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高炉是工业生产中最大的密闭反应容器,其冶炼过程具有强耦合、非线性、大时滞、多相态、参数难测量等特点,其能源消耗与污染排放占钢铁总产业的70%。为实现高炉冶炼过程向节能、低耗、自动化方向发展,对高炉运行优化控制研究势在必行。目前,通过喷吹煤粉代替部分焦炭是实现高炉节能降耗的最为有效的途径,而增煤减焦的时机与量的控制仍由炉长人为调控,在操作上具有盲目性、粗糙性,且操作不当易带来巨大经济损失。针对上述问题,本文围绕基于火焰温度的高炉优化控制研究展开以下工作:⑴高炉冶炼过程视为“黑箱”操作,其内部反应过程及参数难以获取。风口是唯一可实时观测炉内状态的窥视孔,对回旋区的实时观测并判断煤粉消化率是提高喷煤比操作的必要条件;对回旋区温度的准确检测是保证高炉顺行的关键。针对采用CCD图像传感器对高炉风口回旋区进行非接触高温测量时,因工业现场的复杂干扰,采集的风口辐射图像往往带有大量噪声,本文提出一种基于小波变换与BM3D算法结合的滤波算法,在去除条纹噪声的同时有效抑制高斯噪声。对于高温辐射图像中存在的大体积的光斑和光晕,采用分水岭算法来对辐射图像进行分割,准确识别待测辐射体目标。最后采用比色测温法求取回旋区温度。⑵针对喷煤增减量大小和时机上存在盲目性、粗糙性、滞后性难题,本文通过建立风口回旋区煤粉消化率评价模型实时判断回旋区煤粉燃烧状态,为增煤减焦的决策与提高喷煤比提供依据。首创性提出一种集成回旋区理论燃烧温度、回旋区煤粉燃烧率、燃烧带活跃性与均匀性、温度及其变化梯度的主客观证据融合的模糊综合评价模型。利用多层次模糊综合评价法,自上而下、逐级地对回旋区煤粉消化率进行评价。对该评价模型进行实际高炉离线数据应用分析,评价结果符合实际运行数据分析。⑶对于高炉冶炼中的非线性、强耦合、大时滞等特点。在保证回旋区煤粉高消化率的同时,通过专家决策与预测控制实现喷煤前馈补偿,并为保证能量流与物质流的平衡,通过置换比规则置换焦炭,解决高炉的大时滞问题,实现高炉运行的优化控制研究,达到节能降耗的目的。实验研究与专家分析证明该方案可以保证高炉炼铁过程中能量流与物质流平衡,保证高炉整体平稳运行。本文的工作可有效实现高炉冶炼过程的运行优化,节约冶炼成本与能源消耗,提高资源的利用率,指导生产达到最佳效果。有助于促进高炉冶炼过程向节能、低耗、自动化方向发展。