计算机在冶金中应用6、高炉过程数学模型与过程优化控制6.1热风炉数学模型控制高热值的COG，即改变其与BFG的混合比，从而控制拱顶温度。在废气温度管理期,BFG的流量将逐步减少(在仪控的作用下，COG和助燃空气也减少)使废气温度和金属炉篦温度不超过上限值。燃烧中每分钟定期启动BFG支管流量模型：按下式求现在需要燃烧的高炉煤气流量Qnj式中：Pcj——时刻j的焦炉煤气混合比；α——补正各炉高炉煤气支管流量的系数(由CRT设定)。废气温度控制模型是以废气温度或金属炉篦温度不超过上限值为目的，它包括两个模型。模型1是用在废气温度管理期中的废气温度控制，模型2是初期燃烧，当废气温度或金属炉篦温度超过上限时废气温度控制之用6.2高炉反应动力学模型到80年代，计算机技术的发展允许模型处理更大的矩阵，新建立的模型可采用偏微分方程作为其控制方程。在此期间，大量二维高炉模型被开发，其中较为知名的有Hatano和Kurita的模型,Yagi、Takeda和Omori的模型,Sugiyama和Sugata的BRIGHT模型。二维模型主要被用于描述炉内更为复杂的现象,即评估操作条件对高炉操作性能和炉况的影响,分析软熔带的变化和影响,模拟和开发高炉炼铁新技术等。总体来说,这些模型对指导实际高炉操作和促进炼铁技术的进步做出了一定的贡献。相高炉反应动力学数学模型未来的发展方向见图。高炉反应动力学数学模型的核心是提高数学模型的实用性和精确度。首先是扩展和丰富目前的建模体系、思想和方法。为此,一些尚未解决的现象应在新的模型中加以考虑，包括:①粉相和液相静态滞留和动态滞留的区分，以及2种滞留物质之间传输机制和速率；②炉内固体物料粉化而导致的粉相产生机制及速率；③脉石混合物在炉内的熔融现象和速率；④铁水中微量元素的扩散机制和基于速度论的描述；⑤液相和粉相之间的相互双向作用机制；⑥生铁渗碳的机理和速率；⑦“死料柱”更新的机理和速率。6.3高炉热状态模型法国钢铁研究院于60年代提出用由炉顶煤气成分和生铁成分等可测量参数计算的Wm模型来描述高炉下部区域热平衡。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。日本新日铁70年代开发的高炉热状态模型(现仍沿用，宝钢1号高炉引进并在1号、2号、3号高炉使用)，它包括6个子模型如图，共输入25个量：喷煤量、压缩空气流量、温度和湿度、送风流量、加湿前后湿度、温度和压力、焦炭成分、炉顶煤气成分、铁水温度和含硅量以及成分、每批料中焦比、石灰石装入量和碳含量、矿渣比、生铁生成量、炉尘、风口前端温度、操作动作量等。下面将介绍这6个子模型。(1)炉热指数计算模型。如图所示，把高炉过程分为上下两部分，即间接还原带和直接还原带，使用炉顶煤气成分和送风条件等操作数据，进行风口燃烧带的物料平衡计算后通过解风口燃挠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，(理论焦炭燃烧温度)和理论火焰温度Tf，同时还计算间接还原带煤气利用率ηH2，ηco。(2)根据炉热指数的铁水含硅量和铁水温度预测模型(4)基准动作单位数计算模型