一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统、方法、设备和介质与流程

1.本技术涉及领域，尤其涉及一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统、方法、设备和介质。

背景技术：

2.目前钢铁工业co2排放量占工业部门的15％左右，其中高炉炼铁co2排放量约占整个钢铁生产co2排放总量的70％以上，因此，高炉低碳冶炼是实现钢铁工业低碳的主要研究方向。随着高炉技术的不断发展，采用传统炼铁操作技术诸如高风温、富氧喷煤等来降低碳消耗与碳排放，已接近常规高炉操作的极限，进一步降低高炉炼铁co2排放量的主要途径是炉顶煤气循环技术、喷吹富氢介质技术等。
3.富氢介质具有还原能力强、还原产物稳定且清洁、还原传热速度快等优点，目前研究较多的富氢介质包括：焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、天然气及纯氢气体等。富氢介质喷吹有利于促进间接还原，降低碳的消耗和排放，从而达到高炉低碳冶炼的目的。焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气均属于钢铁厂内生产副产物，主要的处理方式是用于发电、燃烧加热，循环喷吹等，其中用于高炉喷吹，一方面提高了副产品的利用率，增加了厂内煤气的内部循环，另一方面，降低了高炉的碳排放。
4.目前研究和实际生产中使用较多的是单一介质喷吹，而并未使用多种介质的复合配比喷吹。但在实际生产中，各煤气的供应量及成分均是发生变化的，且单一煤气的还原成分(h2/co)组成无法完全满足高炉的顺行与生产需求。

技术实现要素：

5.鉴于以上现有技术存在的问题，本技术提出一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统、方法、设备和介质，主要解决现有单一介质喷吹难以满足实际生产需求的问题。
6.为了实现上述目的及其他目的，本技术采用的技术方案如下。
7.本技术提供一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统，包括：
8.对应关系构建模块，用于获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系；
9.约束区间确定模块，用于根据所述目标高炉的历史生产数据确定当前含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标的约束区间；
10.喷吹介质配比优化模块，用于根据已有的多种喷吹介质生成多组喷吹介质配比，基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标，以计算将满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。
11.在本技术一实施例中，所述系统还包括：
12.介质库构建模块，用于采集多种喷吹介质数据，根据所述喷吹介质数据确定每种所述喷吹介质中h2和co的含量，形成喷吹介质数据库，以使所述喷吹介质配比优化模块基
于所述喷吹介质数据库确定生成的每组喷吹介质配比对应的h2/co比，所述喷吹介质数据库中包含每种喷吹介质的成分、热值及最大供应比例。
13.在本技术一实施例中，所述介质库构建模块包括：
14.供应比例采集单元，用于采集各喷吹介质的最大供应比例，并存储在所述喷吹介质数据库中，以使所述喷吹介质配比优化模块根据对应喷吹介质的最大供应比例生成喷吹介质配比；
15.含量计算单元，用于根据各喷吹介质中碳和氢两种成分的占比，确定对应喷吹介质h2和co的含量；
16.存储单元，用于存储各喷吹介质对应的h2和co的含量以及热值，以形成喷吹介质数据库。
17.在本技术一实施例中，所述系统还包括：生产数据库构建模块，用于采集所述目标高炉的历史生产数据，形成高炉生产数据库，其中所述历史生产数据包括：含铁炉料和焦炭的配比、工艺控制参数以及生产指标，以使所述对应关系构建模块基于所述高炉生产数据库确定不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的生产工艺参数以及生产指标进行性能指标验证，得到冶金性能指标。
18.在本技术一实施例中，所述对应关系构建模块，包括：
19.高炉参数采集单元，用于采集所述目标高炉当前的含铁炉料和焦炭配比；
20.工艺参数获取单元，用于获取所述当前的含铁炉料和焦炭配比对应的生产工艺参数；
21.喷吹介质组合单元，用于生成不同h2/co比混合喷吹介质；
22.性能指标采集单元，用于采集在所述生产工艺参数条件下，每种所述混合喷吹介质作用下得到的炉料对应的冶金性能指标；
23.回归单元，用于建立所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系。
24.在本技术一实施例中，约束区间确定模块，包括：
25.分类单元，用于根据所述历史生产数据中炉料的结构和成分进行分类，得到多个炉料分组；
26.数据筛选单元，用于基于所述炉料分组，选出与所述目标高炉当前炉料结构和成分相似度在预设范围内的组别，作为目标分组；
27.约束获取单元，用于根据所述目标分组对应的每种冶金性能指标的上限和下限，确定对应冶金性能指标的约束区间。
28.在本技术一实施例中，所述冶金性能指标包括：含铁炉料的还原性、低温还原粉化性、软化开始温度、焦炭反应性、焦炭反应后强度、煤粉的燃尽率。
29.在本技术一实施例中，喷吹介质配比优化模块，包括：
30.配比生成单元，用于采集所述当前生产过程中已有的多种喷吹介质进行组合，得到多组喷吹介质配比；
31.性能指标预测单元，用于根据每组所述喷吹介质中碳和氢两种成分的比例确定对应组喷吹介质配比的h2/co比，以基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标；
32.焦比计算单元，用于计算满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，以
将所述高炉焦比与所述目标高炉当前焦比进行比较，确定高炉焦比小于所述当前焦比的喷吹介质配比作为可用喷吹介质配比；
33.最优配比输出单元，从所述喷吹介质配比中选出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。
34.在本技术一实施例中，所述约束区间包括：含铁炉料的还原性大于或等于76％、低温还原粉化性大于或等于69％、开始软化温度大于或等于1100℃；焦炭反应性小于或等于28％、反应后强度大于或等于63％。
35.本技术还提供一种低碳高炉复合喷吹介质优化方法，包括：
36.获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系；
37.根据所述目标高炉的历史生产数据确定当前含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标的约束区间；
38.根据已有的多种喷吹介质生成多组喷吹介质配比，基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标，以计算将满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。
39.本技术还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的低碳高炉复合喷吹介质优化方法的步骤。
40.本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的低碳高炉复合喷吹介质优化方法的步骤。
41.如上所述，本技术一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统、方法、设备和介质，具有以下有益效果。
42.本技术通过关系构建模块先建立目标高炉当前含铁炉料和焦炭配比条件下，h2/co比与冶金性能指标的对应关系，并通过约束区间确定模块基于目标高炉的历史生产数据确定冶金性能指标的约束区间；进而通过喷吹介质配比优化模块计算满足约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或者高炉煤气占比最大的喷吹介质配比，以此进行目标高炉喷吹介质配比优化，基于优化后的喷吹介质降低高炉碳消耗以及碳排放，实现低碳生产。
附图说明
43.图1为本技术一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化系统的模块图。
44.图2为本技术一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化系统的控制流程示意图。
45.图3为本技术一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化方法的流程示意图。
46.图4为本技术另一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化方法的流程示意图。
47.图5为本技术一实施例中设备的结构示意图。
48.图6为本技术另一实施例中设备的结构示意图。
具体实施方式
49.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
50.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
51.目前研究和实际生产中使用较多的是单一介质喷吹，而并未使用多种介质的复合配比喷吹。但在实际生产中，各煤气的供应量及成分均是发生变化的，且单一煤气的还原成分(h2/co)组成无法完全满足高炉的顺行与生产需求。
52.基于现有技术存在的问题，本技术实施例提供一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统，考虑到由于还原气氛(h2/co)的不同会对炉料(包括含铁炉料和焦炭等)的相关冶金性能造成影响，从而影响高炉冶炼和生产，因此，构建炉料结构与喷吹介质配比之间的关系是保证高炉顺行与低碳冶炼的前提。本技术实施例的系统在降低固体燃料消耗和不改变煤气喷吹量的前提下，能够及时提供最优的复合喷吹介质配比方案，该方案是能够随着喷吹介质种类、成分和供应量的改变而改变的，这对于优化复合喷吹介质成分，提高煤气利用效率，实现高炉低碳冶炼具有重要意义。
53.下面结合具体实施例对本技术提供的低碳高炉复合喷吹介质优化系统进行详细阐述。
54.请参阅图1，图1为本技术一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化系统的模块图。本技术提供的低碳高炉复合喷吹介质优化系统包括：对应关系构建模块10、约束区间确定模块11和喷吹介质配比优化模块12。
55.在一实施例中，对应关系构建模块10，用于获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系。
56.具体地，为了充分考虑不同还原气氛(h2/co比)对目标高炉的炉料冶金性能指标的影响，可利用现有的含铁炉料和焦炭，根据目标高炉中含铁炉料和焦炭配比及实际生产工艺条件，设计不同h2/co比的还原实验，分别检测含铁炉料和焦炭的各项冶金性能，利用多元回归分析分别建立各冶金性能参数与h2/co比的对应关系。
57.在一实施例中，系统还可设置一介质库构建模块，用于采集多种喷吹介质数据，根据所述喷吹介质数据确定每种所述喷吹介质中h2和co的含量，形成喷吹介质数据库，以使所述喷吹介质配比优化模块12基于所述喷吹介质数据库确定生成的每组喷吹介质配比对应的h2/co比，喷吹介质数据库中包含每种喷吹介质的成分、热值及最大供应比例等。
58.通过介质库构建模块收集喷吹介质的成分、热值及最大供应比例等基础指标，根据喷吹介质的成分确定喷吹介质中碳和氢两种成分各自的占比，进而转换为h2和co的含量，形成喷吹介质数据库。通过喷吹介质数据库可得到每种喷吹介质对应的h2和co的含量
以及最大供应比例等信息。通常钢铁厂中喷吹介质包括：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、天然气及纯h2等。不同钢铁厂的喷吹介质种类可能存在差异，喷吹介质数据中包含的喷吹介质种类以及各喷吹介质的基础指标等数据可根据实际应用需求进行配置，这里不作限制。
59.在一实施例中，介质库构建模块包括：供应比例采集单元、含量计算单元和存储单元。供应比例采集单元，用于采集各喷吹介质的最大供应比例，并存储在所述喷吹介质数据库中，以使所述喷吹介质配比优化模块12根据对应喷吹介质的最大供应比例生成喷吹介质配比。供应比例采集单元可采集钢铁厂生产过程中一段时间内产生的喷吹介质，如高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等，根据统计数据确定相同时间节点各喷吹介质的最大供应量，基于该最大供应量确定各喷吹介质混合形成复合喷吹介质中各喷吹介质的最大供应比例。将最大供应比例作为对应喷吹介质的基础指标与喷吹介质进行关联存储。以便后续进行喷吹介质配比组合时，基于该最大供应比例建立配比约束，每种喷吹介质占比不能超过各自的最大供应比例。含量计算单元，用于根据各喷吹介质中碳和氢两种成分的占比，确定对应喷吹介质h2和co的含量；喷吹介质中各成分的占比可通过采样检测得到，具体检测过程这里不再赘述，将采集的成分占比数据输入价值库构建模块通过含量计算单元进行换算，得到对应喷吹介质的h2和co含量。存储单元，用于存储各喷吹介质对应的h2和co的含量、热值等数据，以形成喷吹介质数据库，同时也可存储每种喷吹介质的基础指标如成分、热值、最大供应比例等，以建立完备的喷吹介质数据库。供应比例采集单元可采用常规的数据采集器，或者利用网络爬虫等从系统生产日志等数据中抓取需要的数据。含量计算单元可采用可编程逻辑门阵列等数据运算模块。具体模块选择可根据实际应用需求进行配置，这里不做限制。
60.在一实施例中，本技术实施例的系统还可配置生产数据库构建模块，用于采集所述目标高炉的历史生产数据，形成高炉生产数据库，其中所述历史生产数据包括：含铁炉料和焦炭的配比、工艺控制参数以及生产指标，以使所述对应关系构建模块10基于所述高炉生产数据库确定不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的生产工艺参数以及生产指标进行性能指标验证，得到冶金性能指标。
61.具体地，可收集钢铁厂实际生产过程中含铁炉料、焦炭与煤粉的冶金性能和配比、工艺控制参数及各项生产指标，形成高炉生产数据库，其中含铁炉料通常为烧结矿、球团矿和块矿的混合物，当然也可根据实际应用需求设置为其他炉料结构。将所有生产数据记录在高炉生产数据库中，在进行不同h2/co比还原实验设计时，对应关系构建模块10可调用高炉生产数据库中存储的数据，确定目标高炉的含铁炉料和焦炭配比以及实际生产工艺条件等实验参数，设计出满足实际生产条件的还原实验。以便实验结果与实际生产贴合，便于应用。
62.在一实施例中，所述对应关系构建模块10，包括：高炉参数采集单元、工艺参数获取单元、喷吹介质组合单元和性能指标采集单元。高炉参数采集单元，用于采集所述目标高炉当前的含铁炉料和焦炭配比；示例性地，高炉参数采集单元可与生产数据库构建模块连接，获取高炉生产数据库中高炉当前采用的含铁炉料和焦炭配比，在保持这一配比条件不变的情况下进行还原实验设计。
63.工艺参数获取单元，用于获取所述当前的含铁炉料和焦炭配比对应的生产工艺参数。同样的，在确定目标高炉当前的含铁炉料和焦炭配比后，进一步从高炉生产数据库中读
取目标高炉的生产工艺参数。
64.喷吹介质组合单元，用于生成不同h2/co比混合喷吹介质。喷吹介质组合单元可与前述的介质库构建模块连接，读取喷吹介质数据库中当前钢铁厂可供应的喷吹介质种类和喷吹介质对应的氢气、一氧化碳含量。基于喷吹介质种类进行组合配比，得到多种喷吹介质组合的配比方案。
65.性能指标采集单元，用于采集在所述生产工艺参数条件下，每种所述混合喷吹介质作用下得到的炉料对应的冶金性能指标。通过不同h2/co比还原实验可得到对应的炉料结构的冶金性能指标，将冶金性能指标输入性能指标采集单元进行数据记录。其中，还原实验可包括：含铁炉料和焦炭混装还原实验、低温还原粉化实验、软熔滴落性能检测实验等。对应的冶金性能指标可包括：含铁炉料的还原性、低温还原粉化性、软化开始温度、焦炭反应性、煤粉的燃尽率以及焦炭反应后强度等。
66.回归单元，用于建立所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系。根据性能指标采集单元获取的各还原实验对应的冶金性能指标，通过多元线性回归算法建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系。
67.高炉参数采集单元、工艺参数获取单元、喷吹介质组合单元和性能指标采集单元可通过mcu或其他控制器件实现，具体单元结构可根据实际应用需求进行设置，这里不作限制。
68.在一实施例中，约束区间确定模块11包括：分类单元、数据筛选单元和约束获取单元。
69.分类单元，用于根据所述历史生产数据中炉料的结构和成分进行分类，得到多个炉料分组。可对高炉生产数据库中的历史生产数据进行聚类分析，得到具有统一炉料结构和成分的炉料分组，具体聚类分析方法可采用k-means聚类算法、dbscan算法等，聚类过程这里不再赘述。
70.数据筛选单元，用于基于所述炉料分组，选出与所述目标高炉当前炉料结构和成分相似度在预设范围内的组别，作为目标分组。确定高炉生产数据库中包含的炉料分组后，筛选出与目标高炉现用的炉料结构和成分相近的组别。这里的炉料结构和成分即含铁炉料组成以及含铁炉料与焦炭的配比，示例性地，含铁炉料的结构可表示为：烧结矿：球团矿：块矿＝11:1:2；含铁炉料：焦炭＝5:1，这里仅示例性的给出其中一种炉料结构和成分，不应视为对本技术实施例的限制，具体炉料结构和成分可根据实际钢铁厂生产需求确定。
71.约束获取单元，用于根据所述目标分组对应的每种冶金性能指标的上限和下限，确定对应冶金性能指标的约束区间。示例性地，约束区间包括：含铁炉料的还原性大于或等于76％、低温还原粉化性大于或等于69％、开始软化温度大于或等于1100℃；焦炭反应性小于或等于28％、反应后强度大于或等于63％。这里仅示例性地给出其中一种约束区间数值范围，具体约束区间可根据实际历史生产数据进行确定，这里不作限制。分类单元、数据筛选单元和约束获取单元通过cpu、可编程逻辑门阵列或其他控制器件实现，具体单元结构可根据实际应用需求进行设置，这里不作限制。
72.在一实施例中，喷吹介质配比优化模块12，包括：配比生成单元、性能指标预测单元、焦比计算单元和最优配比输出单元。
73.配比生成单元，用于采集所述当前生产过程中已有的多种喷吹介质进行组合，得
到多组喷吹介质配比。在一实施例中，配比生成单元可与介质库构建模块连接，获取介质库构建模块中当前钢铁厂能够提供的喷吹介质种类以及各喷吹介质的最大供应比例。通过将不同喷吹介质进行配比组合得到多组喷吹介质配比，且得到的喷吹介质配比需要满足每种喷吹介质的最大供应比例约束。
74.性能指标预测单元，用于根据每组所述喷吹介质中碳和氢两种成分的比例确定对应组喷吹介质配比的h2/co比，以基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标。在一实施例中，性能指标预测单元也可与介质库构建模块连接，从喷吹介质数据库中调取每种喷吹介质的h2和co含量，基于氢气和一氧化碳含量以及对应喷吹介质的配比数据计算每组喷吹介质h2/co比。根据h2/co比调用前述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，得到对应的冶金性能指标预测结果。
75.焦比计算单元，用于计算满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，以将所述高炉焦比与所述目标高炉当前焦比进行比较，确定高炉焦比小于所述当前焦比的喷吹介质配比作为可用喷吹介质配比。焦比用于表征高炉每冶炼一吨合格生铁所耗用焦炭的吨数。通过预设的焦比预测模型可计算对应喷吹介质配比条件下的焦比。该预测模型可通过高炉生产数据库中记录数据构建训练样本进行训练得到，模型可采用常规的循环神经网络，网络架构可根据实际应用需求进行选择，这里不作限制。可预测满足约束区间的喷吹介质配比条件下的高炉焦比，将预测的高炉焦比与目标高炉当前焦比进行比较，若小于当前焦比，则将对应的喷吹介质配比作为目标喷吹介质配比。
76.最优配比输出单元，从所述喷吹介质配比中选出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。可通过最优配比输出单元与焦比计算单元连接，当目标喷吹介质配比为多个时，可从中选出高炉焦比最低的喷吹介质配比或者高炉煤气占比最大的喷吹介质配比作为输出。钢铁厂可根据自身实际生产需求，选择高炉焦比最低的喷吹介质配比或者高炉煤气占比最大的喷吹介质配比，进行生产作业以实现低碳冶炼。
77.配比生成单元、性能指标预测单元、焦比计算单元和最优配比输出单元可采用常规控制器如mcu、可编程逻辑门阵列等，具体单元器件设置可根据实际应用需求进行选择和调整，这里不作限制。
78.请参阅图2，图2为本技术一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化系统的控制流程示意图。假设某钢铁公司高炉使用的含铁炉料的比例为烧结矿：球团矿：块矿＝11:1:2，含铁炉料：焦炭＝5:1，厂内现可使用的喷吹介质有高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气和纯h2，其配比分别表示为x1、x2、x3、x4，不同喷吹介质的最大供应量分别为x1＝0.80、x2＝0.60、x3＝0.40、x4＝0.20。
79.不同h2/co比冶金实验主要是确定含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标与不同h2/co比的对应关系，利用钢铁厂现使用的含铁炉料和焦炭配比，设计30组h2/co比冶金性能检测实验，包括含铁炉料和焦炭混装还原实验、低温还原粉化实验、软熔滴落性能检测实验等。将含铁炉料和焦炭根据目标高炉混装方式和比例进行混装，再按照性能检测实验规范向反应器中通入不同h2/co比的还原气体进行检测，其他相关实验参数参考钢铁厂实际生产工艺，测定得到每一组h2/co比条件下，含铁炉料的还原性ri、低温还原粉化性rdi、软化开始温度t
10
以及焦炭反应性cri、反应后强度csr等指标。采用多元回归分析方法得到这些
指标与h2/co比的对应关系，如
80.根据收集的该钢铁厂高炉的历史生产数据，利用聚类分析对收集到的样本进行样本分类，并得到具有统一炉料结构和成分的分类组，筛选出具有与目标高炉现用炉料结构和成分相近的组别，总结出该组别下数据样本对应的含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标范围，如：ri≥78％，rdi
+3.15
≥70％，t
10
≥1100℃，csr≥65％，cri≤26％等。
81.高炉复合喷吹介质的低碳配比优化主要是一个除焦炭外的固体燃料消耗保持不变，以降低焦比为目标、以满足高炉冶炼的含铁炉料和焦炭冶金性能指标为约束条件的最优化计算过程，该最优化计算过程可表述如下：
82.首先系统生成喷吹介质配比组，每组喷吹介质配比由x1、x2、x3、x4组成，且需要满足根据每种喷吹介质的最大供应比例判断生成的每组喷吹介质配比是否满足要求，其中最大供应比例约束可表示为：0≤x1≤0.80、0≤x2≤0.60、0≤x3≤0.40、0≤x4≤0.20，几个约束条件需同时满足。通过查询喷吹介质数据库计算将满足最大供应比例约束的喷吹介质配比对应的h2/co比。调用冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定满足最大供应比例约束的喷吹介质配比条件下冶金性能指标是否满足约束区间：ri≥78％，rdi
+3.15
≥70％，t
10
≥1100℃，csr≥65％，cri≤26％。若满足约束区间，则根据物料及能量平衡计算得到对应高炉焦比c
复合
。将高炉焦比c
复合
与目标高炉当前炉况下的焦比c
原
进行比较，若c
复合
小于或等于c
原
，则分别对比满足所有约束条件的喷吹介质配比对应的焦比和配比高炉煤气占比，分别得到最低焦比和高炉煤气占比最大的喷吹介质配比进行输出。
83.经过上述计算，可求得某厂在该炉料结构和成分条件下，(1)焦比最低为290kg/thm，小于原喷吹介质条件下的焦比340kg/thm，此时复合喷吹介质具体配比z1为x1＝0.55，x2＝0.25，x3＝0.10，x4＝0.10，该配比下h2/co比为0.24；(2)高炉煤气最大配加比例为0.65，此时焦比为310kg/thm，也小于原喷吹介质条件下的焦比340kg/thm，对应的复合喷吹介质具体配比z2为x1＝0.65，x2＝0.20，x3＝0.08，x4＝0.07，该配比下h2/co比为0.19。以上数据仅基于一种实例条件下计算得到，不应视为对本技术实施例的限定。当高炉内含铁炉料和焦炭的种类和配比发生变化时，需要重新设计步骤2中h2/co比对炉料性能影响研究实验，重新确定该炉料结构条件下含铁炉料和焦炭的冶金性能与h2/co比的关系；当含铁炉料和焦炭的种类和配比没有发生改变时，则可根据喷吹介质的种类、成分和供应量的波动随时测算优化复合喷吹介质配比，寻求满足高炉顺行和冶炼指标的同时，降低固体燃料消耗且满足钢铁厂实际生产要求。
84.基于以上技术方案，本技术实施例的系统先将h2/co比与含铁炉料和焦炭的冶金性能指标联系起来，再以此为依据将高炉固体燃料消耗与不同喷吹介质的配比联系起来，在满足高炉顺行和冶炼指标条件下，确定出低碳冶炼的复合喷吹介质配比方案，可根据可用喷吹介质的种类、成分和供应量的波动，在确保高炉顺行的条件下提供不同低碳冶炼且满足钢铁厂实际生产要求的复合喷吹介质配比方案，且相较于原喷吹介质条件下的冶炼，能达到降低固体燃料消耗目的。
85.请参阅图3，图3为本技术一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化方法的流程示意图。本实施例中提供了一种低碳高炉复合喷吹介质优化方法，用于实现前述系统实施例中所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统。由于方法实施例的技术原理与前述系统实施例的
技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。
86.在一实施例中，一种低碳高炉复合喷吹介质优化方法，包括以下步骤：
87.步骤s301，获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系；
88.步骤s302，根据所述目标高炉的历史生产数据确定当前含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标的约束区间；
89.步骤s303，根据已有的多种喷吹介质生成多组喷吹介质配比，基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标，以计算将满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。
90.请参阅图4，图4为本技术另一实施例中低碳高炉复合喷吹介质优化方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：
91.步骤s401，收集实际生产过程中的含铁炉料、焦炭与煤粉的冶金性能和配比、工艺控制参数及各项生产指标，形成高炉生产数据库；
92.步骤s402，收集喷吹介质(含有碳氢气体)的成分、热值及钢铁厂的最大供应比例等基础指标，主要包括：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、天然气及纯h2等，将其中含碳氢成分所占比例转换折算为h2、co的含量，形成喷吹介质数据库；
93.步骤s403，利用现有含铁炉料(包括烧结矿、球团矿和块矿)和焦炭，根据目标高炉中含铁炉料和焦炭配比及实际生产工艺条件，设计不同h2/co比的还原实验，分别检测含铁炉料和焦炭的各项冶金性能，利用多元回归分析分别建立各冶金性能参数与h2/co比的对应关系；
94.步骤s404，根据高炉生产数据库，采用聚类分析获得高炉实际生产炉况对含铁炉料、焦炭和煤粉相关冶金性能的约束区间；
95.步骤s405，选择可用喷吹介质的成分、热值及最大供应比例等基础指标，以降低固体燃料消耗为目标，根据含铁炉料、焦炭和煤粉相关冶金性能的约束区间构建计算模型，采用优化算法计算满足钢铁厂实际生产要求(如高炉焦比最低、大比例高炉煤气等)的复合喷吹介质配比方案。在炉料结构发生改变时，重新设计不同h2/co比的还原实验，修正冶金性能指标与h2/co比的对应关系，重新执行步骤s404和s405，得到满足生产需求的喷吹介质配比方案。
96.本技术实施例还提供了一种设备，该设备可以包括：一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述设备执行图3所述的方法。在实际应用中，该设备可以作为终端设备，也可以作为服务器，终端设备的例子可以包括：智能手机、平板电脑、电子书阅读器、mp3(动态影像专家压缩标准语音层面3，moving picture experts group audio layer iii)播放器、mp4(动态影像专家压缩标准语音层面4，moving picture experts group audio layer iv)播放器、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等等，本技术实施例对于具体的设备不加以限制。
97.本技术实施例还提供了一种非易失性可读存储介质，该存储介质中存储有一个或多个模块(programs)，该一个或多个模块被应用在设备时，可以使得该设备执行本技术实
施例的图3中低碳高炉复合喷吹介质优化方法所包含步骤的指令(instructions)。
98.图5为本技术一实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。如图所示，该终端设备可以包括：输入设备1100、第一处理器1101、输出设备1102、第一存储器1103和至少一个通信总线1104。通信总线1104用于实现元件之间的通信连接。第一存储器1103可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储nvm，例如至少一个磁盘存储器，第一存储器1103中可以存储各种程序，用于完成各种处理功能以及实现本实施例的方法步骤。
99.可选的，上述第一处理器1101例如可以为中央处理器(central processing unit，简称cpu)、应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，该处理器1101通过有线或无线连接耦合到上述输入设备1100和输出设备1102。
100.可选的，上述输入设备1100可以包括多种输入设备，例如可以包括面向用户的用户接口、面向设备的设备接口、软件的可编程接口、摄像头、传感器中至少一种。可选的，该面向设备的设备接口可以是用于设备与设备之间进行数据传输的有线接口、还可以是用于设备与设备之间进行数据传输的硬件插入接口(例如usb接口、串口等)；可选的，该面向用户的用户接口例如可以是面向用户的控制按键、用于接收语音输入的语音输入设备以及用户接收用户触摸输入的触摸感知设备(例如具有触摸感应功能的触摸屏、触控板等)；可选的，上述软件的可编程接口例如可以是供用户编辑或者修改程序的入口，例如芯片的输入引脚接口或者输入接口等；输出设备1102可以包括显示器、音响等输出设备。
101.在本实施例中，该终端设备的处理器包括用于执行各设备中语音识别装置各模块的功能，具体功能和技术效果参照上述实施例即可，此处不再赘述。
102.图6为本技术的另一个实施例提供的终端设备的硬件结构示意图。图6是对图5在实现过程中的一个具体的实施例。如图所示，本实施例的终端设备可以包括第二处理器1201以及第二存储器1202。
103.第二处理器1201执行第二存储器1202所存放的计算机程序代码，实现上述实施例中图3所述方法。
104.第二存储器1202被配置为存储各种类型的数据以支持在终端设备的操作。这些数据的示例包括用于在终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，例如消息，图片，视频等。第二存储器1202可能包含随机存取存储器(random access memory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
105.可选地，第一处理器1201设置在处理组件1200中。该终端设备还可以包括：通信组件1203，电源组件1204，多媒体组件1205，音频组件1206，输入/输出接口1207和/或传感器组件1208。终端设备具体所包含的组件等依据实际需求设定，本实施例对此不作限定。
106.处理组件1200通常控制终端设备的整体操作。处理组件1200可以包括一个或多个第二处理器1201来执行指令，以完成上述图2所示方法的全部或部分步骤。此外，处理组件1200可以包括一个或多个模块，便于处理组件1200和其他组件之间的交互。例如，处理组件1200可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件1205和处理组件1200之间的交互。
107.电源组件1204为终端设备的各种组件提供电力。电源组件1204可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为终端设备生成、管理和分配电力相关联的组件。
108.多媒体组件1205包括在终端设备和用户之间的提供一个输出接口的显示屏。在一些实施例中，显示屏可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果显示屏包括触摸面板，显示屏可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。
109.音频组件1206被配置为输出和/或输入语音信号。例如，音频组件1206包括一个麦克风(mic)，当终端设备处于操作模式，如语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部语音信号。所接收的语音信号可以被进一步存储在第二存储器1202或经由通信组件1203发送。在一些实施例中，音频组件1206还包括一个扬声器，用于输出语音信号。
110.输入/输出接口1207为处理组件1200和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
111.传感器组件1208包括一个或多个传感器，用于为终端设备提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件1208可以检测到终端设备的打开/关闭状态，组件的相对定位，用户与终端设备接触的存在或不存在。传感器组件1208可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在，包括检测用户与终端设备间的距离。在一些实施例中，该传感器组件1208还可以包括摄像头等。
112.通信组件1203被配置为便于终端设备和其他设备之间有线或无线方式的通信。终端设备可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个实施例中，该终端设备中可以包括sim卡插槽，该sim卡插槽用于插入sim卡，使得终端设备可以登录gprs网络，通过互联网与服务器建立通信。
113.由上可知，在图6实施例中所涉及的通信组件1203、音频组件1206以及输入/输出接口1207、传感器组件1208均可以作为图5实施例中的输入设备的实现方式。
114.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，包括：对应关系构建模块，用于获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系；约束区间确定模块，用于根据所述目标高炉的历史生产数据确定当前含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标的约束区间；喷吹介质配比优化模块，用于根据已有的多种喷吹介质生成多组喷吹介质配比，基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标，以计算将满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。2.根据权利要求1所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，所述系统还包括：介质库构建模块，用于采集多种喷吹介质数据，根据所述喷吹介质数据确定每种所述喷吹介质中h2和co的含量，形成喷吹介质数据库，以使所述喷吹介质配比优化模块基于所述喷吹介质数据库确定生成的每组喷吹介质配比对应的h2/co比，所述喷吹介质数据库中包含每种喷吹介质的成分、热值及最大供应比例。3.根据权利要求2所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，所述介质库构建模块包括：供应比例采集单元，用于采集各喷吹介质的最大供应比例，并存储在所述喷吹介质数据库中，以使所述喷吹介质配比优化模块根据对应喷吹介质的最大供应比例生成喷吹介质配比；含量计算单元，用于根据各喷吹介质中碳和氢两种成分的占比，确定对应喷吹介质h2和co的含量；存储单元，用于存储各喷吹介质对应的h2和co的含量以及热值，以形成喷吹介质数据库。4.根据权利要求1所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，所述系统还包括：生产数据库构建模块，用于采集所述目标高炉的历史生产数据，形成高炉生产数据库，其中所述历史生产数据包括：含铁炉料和焦炭的配比、工艺控制参数以及生产指标，以使所述对应关系构建模块基于所述高炉生产数据库确定不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的生产工艺参数以及生产指标进行性能指标验证，得到冶金性能指标。5.根据权利要求1所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，所述对应关系构建模块，包括：高炉参数采集单元，用于采集所述目标高炉当前的含铁炉料和焦炭配比；工艺参数获取单元，用于获取所述当前的含铁炉料和焦炭配比对应的生产工艺参数；喷吹介质组合单元，用于生成不同h2/co比混合喷吹介质；性能指标采集单元，用于采集在所述生产工艺参数条件下，每种所述混合喷吹介质作用下得到的炉料对应的冶金性能指标；回归单元，用于建立所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系。6.根据权利要求1所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，约束区间确定模块，包括：分类单元，用于根据所述历史生产数据中炉料的结构和成分进行分类，得到多个炉料
分组；数据筛选单元，用于基于所述炉料分组，选出与所述目标高炉当前炉料结构和成分相似度在预设范围内的组别，作为目标分组；约束获取单元，用于根据所述目标分组对应的每种冶金性能指标的上限和下限，确定对应冶金性能指标的约束区间。7.根据权利要求5所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，所述冶金性能指标包括：含铁炉料的还原性、低温还原粉化性、软化开始温度、焦炭反应性、焦炭反应后强度、煤粉的燃尽率。8.根据权利要求1所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，喷吹介质配比优化模块，包括：配比生成单元，用于采集所述当前生产过程中已有的多种喷吹介质进行组合，得到多组喷吹介质配比；性能指标预测单元，用于根据每组所述喷吹介质中碳和氢两种成分的比例确定对应组喷吹介质配比的h2/co比，以基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标；焦比计算单元，用于计算满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，以将所述高炉焦比与所述目标高炉当前焦比进行比较，确定高炉焦比小于所述当前焦比的喷吹介质配比作为可用喷吹介质配比；最优配比输出单元，从所述喷吹介质配比中选出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。9.根据权利要求7所述的低碳高炉复合喷吹介质优化系统，其特征在于，所述约束区间包括：含铁炉料的还原性大于或等于76％、低温还原粉化性大于或等于69％、开始软化温度大于或等于1100℃；焦炭反应性小于或等于28％、反应后强度大于或等于63％。10.一种低碳高炉复合喷吹介质优化方法，其特征在于，包括：获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同h2/co比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与h2/co比的对应关系；根据所述目标高炉的历史生产数据确定当前含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标的约束区间；根据已有的多种喷吹介质生成多组喷吹介质配比，基于所述冶金性能指标与h2/co比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的h2/co比对应的冶金性能指标，以计算将满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。11.一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求10所述的低碳高炉复合喷吹介质优化方法的步骤。12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求10所述的低碳高炉复合喷吹介质优化方法的步骤。

技术总结

本申请提供一种低碳高炉复合喷吹介质优化系统、方法、设备和介质，该方法包括：对应关系构建模块，用于获取目标高炉中含铁炉料和焦炭配比在不同H2/CO比的混合喷吹介质作用下的冶金性能指标，以建立冶金性能指标与H2/CO比的对应关系；约束区间确定模块，用于根据所述目标高炉的历史生产数据确定当前含铁炉料和焦炭配比下的冶金性能指标的约束区间；喷吹介质配比优化模块，用于根据已有的多种喷吹介质生成多组喷吹介质配比，基于所述冶金性能指标与H2/CO比的对应关系，确定每组所述喷吹介质配比的H2/CO比对应的冶金性能指标，以计算将满足所述约束区间的喷吹介质配比对应的高炉焦比，输出高炉焦比最低或高炉煤气占比最大的喷吹介质配比。喷吹介质配比。喷吹介质配比。