第二章 高爐煉鐵基礎(chǔ)

2.1 高爐煉鐵工藝流程介紹

將鐵從含鐵礦石中還原出來的過程就是煉鐵的過程。在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，將溶劑、焦炭、以及鐵礦石(主要成分就是鐵與氧的化合物)從爐頂裝入，同時(shí)將天然氣、油等燃料和熱風(fēng)從高爐下部吹進(jìn)。在高溫狀態(tài)下，將會(huì)使焦炭等含有碳物質(zhì)的燃料產(chǎn)生 CO，進(jìn)而還原得到鐵礦石中的鐵，最終得到鐵水。加入爐中的溶劑(比如石灰石等)、噴吹物的灰分以及鐵礦石的焦炭和脈石等以爐渣的形式排除。同時(shí)還會(huì)從爐頂排出煤氣和其他氣體，并經(jīng)過除塵操作之后進(jìn)行利用。直到目前為止，現(xiàn)代化高爐還可對(duì)爐頂高壓進(jìn)行合理利用，通過導(dǎo)出的煤氣進(jìn)行發(fā)電。

圖 2-1 所示的是高爐冶煉過程。通常情況下，自然界中的鐵元素都是以化合物形式存在的，其中數(shù)量最大的就是氧化鐵。以下將簡(jiǎn)單說明較為重要的鐵礦石。其一、磁鐵礦屬于氧化鐵礦石，具有磁性，其顏色為黑灰色，F(xiàn)e O、2 3Fe O 以及3 4Fe O是最主要的成分，比重為 5.15，其中含氧元素大約為 27.6%，含鐵元素大約為 72.4%。可通過磁選法進(jìn)行選礦，非常便捷。但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)非常細(xì)密，因此具有非常差的被還原性。在長時(shí)間風(fēng)化之后將成為赤鐵礦。其二、菱鐵礦屬于包含碳酸鐵的礦石，其顏色為青灰色，3Fe CO 是最主要的成分，比重為 3.8。一般情況下，這種礦石包含有鎂鹽、鈣鹽等，在處于高溫條件下，碳酸根將會(huì)受熱分解為 CO2，因此通常都會(huì)先焙燒這類礦石，然后再加入鼓風(fēng)爐之中。

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2.2 高爐煉鐵機(jī)理分析

高爐煉鐵的任務(wù)是用還原劑(焦炭、煤粉)在高溫下將鐵礦石或含鐵原料還原為液態(tài)生鐵[26]。首先通過篩分裝置對(duì)爐料進(jìn)行篩選，然后經(jīng)稱重系統(tǒng)之后借助給料機(jī)按一定比例進(jìn)行配料，再經(jīng)傳輸機(jī)皮帶運(yùn)送到高爐頂部，最終按一定要求通過下料裝置下料。由于焦炭具有最大的密度，因此具有最快的下降速度，當(dāng)下降至爐缸時(shí)，鼓進(jìn)的氧氣將會(huì)與焦炭在高溫下發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生 CO2，同時(shí)將會(huì)放出熱能，在此過程中，如果擁有過量的焦炭，那么將會(huì)生成 CO，進(jìn)而與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成還原性氣體，比如氫氣等，這些生成的氣體將會(huì)克服爐料的阻力不斷上升，而且還原性氣體將會(huì)與鐵的氧化物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而被還原成金屬 Fe，最終從爐底排除，同時(shí)溶劑和脈石都會(huì)形成爐渣，通過排渣口排出，含有結(jié)晶水的鐵礦石在高溫狀態(tài)下將會(huì)發(fā)生水分的蒸發(fā)，此過程將會(huì)消耗一定的熱量，因此將會(huì)一定的影響到爐內(nèi)溫度，如果使用的鐵礦石含有結(jié)晶水，首先應(yīng)該會(huì)發(fā)結(jié)晶水，可在爐外進(jìn)行焙燒，這樣能夠使鐵礦石的含鐵量大大提高。

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第三章 高爐入爐焦比預(yù)測(cè)模型的建立.....14

3.1 高爐入爐焦比預(yù)測(cè)原理.......14

3.2 輸入變量的選擇.....15

3.3 模型建立..........17

3.4 模型參數(shù)尋優(yōu).........19

3.5 基于最小二乘支持向量機(jī)入爐焦比預(yù)測(cè).......20

3.6 本章小結(jié)..........23

第四章 高爐鐵水溫度及產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型的建立...... 24

4.1 高爐鐵水溫度預(yù)測(cè)特點(diǎn).......24

4.2 高爐鐵水溫度預(yù)測(cè)原理.......26

4.3 廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)........27

4.4 改進(jìn) PSO 算法尋優(yōu).......29

4.5 基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵水溫度預(yù)測(cè).......31

4.6 基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高爐鐵水產(chǎn)量預(yù)測(cè)......35

4.7 本章小結(jié)..........36

第五章 高爐煉鐵多目標(biāo)優(yōu)化控制模型研究.......... 37

5.1 高爐煉鐵多目標(biāo)優(yōu)化控制原理.........37

5.2 高爐煉鐵多目標(biāo)優(yōu)化控制理論基礎(chǔ)........39

5.3 高爐煉鐵多目標(biāo)優(yōu)化控制算法.........41

5.4 高爐煉鐵多目標(biāo)優(yōu)化控制模型的設(shè)計(jì)....43

5.5 本章小結(jié)..........45