1、 技術(shù)研發(fā)背景
       首鋼一直致力于高爐專家系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，目前已掌握高爐專家系統(tǒng)領(lǐng)域的核心技術(shù)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。首鋼高爐專家系統(tǒng)充分吸收國內(nèi)外高爐專家系統(tǒng)的優(yōu)點，結(jié)合首鋼高爐冶煉特點和操作習慣，以數(shù)學模型和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、專家系統(tǒng)技術(shù)為核心、模塊化結(jié)構(gòu)為手段，綜合分析和判斷高爐的生產(chǎn)過程，提供高爐爐況現(xiàn)象分析及操作建議，幫助高爐操作者進行綜合治理和穩(wěn)定爐況。
       首鋼開發(fā)的高爐專家系統(tǒng)已在首鋼2號高爐上得到很好的檢驗，尤其是在異常爐況預報和基于布料模型的布料調(diào)整試驗方面均取得良好效果。在此基礎(chǔ)上首鋼專家系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需要又增加新的模型并改善其人機界面功能，使得專家系統(tǒng)的智能化水平進一步提高。新型高爐專家系統(tǒng)包括從爐頂布料到鐵口出鐵的全過程的數(shù)學模擬仿真及爐況跟蹤控制，并在遷鋼4000m3高爐的生產(chǎn)實踐中成功應(yīng)用。
       2 、專家系統(tǒng)的主要設(shè)計原則
       高爐專家系統(tǒng)設(shè)計主要包括軟件設(shè)計、控制系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計三大部分。首先，在軟件設(shè)計部分要求系統(tǒng)具有良好的開放性、兼容性及擴展性、容錯能力好、穩(wěn)定、可靠性高并且結(jié)構(gòu)功能模塊化，易于整個系統(tǒng)的構(gòu)建及問題處理，易于操作人員使用并可定置軟件環(huán)境?？刂葡到y(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計部分如圖1所示，主要原則是在滿足系統(tǒng)應(yīng)用的要求下統(tǒng)一設(shè)備選型，便于減少設(shè)備備件的種類，簡化設(shè)備維修。
       數(shù)據(jù)庫設(shè)計部分主要是圍繞包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、原料分析數(shù)據(jù)、高爐模型結(jié)果、技術(shù)計算參數(shù)、知識庫參數(shù)等五大方面的需求，來設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)表。每張表都有各自相關(guān)的描述表，歷史表等等，有些表之間還根據(jù)自身數(shù)據(jù)的特點做關(guān)聯(lián)，來保證相關(guān)表之間的約束性。數(shù)據(jù)庫包括如下主要內(nèi)容：基礎(chǔ)自動化檢測數(shù)據(jù)、原料分析數(shù)據(jù)、高爐模型處理結(jié)果、技術(shù)計算參數(shù)及計算結(jié)果、知識庫參數(shù)及推理結(jié)果等。
       3 、高爐專家系統(tǒng)主要模塊及模型設(shè)置
       3.1 爐料質(zhì)量控制
       對入爐的原燃料質(zhì)量進行分析判斷，針對不同爐料的影響給出效應(yīng)的處理辦法，防止有害元素含量偏高或焦炭質(zhì)量變差等因素對高爐順行造成影響。
       3.2 爐況預報與控制
       以專家知識庫為基礎(chǔ)，通過智能推理對高爐行程、爐熱等爐況趨勢做出預報，并提供相應(yīng)的調(diào)整建議，有效避免爐缸堆積、懸料和管道等異常爐況的發(fā)生，或降低異常爐況的影響程度。
       3.3 爐型管理
       主要是對高爐爐襯及渣皮的厚度變化進行跟蹤模擬，提供直觀的爐型變化趨勢，為高爐操作者采取合理的爐型維護措施提供依據(jù)。
       3.4 提供多種工藝的過程模型來幫助工長操作
       1) 配料計算模型
       計算在滿足爐渣堿度要求條件下，冶煉規(guī)定成分生鐵所需要的礦石、焦炭、熔劑數(shù)量。通過配料計算也可求解礦石的理論出鐵量、理論渣量等。
       2) 爐料分布模型
       結(jié)合高爐布料規(guī)律，考慮到爐內(nèi)煤氣流變化和焦炭塌陷等因素，建立實時、動態(tài)的爐料分布仿真模型，同時根據(jù)高爐狀況給出合理的高爐布料調(diào)整措施，解決布料形狀變化給高爐順行帶來的影響并有效改善煤氣利用率。
       模型中根據(jù)爐內(nèi)料面的形狀變化，動態(tài)求解爐料的落點；采用幾何算法計算新舊料面交點，大幅度減少計算量，提高系統(tǒng)性能；采用土坡堆積原理對焦炭塌陷后的料面進行動態(tài)修正；并采用三段法分別計算中心、中間和邊緣的平均礦焦比。
       3) 物料平衡模型
       物料平衡模型建立在配料計算的基礎(chǔ)上，包括鼓風量、煤氣量以及物料收支總量等項的計算，有助于對高爐過程進行全面定量的分析和深入研究，并為熱平衡計算做準備。