焦炭质量控制系统

按目标计划法，在计划作业条件之下，满足焦炭质量要求（使用焦炭质量预测模型进行计算），而决定在允许配比变更范围内的配煤比。

由于过去的按日本工业标准（JIS）的方法测定煤的膨胀率要一天时间而难以作为有效控制手段，为此开发了快速煤膨胀率传感器来测量表征煤性质的快速膨胀率（DR），它使用快速加热自由膨胀而测量迅速膨胀的新概念，全部使用机器人控制，包括玻璃试管的搬运、把煤试样装入管内、当出现堵塞时振动、在金属熔池加热和测定高度等等。为了不使煤黏结性劣化而减少干燥时间并开发了煤试样转鼓式干燥机，为获得粉碎后

合适粒度分布而采用三段式粉磨机，有关该装置与JIS法相比，约为5%，且DR值与JIS的膨胀率，即表征煤黏结性的流动度相关性极好。

图1    焦炉综合控制系统图

图2    QCS配煤比修正系统

图3    快速膨胀率测定

表1    快速膨胀率测量法与JIS法的比较

本系统使用下列三个数学模型进行焦炭质量预测：

（1）冷态焦炭强度（DI）推断数模。它是以多孔物质的机械强度计算理论为基础的，它是按微强度0.208mmMI气孔率P和气孔填充率Fv，并由下式计算得出：

DI=100exp{-k[Fv(aMI+b)exp(-cP)]^-n}

式中a,b,c,k,n为常数。本方法与Shapiro法相比，是考虑了烟气温度、干馏时间、煤水分和装入密度等作业因数的影响以及配煤的DR和加热速度等影响。

（2）焦炭反应后强度（CSR）推断数模。它是按由气孔率、挥发分、不活性成分和灰分等组成所决定的煤反应性指标CRI以及焦炭冷态强度DI并由下式计算得出：

（CSR）=a（CRI）+b（DI）+c

式中a，b和c为常数。

图4    焦炭强度DI推断方块图

（3）灰分和硫含量推断数模。它是基于各成分的物料平衡公式来确定的。

上述数模的精度经三年的作业数据对比，其精度是良好的，其中D30偏差σ为0.27（而Shapira法为0.42），CSR、灰分、硫含量的偏差分别为2.2%、0.19%和0.04%。关于配煤比调整是按配煤比调整计算模型和反馈调整计算模型而进行的。前者是按下列制约条件：1）DI和灰分等被控量必须和目标值一致；2）CSR和硫含量必须在允许范围；3）配比调整量必须在允许范围，且变动尽可能小；然后用目标计划法计算下次配比操作量的最佳值，即按下式的目标函数求出：

目标函数：

把上述计算来回三、四次，就可求得最终的U值。

本系统在住友金属公司和歌山钢铁厂的焦炉进行试验，结果使焦炭质量偏差大为改善，DI值的σ由原来的0.37%降为0.25%，灰分的σ值仍为0.19%，CSR和硫含量均在范围内，非黏结性煤用量减少1%。