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摘要：热风炉是高炉炼铁生产过程中的重要设备之一，其提供的热量约占高炉炼铁生产耗热的25%左右，热风温度对高炉炼铁生产产量和节能至关重要，对提高高炉炼铁的许多经济技术指标非常明显。通过对高炉热风炉现场生产、工艺、设备、操作等因素进行分析，采用模糊控制、案例学习控制等手段，投用自动烧炉技术技术。应用后温度曲线平稳、节省煤气消耗量、降低职工劳动强度。
关键词：热风炉、模糊控制、案例、自动烧炉
1、前言
五矿营口中板有限责任公司现有2座2300m?高炉，每座高炉有三座热风炉，使用高炉煤气、转炉煤气混合煤气作为燃烧介质，采用两烧一送控制模式。热风炉工艺要求在规定的时间要达到规定的拱顶温度、废气温度，同时又要始终保持最佳的燃烧配比以减少煤气消耗。由于煤气管网压力波动频繁，手动调节很难跟上压力波动的步子;而且操作者之间技术水平还存在差距，手动烧炉效果非常不理想。同时，为了达到最佳的燃烧效果，操作人员需要不断地调整空气及煤气的供给量，给生产工位带来一定的难度和较大的劳动强度的劳动强度很大。因此，投用热风炉自动烧炉技术是提高煤气使用效率、降低能耗、减轻劳动强度、节约成本、环境保护的必然趋势。
2、热风炉自动烧炉控制系统
2.1、控制目标
精确控制烧炉时间：烧炉时间90分钟，可以根据实际情况进行调整;
拱顶温度：拱顶目标温度1370±10℃;
废气温度：350±10℃;
且此过程中空燃比相对合理、节约煤气消耗。
2.2、控制原理
热风炉是一个复杂的热交换器，是一个具有本质非线性、大滞后、慢时变特性的复杂被控对象，随着燃烧工作环境的变化其特性也在发生不断的变化。因此控制过程非常复杂，很难用精确的数学模型描述，传统的控制方法很难适应这样复杂的控制对象。模糊控制是智能控制的一种，不需数学模型，有较强的抗干扰能力且易于实现，适用于热风炉这类难以确切描述的非线性系统。自动烧炉控制系统采集仪表信号，通过模糊控制、案例学习的应用，模拟优秀热风炉操作工的烧炉操作过程，不断的自动计算出最佳空燃比和最优的空气量和煤气量，控制相关执行器动作，使热风炉燃烧始终处于最佳状态。
2.3、模糊控制
要实现系统的模糊控制首先要进行输入量的模糊化，即把测得的输入量通过模糊转换器转换成精确的数字量，输入至专家模糊控制器后，再转换成模糊集合的隶属函数，以保证将输入量转换成知识库可以理解和操作的变量格式。根据专家经验确定的模糊控制规则，进行模糊逻辑推理，得到一个模糊输出集合，最后将模糊逻辑推理得到的输出模糊量进行解模糊，输出到控制对象上实现控制。
五矿营钢热风炉自动烧炉系统设计了三个独立的模糊控制器，分别用来控制热风炉的拱顶温度、废气温度及空气和空燃比。
（1）拱顶温度模糊控制器
热风炉烧炉进入拱顶快速升温阶段后，需要大空气量、大煤气量进行燃烧，以保证拱顶温度快速升温，短时间内进入拱顶温度管理阶段。进入拱顶温度管理阶段后，需要保持拱顶温度的平稳上升。在保证空燃比最佳的情况下，通过调节空气量来控制拱顶温度的上升速度。
此阶段模糊控制器的控制目的是使管理期拱顶温度达到拱顶目标温度，模糊控制器采用双输入单输出的模糊控制结构。选取拱项温度的偏差e及其偏差变化率ec作为模糊控制器输入量，输出控制量为u，即空燃比调节增量。
①当上升速率过大，且有继续增大的趋势时，减少煤气量;
②当上升速率偏大，但速率变化却为负时，保持不变;
③当上升速率偏低，且有继续减少的趋势时，增大煤气量。
（2）废气温度模糊控制器
在废气温度管理阶段，需要在规定的时间内将废气温度提高到设定的目标废气温度，废气的温度高低，很大程度决定了送风时间的长短。因此，就需要计算出废气的温升斜率，并不停的修正该斜率，以计算公式计算出废气温升速率，以模糊算法计算出合适的煤气量，以使废气温度在设定的时间内达到设定温度，保证定点换炉。因为有些热风炉废气温度上升较快，需要合理设定废气温升速率，既要满足高废气温度的需要，同时又要避免因为过早的达到废气温度上限值，而采取保护措施、浪费能源的现象发生。
此阶段模糊控制器的控制目的是使管理期废气温度达到废气目标温度，模糊控制器采用双输入单输出的模糊控制结构。选取废气温度的偏差e及其偏差变化率ec作为模糊控制器输入量，输出控制量为u，即煤气调节增量。
（3）空燃比模糊控制器
空燃比的计算是贯通整个烧炉过程的，以此来保证烧炉过程中煤气的充分燃烧，达到节约煤气的目的。第一次烧炉时通过模拟手动烧炉设定初始阀门开度、初始空燃比;其后的烧炉过程，通过空燃比的自学习，自动计算合理的空燃比，作为下次烧炉时的初始空燃比。空燃比模糊控制器采用双输入单输出的模糊控制结构。选取阀门的偏差e及空气和煤气压力差ec作为模糊控制器输入量，输出控制量为u，即空燃比调节增量。
2.4、案例自学习
自动烧炉系统设置了案例自學习功能，通过分析、计算数据库中采集的数据，选取优质的设定数据作为案例参考，通过大量的数据积累，累积足够的学习案例作为参考依据，如果当前参数状态与案例数据相符的状态下，可以快速调用案例数据作为设定数值，保证热风炉处于最佳燃烧状态。
在系统开发应用前期，因为系统参数不够稳定，案例数据可能存在错误，因此选用稍小一些的权重比，当参数日趋稳定，案例数据积累丰富的时候，可以逐步调整案例学习的权重，直至最后形成以案例学习为主、模糊控制为辅的完善的节能燃烧控制系统。
3、结束语
通过建立热风炉自动烧炉系统，实现自动烧炉后，大大降低生产操作人员劳动强度，拱顶温度及烟道废气温度控制达到设定值的±10℃，且曲线平稳。煤气单耗降低超过7%，月降本超过200余万元，达到了预期的控制效果，具有极高的经济价值和环保价值。
参考文献
[1]汪光阳，胡伟莉.专家模糊控制系统在热风炉燃烧过程的应用[J].工业仪表与自动化装置，2005年第1期
[2]马竹梧.高炉热风炉流量设定及自控专家系统[J].自动化博览，2002，（5）：11-14.
关键词：热风炉、模糊控制、案例、自动烧炉
1、前言
五矿营口中板有限责任公司现有2座2300m?高炉，每座高炉有三座热风炉，使用高炉煤气、转炉煤气混合煤气作为燃烧介质，采用两烧一送控制模式。热风炉工艺要求在规定的时间要达到规定的拱顶温度、废气温度，同时又要始终保持最佳的燃烧配比以减少煤气消耗。由于煤气管网压力波动频繁，手动调节很难跟上压力波动的步子;而且操作者之间技术水平还存在差距，手动烧炉效果非常不理想。同时，为了达到最佳的燃烧效果，操作人员需要不断地调整空气及煤气的供给量，给生产工位带来一定的难度和较大的劳动强度的劳动强度很大。因此，投用热风炉自动烧炉技术是提高煤气使用效率、降低能耗、减轻劳动强度、节约成本、环境保护的必然趋势。
2、热风炉自动烧炉控制系统
2.1、控制目标
精确控制烧炉时间：烧炉时间90分钟，可以根据实际情况进行调整;
拱顶温度：拱顶目标温度1370±10℃;
废气温度：350±10℃;
且此过程中空燃比相对合理、节约煤气消耗。
2.2、控制原理
热风炉是一个复杂的热交换器，是一个具有本质非线性、大滞后、慢时变特性的复杂被控对象，随着燃烧工作环境的变化其特性也在发生不断的变化。因此控制过程非常复杂，很难用精确的数学模型描述，传统的控制方法很难适应这样复杂的控制对象。模糊控制是智能控制的一种，不需数学模型，有较强的抗干扰能力且易于实现，适用于热风炉这类难以确切描述的非线性系统。自动烧炉控制系统采集仪表信号，通过模糊控制、案例学习的应用，模拟优秀热风炉操作工的烧炉操作过程，不断的自动计算出最佳空燃比和最优的空气量和煤气量，控制相关执行器动作，使热风炉燃烧始终处于最佳状态。
2.3、模糊控制
要实现系统的模糊控制首先要进行输入量的模糊化，即把测得的输入量通过模糊转换器转换成精确的数字量，输入至专家模糊控制器后，再转换成模糊集合的隶属函数，以保证将输入量转换成知识库可以理解和操作的变量格式。根据专家经验确定的模糊控制规则，进行模糊逻辑推理，得到一个模糊输出集合，最后将模糊逻辑推理得到的输出模糊量进行解模糊，输出到控制对象上实现控制。
五矿营钢热风炉自动烧炉系统设计了三个独立的模糊控制器，分别用来控制热风炉的拱顶温度、废气温度及空气和空燃比。
（1）拱顶温度模糊控制器
热风炉烧炉进入拱顶快速升温阶段后，需要大空气量、大煤气量进行燃烧，以保证拱顶温度快速升温，短时间内进入拱顶温度管理阶段。进入拱顶温度管理阶段后，需要保持拱顶温度的平稳上升。在保证空燃比最佳的情况下，通过调节空气量来控制拱顶温度的上升速度。
此阶段模糊控制器的控制目的是使管理期拱顶温度达到拱顶目标温度，模糊控制器采用双输入单输出的模糊控制结构。选取拱项温度的偏差e及其偏差变化率ec作为模糊控制器输入量，输出控制量为u，即空燃比调节增量。
①当上升速率过大，且有继续增大的趋势时，减少煤气量;
②当上升速率偏大，但速率变化却为负时，保持不变;
③当上升速率偏低，且有继续减少的趋势时，增大煤气量。
（2）废气温度模糊控制器
在废气温度管理阶段，需要在规定的时间内将废气温度提高到设定的目标废气温度，废气的温度高低，很大程度决定了送风时间的长短。因此，就需要计算出废气的温升斜率，并不停的修正该斜率，以计算公式计算出废气温升速率，以模糊算法计算出合适的煤气量，以使废气温度在设定的时间内达到设定温度，保证定点换炉。因为有些热风炉废气温度上升较快，需要合理设定废气温升速率，既要满足高废气温度的需要，同时又要避免因为过早的达到废气温度上限值，而采取保护措施、浪费能源的现象发生。
此阶段模糊控制器的控制目的是使管理期废气温度达到废气目标温度，模糊控制器采用双输入单输出的模糊控制结构。选取废气温度的偏差e及其偏差变化率ec作为模糊控制器输入量，输出控制量为u，即煤气调节增量。
（3）空燃比模糊控制器
空燃比的计算是贯通整个烧炉过程的，以此来保证烧炉过程中煤气的充分燃烧，达到节约煤气的目的。第一次烧炉时通过模拟手动烧炉设定初始阀门开度、初始空燃比;其后的烧炉过程，通过空燃比的自学习，自动计算合理的空燃比，作为下次烧炉时的初始空燃比。空燃比模糊控制器采用双输入单输出的模糊控制结构。选取阀门的偏差e及空气和煤气压力差ec作为模糊控制器输入量，输出控制量为u，即空燃比调节增量。
2.4、案例自学习
自动烧炉系统设置了案例自學习功能，通过分析、计算数据库中采集的数据，选取优质的设定数据作为案例参考，通过大量的数据积累，累积足够的学习案例作为参考依据，如果当前参数状态与案例数据相符的状态下，可以快速调用案例数据作为设定数值，保证热风炉处于最佳燃烧状态。
在系统开发应用前期，因为系统参数不够稳定，案例数据可能存在错误，因此选用稍小一些的权重比，当参数日趋稳定，案例数据积累丰富的时候，可以逐步调整案例学习的权重，直至最后形成以案例学习为主、模糊控制为辅的完善的节能燃烧控制系统。
3、结束语
通过建立热风炉自动烧炉系统，实现自动烧炉后，大大降低生产操作人员劳动强度，拱顶温度及烟道废气温度控制达到设定值的±10℃，且曲线平稳。煤气单耗降低超过7%，月降本超过200余万元，达到了预期的控制效果，具有极高的经济价值和环保价值。
参考文献
[1]汪光阳，胡伟莉.专家模糊控制系统在热风炉燃烧过程的应用[J].工业仪表与自动化装置，2005年第1期
[2]马竹梧.高炉热风炉流量设定及自控专家系统[J].自动化博览，2002，（5）：11-14.