1、 技术研发背景
首钢一直致力于高炉专家系统的开发与应用，目前已掌握高炉专家系统领域的核心技术，拥有自主知识产权。首钢高炉专家系统充分吸收国内外高炉专家系统的优点，结合首钢高炉冶炼特点和操作习惯，以数学模型和神经元网络为基础、专家系统技术为核心、模块化结构为手段，综合分析和判断高炉的生产过程，提供高炉炉况现象分析及操作建议，帮助高炉操作者进行综合治理和稳定炉况。
首钢开发的高炉专家系统已在首钢2号高炉上得到很好的检验，尤其是在异常炉况预报和基于布料模型的布料调整试验方面均取得良好效果。在此基础上首钢专家系统根据生产需要又增加新的模型并改善其人机界面功能，使得专家系统的智能化水平进一步提高。新型高炉专家系统包括从炉顶布料到铁口出铁的全过程的数学模拟仿真及炉况跟踪控制，并在迁钢4000m3高炉的生产实践中成功应用。
2 、专家系统的主要设计原则
高炉专家系统设计主要包括软件设计、控制系统硬件及网络设计和数据库设计三大部分。首先，在软件设计部分要求系统具有良好的开放性、兼容性及扩展性、容错能力好、稳定、可靠性高并且结构功能模块化，易于整个系统的构建及问题处理，易于操作人员使用并可定置软件环境。控制系统硬件及网络设计部分如图1所示，主要原则是在满足系统应用的要求下统一设备选型，便于减少设备备件的种类，简化设备维修。
数据库设计部分主要是围绕包括基础数据、原料分析数据、高炉模型结果、技术计算参数、知识库参数等五大方面的需求，来设计相关的数据表。每张表都有各自相关的描述表，历史表等等，有些表之间还根据自身数据的特点做关联，来保证相关表之间的约束性。数据库包括如下主要内容：基础自动化检测数据、原料分析数据、高炉模型处理结果、技术计算参数及计算结果、知识库参数及推理结果等。
3 、高炉专家系统主要模块及模型设置
3.1 炉料质量控制
对入炉的原燃料质量进行分析判断，针对不同炉料的影响给出效应的处理办法，防止有害元素含量偏高或焦炭质量变差等因素对高炉顺行造成影响。
3.2 炉况预报与控制
以专家知识库为基础，通过智能推理对高炉行程、炉热等炉况趋势做出预报，并提供相应的调整建议，有效避免炉缸堆积、悬料和管道等异常炉况的发生，或降低异常炉况的影响程度。
3.3 炉型管理
主要是对高炉炉衬及渣皮的厚度变化进行跟踪模拟，提供直观的炉型变化趋势，为高炉操作者采取合理的炉型维护措施提供依据。
3.4 提供多种工艺的过程模型来帮助工长操作
1) 配料计算模型
计算在满足炉渣碱度要求条件下，冶炼规定成分生铁所需要的矿石、焦炭、熔剂数量。通过配料计算也可求解矿石的理论出铁量、理论渣量等。
2) 炉料分布模型
结合高炉布料规律，考虑到炉内煤气流变化和焦炭塌陷等因素，建立实时、动态的炉料分布仿真模型，同时根据高炉状况给出合理的高炉布料调整措施，解决布料形状变化给高炉顺行带来的影响并有效改善煤气利用率。
模型中根据炉内料面的形状变化，动态求解炉料的落点；采用几何算法计算新旧料面交点，大幅度减少计算量，提高系统性能；采用土坡堆积原理对焦炭塌陷后的料面进行动态修正；并采用三段法分别计算中心、中间和边缘的平均矿焦比。
3) 物料平衡模型
物料平衡模型建立在配料计算的基础上，包括鼓风量、煤气量以及物料收支总量等项的计算，有助于对高炉过程进行全面定量的分析和深入研究，并为热平衡计算做准备。
