高炉冶炼生产过程是钢铁行业的第一大生产环节,也是降低能源消耗,减少环境污染的重要环节之一。在高炉实际操作过程中,上部装料与下部鼓风是高炉炉况运行状态调节的两个主要手段,其中上部装料是影响炉况平稳运行、生产效率、甚至安全生产的关键环节,由于缺乏相关的理论支持,高炉装料操作至今仍是一个基于知识积累的手动模式,给高炉稳定自动化生产带来较多负面影响。高炉装料是将矿石和焦炭等炉料送入高炉这个巨型密闭反应釜中,由于大型高炉炉内空间巨大,每批次炉料量重达60t,而颗粒状炉料在炉喉内形成的料面形状会对铁水质量、炉内温度场以及煤气流分布产生影响,选择合理的料面形状是保障高炉稳定顺行,提高煤气利用率的有效途径,因此布料过程不仅仅肩负着进料任务,还担负着炉料在炉喉内合理分配的任务。本文设计了一套炉料料面形状控制系统,其中以高炉炉喉部分作为被控对象,期望顶层料面形状作为设定值,现有的布料矩阵计算方法作为控制方法,料层厚度分布作为误差分布。在探究指导料面形状控制过程中,发现该控制系统需解决两大问题:何时装料和如何装料。何时装料归纳为高炉布料过程炉况平稳运行优化问题。高炉布料是一个间歇性装料,连续性下料的混杂过程,当前周期装料到下一周期装料过程之间存在有间歇时间,批重固定的炉料按照预先设定的装料速度进行装载,由于实际下料速度并非均匀,致使炉喉处料线位置发生变化,从而影响高炉炉况的稳定顺行。本文以某钢厂实测数据作为基础以分析炉况平稳性与经济效益之间的关系,在单料位反馈信息融合下将高炉炉喉部分等效成单容水箱来探究何时装料问题。建立单容水箱液位混杂控制系统数学模型并给出两种控制方案,将期望液位代替料位作为设定目标,结合控制方案分别利用增量PID控制与位式控制对参数变量进行控制调整,通过两种仿真结果对比显示出位式控制对实际高炉料位稳定具有更理想的效果。如何装料归纳为高炉顶层料面形状控制问题。尽管在一个装料周期内料面形状控制已经很成熟,但是高炉实际布料过程是间歇性动态进行的,并不是一个周期内的静态过程。在布料过程中,炉料下降不均会造成每个布料周期被消耗掉的料层厚度分布不同,由当前周期料层厚度分布求取的布料矩阵用于下一个周期的装料过程会导致炉料的顶层料面形状发生改变。本文在液位位式控制的基础上,将液位混杂系统扩展至用泛函描述的高炉炉料料面形状控制,由于炉料在炉喉径向方向上的实际下降速度存在差异,本文模拟出各种情况下的料面形状变化,然后借鉴非均匀炉料下降模型并通过仿真实验准确建立出该模型。以多环布料模型、非均匀炉料下降模型和布料矩阵逆计算模型为基础,将间歇装料过程与连续下料过程相结合,通过仿真实验实现了料面形状混杂控制。最后建立控制系统的监控界面,为高炉操作工人提供可视化界面。