高炉炼铁参数预测及电力优化控制模型研究

第二章 高炉炼铁基础

2.1 高炉炼铁工艺流程介绍

将铁从含铁矿石中还原出来的过程就是炼铁的过程。在进行生产时，将溶剂、焦炭、以及铁矿石(主要成分就是铁与氧的化合物)从炉顶装入，同时将天然气、油等燃料和热风从高炉下部吹进。在高温状态下，将会使焦炭等含有碳物质的燃料产生 CO，进而还原得到铁矿石中的铁，最终得到铁水。加入炉中的溶剂(比如石灰石等)、喷吹物的灰分以及铁矿石的焦炭和脉石等以炉渣的形式排除。同时还会从炉顶排出煤气和其他气体，并经过除尘操作之后进行利用。直到目前为止，现代化高炉还可对炉顶高压进行合理利用，通过导出的煤气进行发电。

图 2-1 所示的是高炉冶炼过程。通常情况下，自然界中的铁元素都是以化合物形式存在的，其中数量最大的就是氧化铁。以下将简单说明较为重要的铁矿石。其一、磁铁矿属于氧化铁矿石，具有磁性，其颜色为黑灰色，Fe O、2 3Fe O 以及3 4Fe O是最主要的成分，比重为 5.15，其中含氧元素大约为 27.6%，含铁元素大约为 72.4%。可通过磁选法进行选矿，非常便捷。但因为结构非常细密，因此具有非常差的被还原性。在长时间风化之后将成为赤铁矿。其二、菱铁矿属于包含碳酸铁的矿石，其颜色为青灰色，3Fe CO 是最主要的成分，比重为 3.8。一般情况下，这种矿石包含有镁盐、钙盐等，在处于高温条件下，碳酸根将会受热分解为 CO2，因此通常都会先焙烧这类矿石，然后再加入鼓风炉之中。

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2.2 高炉炼铁机理分析

高炉炼铁的任务是用还原剂(焦炭、煤粉)在高温下将铁矿石或含铁原料还原为液态生铁[26]。首先通过筛分装置对炉料进行筛选，然后经称重系统之后借助给料机按一定比例进行配料，再经传输机皮带运送到高炉顶部，最终按一定要求通过下料装置下料。由于焦炭具有最大的密度，因此具有最快的下降速度，当下降至炉缸时，鼓进的氧气将会与焦炭在高温下发生反应，进而产生 CO2，同时将会放出热能，在此过程中，如果拥有过量的焦炭，那么将会生成 CO，进而与水蒸气发生反应生成还原性气体，比如氢气等，这些生成的气体将会克服炉料的阻力不断上升，而且还原性气体将会与铁的氧化物发生反应，进而被还原成金属 Fe，最终从炉底排除，同时溶剂和脉石都会形成炉渣，通过排渣口排出，含有结晶水的铁矿石在高温状态下将会发生水分的蒸发，此过程将会消耗一定的热量，因此将会一定的影响到炉内温度，如果使用的铁矿石含有结晶水，首先应该会发结晶水，可在炉外进行焙烧，这样能够使铁矿石的含铁量大大提高。

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第三章 高炉入炉焦比预测模型的建立.....14

3.1 高炉入炉焦比预测原理.......14

3.2 输入变量的选择.....15

3.3 模型建立..........17

3.4 模型参数寻优.........19

3.5 基于最小二乘支持向量机入炉焦比预测.......20

3.6 本章小结..........23

第四章 高炉铁水温度及产量预测模型的建立...... 24

4.1 高炉铁水温度预测特点.......24

4.2 高炉铁水温度预测原理.......26

4.3 广义回归神经网络........27

4.4 改进 PSO 算法寻优.......29

4.5 基于广义回归神经网络的铁水温度预测.......31

4.6 基于广义回归神经网络的高炉铁水产量预测......35

4.7 本章小结..........36

第五章 高炉炼铁多目标优化控制模型研究.......... 37

5.1 高炉炼铁多目标优化控制原理.........37

5.2 高炉炼铁多目标优化控制理论基础........39

5.3 高炉炼铁多目标优化控制算法.........41

5.4 高炉炼铁多目标优化控制模型的设计....43

5.5 本章小结..........45