物化过程 存在气（煤气）、固（炉料）、液（渣铁） 三相的复杂反应 沿高度、径向、圆周方向存在不均匀性
3. 高炉数模的发展
第二阶段 1974年以前→在线过程指导 1964年法国人提出的Wu指数模型在线运行成功 用Wu指数（炉热指数）－代表炉下部热量， 可预测铁水温度及含硅量 以后又派生出Ec、Tc、Ts等炉热指数模型
3. 高炉数模的发展
第三阶段1975年以后→多目标管理 思想：其它非热量参数亦会对炉热指数有影响 高炉需要进行综合判断 故出现了：Go－Stop系统（川崎） AGOS系统（新日铁）