高爐煉鐵配料計算系統的設計和實現

張二利

摘要：高爐配料計算就是在給定原料和環境的條件下得出單位生鐵所冶煉出的各種產品與副產品。目前國內大型高爐已經是高爐生產發展的趨勢。煉鐵的各種原燃料的用量遵循一定的規律，不同的需求與條件可以催生出不同的工藝設計方案。配料計算則是在礦石燃料用量確定的情況下，計算所需的鐵渣比、綜合焦比、綜合負荷、S負荷、入爐品位等。

關鍵詞：高爐煉鐵；高爐煉鐵配料計算系統的設計；應用

1 高爐煉鐵

煉鐵的原料是礦石，由于礦石種類繁多，品位、成分參差不齊，很難控制計算精度，如何提高配料精度成為各廠家需要解決的難題。雖然通過PID可實現配料以及混均，但其通用性低，難以用于其他廠家。由于各廠的實際情況不同，便出現了以總成本為主和以鐵水、爐渣成份精度為主等一系列的配料計算。目前大部分國內的高爐配料計算方式不僅耗時、耗力、效率底，準確性還得不到保證。因此亟需一個安全可靠的系統來克服這些困難。自動配料系統能很好地解決這個問題，而且系統能實時地監控每個生產過程，使得高爐配料調整更加簡單。

2 高爐煉鐵配料計算系統的設計

2.1 高爐煉鐵配料計算系統的組成

系統主要由操作參數、風口情況、出鐵情況、成份輸入、上料管理、配料計算等模塊構成。操作參數畫面用于顯示高爐操作中的重要工藝參數及下料數據，允許用戶查詢歷史數據，為操作人員制訂操作方案提供依據。風口情況畫面用于顯示當前風口狀態及風口更換歷史記錄。系統的開發主要以配料計算中的聯合計算法為依據。即在給定的原燃料條件和冶煉參數下，應用物料平衡法求解出單位生鐵的焦炭、礦石、熔劑等的消耗量。根據所得消耗量計算噸鐵的耗風量和煤氣量

2.2 高爐煉鐵配料計算系統的具體設計

根據高爐物料的平衡理論，對高爐煉鐵配料計算應用系統進行設計，其計算基礎參數主要包括生產高爐生鐵的預定鐵水成分、原始操作條件、燃料成分和原料成分等，對高爐煉鐵過程中的重要生產數據進行計算，例如爐渣成分、出鐵鐵水成分、煤氣成分、鐵水生產最佳原燃料配比用量等。將高爐煉鐵配料計算系統主要分為2個部分：初始條件輸入系統、物料平衡輸出系統。其中初始條件輸入子系統則主要包括焦炭成分模塊、礦石成分模塊、煤粉成分模塊、溶劑成分模塊、鐵水假定成分模塊、爐塵成分模塊等6個部分。物料平衡輸出系統主要包括噸鐵需要的礦石及熔劑量模塊，冶煉噸鐵產生的爐渣量模塊，入爐風量計算模塊和爐頂煤氣發生量計算模塊及煤氣的化學成分等模塊。本系統立足于高爐現場操作，在編程設計時使用了windows環境，以及VisualBasic語言，保障界面的友好和計算的精確性。主要運用到以下幾個平衡方程：①出鐵量平衡方程；②根據生鐵中某元素要求的含量或某元素的平衡方程；③根據爐渣堿度或造渣氧化物平衡方程；④根據爐渣中某一造渣氧化物含量或渣中某氧化物平衡方程。

3 高爐煉鐵配料計算系統的重要性

3.1 高爐煉鐵配料計算系統的登錄

為了有效的保護系統的穩定性，同時盡可能減少人為因素對系統的干擾或者由于使用過程中對系統的誤操作，本系統采取了密碼驗證方式進行登錄。系統使用人員要進行登錄，輸入正確的口令，才能進行下一步操作。這樣可以最大限度的避免高爐煉鐵配料計算的隨意性問題。在高爐煉鐵的過程中，為了降低成本，提高生產率，保障煉鋼和煉鐵生產工藝對鐵水質量的要求得到滿足，必須對高爐煉鐵配料進行計算，這就需要科學地設計高爐煉鐵配料計算系統。在這高爐煉鐵配料計算系統進行設計之前要對高爐煉鐵的配料計算過程進行了解，高爐煉鐵的配料計算過程事實上就是以當前的冶煉條件和原料條件為依據，將不同化學成分和物理性能的原料按照一定的質量要求精確地組合起來，從而保障煉鐵產品的化學成分和物理性能的穩定性，獲得合格的生鐵和合適的爐渣成分，并對所需的溶劑和礦石的消耗量進行精確的計算。冶煉產品的質量和產量都會受到配料方案是否合理、配料計算模型是否恰當的影響，從而直接影響到配礦的成本。如果沒有準確的計算，或者配料計算的過程有誤，都會降低生產效益、提高生產成本、影響產品質量，甚至釀成安全事故，造成極其惡劣的社會影響。

各單位為了提高生產效益、降低生產成本，都采取了一些措施來提高配料的精度。礦石是煉鐵的主要原料，但是礦石的種類較多，各種類的成分和品位往往具有很大的差別，對計算精度進行精確的控制確有難度，當前通用的高爐煉鐵配料計算方式又存在著準確性低、耗時耗力的缺點。在我國的中小型高爐蓬勃發展的過程中也暴露出了很多問題，主要表現為計算機的控制能力普遍較低，配料計算過程非常繁瑣，而且也不能保障計算結果的準確性，給操作人員的操作帶來了較大的不便。為了實現高爐配料計算的自動化，應該對高爐煉鐵的配料計算系統進行科學的設計。

3.2 原料成分輸入子系統的應用

該子系統共有6個模塊，分別為焦炭成分模塊、礦石成分模塊、煤粉成分模塊、溶劑成分模塊、鐵水假定成分模塊、爐塵成分模塊。各模塊都有對應的數據庫，能夠進行獨立的數據動態存儲。該子系統的6個模塊均具有數據保存、數據修改、數據傳輸和數據添加的功能，通過相應的操作，用戶可以在對應的數據庫中添加相應的內容，也可以修改或刪除數據庫中的數據。為了保障數據的準確性，提高系統計算的準確率，系統會對每個輸入的數據進行校驗，設置個數值的取值范圍，如果該數據不在取值范圍之內，就無法輸入系統，系統會提醒操作人員對其進行修改。這樣可以最大限度的避免人為操作失誤而造成的計算結果偏差，盡量提高計算結果和相關數據的。配料計算模塊是本系統的核心部分，以生產生鐵的原料成分、燃料成分、原始條件及預定鐵水成分為計算基礎，計算生產鐵水所需最佳的原料燃料用量、礦石品位、S負荷、出鐵量、出鐵鐵水成分、爐渣量、爐渣成分、爐渣堿度等生產所需數據。

4 結語

在對應用系統進行了大量生產數據驗證的基礎上，系統在現場進行了應用，期間系統表現了優越的數據準確性、實時跟蹤性、運行穩定性和操作方便性，能夠很好地滿足煉鐵具體生產操作的要求。總之，高爐煉鐵配料計算應用系統以建立配料計算應用軟件為切入點 ，以高爐物料平衡計算為理論基礎 ，以建立切實可行的高爐煉鐵配料和變料計算為目標 ，真正實現了高爐配料計算的自動化，切實減少了手工配料計算帶來的誤差，減輕了操爐人員的負擔，對高爐生產具有切實可行的指導意義。

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（作者單位：河鋼宣鋼煉鐵廠）