高炉专家系统中的基础数学模型
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导， 从 而实现高炉稳定顺行 。 关键 词 ： 高炉； 专 家 系统 ； 基 础 数 学模 型 ； 理论燃烧 温度 ； 炉 热 指 数
中图分类号 ： Ｔ Ｆ ３ ２ ５ ． ６ １
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ３ ６ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ３ ３ １ － ０ ６
生 。高炉专 家 系 统 正 是 结 合 数 学模 型 、 生 产 经 验
度 辨识 方法 建立 的铁水 含 硅量 预报模 型 以及 喷煤
高炉炉 热指 数模 型等
。本 文 主要 介绍 唐 山 国
丰 钢铁 有 限公 司 （ 以下 简 称 “ 国 丰” ） １ 高 炉 专 家 系统 中 的基 础数 学 模 型 ， 并 对 这 些模 型在 高 炉 生
高 炉专 家系 统 中数 学 模 型 种 类较 多 ， 每 类模 型所 反 映 的冶炼 过程 中各种 规律 之 间存在 着复 杂
第３ ６卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 ｌ Ｏ月
武
汉
科
技
大
学
Baidu Nhomakorabea
学
报
Ｖｏ １ ．３ ６． Ｎｏ． ５ ｏｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
控 制 系统数 学模 型是 在理解 炉 内化学 反应 和
传 输现 象 基 础 上 建 立 的反 映 过 程 特 征 的数 学模
型， 以实现对 冶 炼 过 程 的 有效 控 制 。它 将 数 学 模
型 和人 工智 能技 术 紧 密 结合 ， 对 高炉 生 产 过 程 进 行 精确 在线 控制 。
高炉 冶炼 过程 是 冶金 行业 中最 复 杂 的生产 过 程， 是一个大滞后、 多 变量 、 非 线性 的分 布 参 数 系
术 鉴定 的高 炉数 学 模 型 有 以 下几 种 ： 根 据 风 口前
端 温度 推算 铁水 含 硅 量 的数 学 模 型 ， 应 用 模 糊 测
统口 ］ 。为强 化 高炉 冶炼 、 合 理利 用 资 源 以及 降 低 能耗 ， 人们 希 望对 冶 炼 过 程 中炉 内 的复 杂 现 象 进 行 合理 描述 并 对 冶 炼 过 程 进 行 自动控 制 ， 因 此 用 于描 述和 控 制 高 炉 生 产 过 程 的数 学 模 型 应 运 而
高炉 专 家 系统 中的基 础 数 学模 型
白俊 丽 ， 张建 良， 国宏 伟 ， 杜 申 ， 曹 英杰
（ 北京 科技大学冶金与生态工程学 院 ， 北京 ， １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘要： 介 绍 了唐 山 国丰 钢 铁 有 限公 司 １ 高炉 专 家 系 统 中基 础 数 学模 型 的 特 点 ， 主 要 包括 配料 模 型 、 理 论 燃 烧 温度计算模型 、 炉热指数计算模 型及高炉操作线模型 ， 同 时 分 析 了这 些模 型 在 高 炉 生 产 中 的应 用 状 况 。结 果 表明， 基 础 数 学模 型 在 高 炉专 家 系 统 中 具 有 重 要 的 作 用 ， 可 以有 效 帮 助 操 作 人 员 了 解 高 炉 状 况 并提 供 实 时指
高 炉专 家 系统 功 能 的实现 要借 助 于相关 的数 学模 型 ， 数 学模 型 的 计 算 结 果 是 专 家 系 统 开发 的
基础 。 目前 ， 我 国冶 金 企 业 中在 线运 行并 通 过 技
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ４ １ １ 修 回 日期 ： ２ Ｏ １ ３ 一 Ｏ ５ 一 Ｏ ８
产 中的应用 状况 进行分 析 。
知识 、 信息 知识 和 专家 知识 对 高炉 状态 进行 表征 、 监 控 和诊 断 ， 并 针 对具 体 问题 给 出高炉操 作 指导 。 随着 高炉 监测 水 平 的提 高 和 信 息技 术 的进 步 ， 高 炉 专 家系统 在 国内外 有较 大 的发展 。 日本 对高 炉 冶 炼 过程 的计 算机 应 用及 数学 模 型 的研 究 居 于 国 际先进 水平 ， 开发 了 以炼 铁 专 家 知 识 为 基 础 的 逻
冶 炼过 程数 学模 型能将 高 炉 内的复杂 现象 用
数 学方 式定 量地 表 示 出来 ， 它 充 分利 用 冶 金 学 理
论 知识 ， 借 助数 学模 型再 现炉 内现象 ， 提高 人们 对 高 炉冶 炼过 程认 识 的深 度 和 广度 ， 是 高 炉 自动 控 制 的理 论基 础 ， 也是实 现 高炉计 算机 控制 的基 础 。
学 模型 ， 如图 １ 所示。
型等 ｒ ３ ｌ 。芬兰 拉 赫钢 铁 厂 高 炉专 家 系 统 以 及 奥 地 利 奥钢联 林 茨钢 厂 高炉 专家 系统 都有 很 好 的应 用 效果 Ｉ ４ ］ 。我 国 钢铁 企业 开 发 的 高 炉数 学 模 型
和 专 家系 统 中 ， 具 有 代 表 性 的有 首 钢 人 工 智 能 高 炉 冶炼 专 家 系统 、 鞍钢 高炉 专家 系 统 、 马钢 高炉 炉 况诊断专 家 系统 、 宝钢 ２ 高 炉 “ ＧＯ— Ｓ ＴＯＰ ” 系 统、 浙 江大 学 等开 发 的高 炉 炼 铁 优 化 专 家 系 统 以 及 济钢 高炉 专 家 系统 等 Ｊ ， 这 些 系统 在 实 际使 用 中都取 得 了较好 的效果 。
辑 判 断与 数量 计 算 相 组 合 的模 型 ， 如 炉 况 诊 断 模 型、 “ Ｇ０一 Ｓ ＴＯＰ ” 模型 、 操作 管 理 系 统 “ ＡＧＯＳ ”模
１ 国丰 １ ＃ 高 炉 专 家 系 统 中 的 数 学
模
国丰 １ 高 炉 专 家 系统 中 的数 学 模 型 主 要 包 括 冶炼 过程 数学 模 型 和 控制 系统 数 学模 型 ， 其 中 冶炼过 程数 学模 型又 包括 基础数 学模 型 和仿 真数
中图分类号 ： Ｔ Ｆ ３ ２ ５ ． ６ １
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ３ ６ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ３ ３ １ － ０ ６
生 。高炉专 家 系 统 正 是 结 合 数 学模 型 、 生 产 经 验
度 辨识 方法 建立 的铁水 含 硅量 预报模 型 以及 喷煤
高炉炉 热指 数模 型等
。本 文 主要 介绍 唐 山 国
丰 钢铁 有 限公 司 （ 以下 简 称 “ 国 丰” ） １ 高 炉 专 家 系统 中 的基 础数 学 模 型 ， 并 对 这 些模 型在 高 炉 生
高 炉专 家系 统 中数 学 模 型 种 类较 多 ， 每 类模 型所 反 映 的冶炼 过程 中各种 规律 之 间存在 着复 杂
第３ ６卷 第 ５期
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报
Ｖｏ １ ．３ ６． Ｎｏ． ５ ｏｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
控 制 系统数 学模 型是 在理解 炉 内化学 反应 和
传 输现 象 基 础 上 建 立 的反 映 过 程 特 征 的数 学模
型， 以实现对 冶 炼 过 程 的 有效 控 制 。它 将 数 学 模
型 和人 工智 能技 术 紧 密 结合 ， 对 高炉 生 产 过 程 进 行 精确 在线 控制 。
高炉 冶炼 过程 是 冶金 行业 中最 复 杂 的生产 过 程， 是一个大滞后、 多 变量 、 非 线性 的分 布 参 数 系
术 鉴定 的高 炉数 学 模 型 有 以 下几 种 ： 根 据 风 口前
端 温度 推算 铁水 含 硅 量 的数 学 模 型 ， 应 用 模 糊 测
统口 ］ 。为强 化 高炉 冶炼 、 合 理利 用 资 源 以及 降 低 能耗 ， 人们 希 望对 冶 炼 过 程 中炉 内 的复 杂 现 象 进 行 合理 描述 并 对 冶 炼 过 程 进 行 自动控 制 ， 因 此 用 于描 述和 控 制 高 炉 生 产 过 程 的数 学 模 型 应 运 而
高炉 专 家 系统 中的基 础 数 学模 型
白俊 丽 ， 张建 良， 国宏 伟 ， 杜 申 ， 曹 英杰
（ 北京 科技大学冶金与生态工程学 院 ， 北京 ， １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘要： 介 绍 了唐 山 国丰 钢 铁 有 限公 司 １ 高炉 专 家 系 统 中基 础 数 学模 型 的 特 点 ， 主 要 包括 配料 模 型 、 理 论 燃 烧 温度计算模型 、 炉热指数计算模 型及高炉操作线模型 ， 同 时 分 析 了这 些模 型 在 高 炉 生 产 中 的应 用 状 况 。结 果 表明， 基 础 数 学模 型 在 高 炉专 家 系 统 中 具 有 重 要 的 作 用 ， 可 以有 效 帮 助 操 作 人 员 了 解 高 炉 状 况 并提 供 实 时指
高 炉专 家 系统 功 能 的实现 要借 助 于相关 的数 学模 型 ， 数 学模 型 的 计 算 结 果 是 专 家 系 统 开发 的
基础 。 目前 ， 我 国冶 金 企 业 中在 线运 行并 通 过 技
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ４ １ １ 修 回 日期 ： ２ Ｏ １ ３ 一 Ｏ ５ 一 Ｏ ８
产 中的应用 状况 进行分 析 。
知识 、 信息 知识 和 专家 知识 对 高炉 状态 进行 表征 、 监 控 和诊 断 ， 并 针 对具 体 问题 给 出高炉操 作 指导 。 随着 高炉 监测 水 平 的提 高 和 信 息技 术 的进 步 ， 高 炉 专 家系统 在 国内外 有较 大 的发展 。 日本 对高 炉 冶 炼 过程 的计 算机 应 用及 数学 模 型 的研 究 居 于 国 际先进 水平 ， 开发 了 以炼 铁 专 家 知 识 为 基 础 的 逻
冶 炼过 程数 学模 型能将 高 炉 内的复杂 现象 用
数 学方 式定 量地 表 示 出来 ， 它 充 分利 用 冶 金 学 理
论 知识 ， 借 助数 学模 型再 现炉 内现象 ， 提高 人们 对 高 炉冶 炼过 程认 识 的深 度 和 广度 ， 是 高 炉 自动 控 制 的理 论基 础 ， 也是实 现 高炉计 算机 控制 的基 础 。
学 模型 ， 如图 １ 所示。
型等 ｒ ３ ｌ 。芬兰 拉 赫钢 铁 厂 高 炉专 家 系 统 以 及 奥 地 利 奥钢联 林 茨钢 厂 高炉 专家 系统 都有 很 好 的应 用 效果 Ｉ ４ ］ 。我 国 钢铁 企业 开 发 的 高 炉数 学 模 型
和 专 家系 统 中 ， 具 有 代 表 性 的有 首 钢 人 工 智 能 高 炉 冶炼 专 家 系统 、 鞍钢 高炉 专家 系 统 、 马钢 高炉 炉 况诊断专 家 系统 、 宝钢 ２ 高 炉 “ ＧＯ— Ｓ ＴＯＰ ” 系 统、 浙 江大 学 等开 发 的高 炉 炼 铁 优 化 专 家 系 统 以 及 济钢 高炉 专 家 系统 等 Ｊ ， 这 些 系统 在 实 际使 用 中都取 得 了较好 的效果 。
辑 判 断与 数量 计 算 相 组 合 的模 型 ， 如 炉 况 诊 断 模 型、 “ Ｇ０一 Ｓ ＴＯＰ ” 模型 、 操作 管 理 系 统 “ ＡＧＯＳ ”模
１ 国丰 １ ＃ 高 炉 专 家 系 统 中 的 数 学
模
国丰 １ 高 炉 专 家 系统 中 的数 学 模 型 主 要 包 括 冶炼 过程 数学 模 型 和 控制 系统 数 学模 型 ， 其 中 冶炼过 程数 学模 型又 包括 基础数 学模 型 和仿 真数