高炉过程数学模型及计算机控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:毕学工

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:1996-5

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787502418786

丛书系列:

图书标签:

• 应用数学
• 高炉
• 数学模型
• 计算机控制
• 冶金
• 过程控制
• 模拟
• 优化
• 钢铁
• 工业工程
• 系统工程

《高炉过程数学模型及计算机控制》 这本书深入探讨了高炉冶炼过程中复杂化学反应和物理传输现象的数学化描述，以及如何利用计算机技术实现对这一关键冶金过程的精确控制。全书分为三个主要部分，循序渐进地揭示了高炉生产的奥秘。 第一部分：高炉过程的数学建模 此部分旨在为读者构建理解高炉复杂性的理论框架。首先，作者详细阐述了高炉冶炼过程中涉及的各个关键环节，包括但不限于： 物料运动与分布： 详细分析了炉料在下降过程中的填充、流动特性，以及不同区域内的堆积状态。这包括了对炉料粒度、形状、密度等物理性质对料柱结构影响的研究，并建立了描述料柱稳定性和渗透性的数学模型。 气固反应动力学： 深入剖析了高炉内最重要的化学反应，如碳的氧化、铁氧化物的还原（直接还原和间接还原）、造渣反应等。作者借鉴了化学反应工程中的经典理论，建立了描述这些反应速率的动力学模型，考虑了温度、组分浓度、传质阻力以及催化效应等多种因素的影响。 传热与传质过程： 详细研究了炉料在下降过程中以及气流与固体接触界面上的热量传递和物质传递。这包括了显热传递、潜热传递、辐射换热以及气相和固相之间的传质过程。模型会量化这些过程的速率，并分析其对整个过程温度场和组分场的影响。 炉渣形成与演变： 探讨了炉渣的化学组成、物理性质（如粘度、密度）以及其在炉内的形成和流动过程。建立了描述炉渣熔化、反应和流动的数学模型，并分析其对炉况稳定性和产品质量的影响。 过程整体耦合模型： 在上述各子模型的基础上，本书整合了各个模块，构建了描述高炉整体运行状态的耦合数学模型。这通常采用偏微分方程组或代数方程组的形式，能够反映炉料下降、化学反应、传热传质以及炉渣流动等相互关联的动态过程。模型会考虑不同区域的物理化学条件，并输出炉渣成分、铁水成分、炉气成分、温度分布等关键参数。 第二部分：高炉过程的计算机控制策略 在精确的数学模型基础上，本书转向如何将这些模型应用于实际生产的计算机控制。这部分内容涵盖了： 控制目标与优化： 明确了高炉生产的主要控制目标，如提高产量、稳定铁水成分、降低能耗、减少污染物排放等。同时，介绍了如何利用模型进行优化，以达到这些目标的最佳平衡点。 模型预测控制（MPC）： 详细阐述了MPC在高炉控制中的应用。MPC利用数学模型对未来过程行为进行预测，并根据预测结果计算出最优的控制输入序列，以使过程在未来一段时间内满足预设的目标。本书会介绍MPC的算法原理、模型辨识方法以及在高炉中实现MPC的关键技术。 先进控制算法： 除了MPC，还可能介绍其他先进的控制算法，如模糊逻辑控制、神经网络控制、自适应控制等。这些算法能够处理模型的非线性和不确定性，提高控制系统的鲁棒性。 状态估计与参数辨识： 介绍了如何利用传感器数据对高炉内部的不可直接测量状态进行估计（如炉料温度分布、还原率等），以及如何实时辨识模型参数，以应对工艺变化和模型不确定性。 集成化控制系统设计： 探讨了如何将数学模型、控制算法、传感器网络、执行机构以及上位机操作界面集成到一个完整的计算机控制系统中。这包括了系统架构设计、数据采集与处理、人机交互界面开发等内容。 第三部分：实际应用与案例分析 为了让读者更直观地理解理论知识，本书的最后一部分提供了实际应用和案例分析： 模拟与仿真： 作者会通过对建立的数学模型进行仿真计算，展示模型在不同操作条件下的预测能力，以及对各种干扰的响应特性。 典型控制方案介绍： 可能会介绍几种在高炉生产中已经得到成功应用或具有潜力的计算机控制方案，例如基于成分控制的吹炼强度调节、基于温度预测的送风量调整、基于炉渣粘度预测的喷煤比优化等。 案例研究： 通过对某个实际高炉的改造或应用案例进行深入分析，展示数学模型和计算机控制在提升经济效益、技术水平方面的实际效果。案例分析会包含数据展示、效果评估以及经验总结。 未来发展方向： 最后，本书会展望高炉过程数学建模与计算机控制的未来发展趋势，例如更精细化的模型、人工智能与深度学习的应用、数字化工厂的建设等。 总而言之，《高炉过程数学模型及计算机控制》是一本集理论深度与实践指导于一体的专著，为冶金工程领域的研究人员、工程师和技术人员提供了系统而全面的知识体系，有助于他们理解、分析和优化高炉生产过程，实现智能化、高效化和绿色化的冶金目标。

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这本书的结构设计非常有条理，从最基础的反应动力学入手，逐步过渡到宏观尺度的数学模型构建，最后落脚于实际的计算机控制策略的制定。给我留下深刻印象的是，作者并未止步于理论模型的陈述，而是紧密结合了工业实践中的数据处理方法。例如，在模型校正和参数辨识的部分，书中介绍了几种不同的数据拟合算法，并对比了它们在处理高炉实时波动数据时的优劣。这种务实的态度，让这本书的实用价值大大提升。虽然涉及大量的数值计算和矩阵运算，但作者在关键节点处配有清晰的流程图和算法伪代码，这极大地帮助了我们这些偏向应用实践的读者去理解如何将模型转化为可执行的程序。它不像某些教科书那样孤立于实际操作，而是像一位经验丰富的老专家在手把手地教你如何用数学工具来驾驭一座庞大的钢铁巨人，那种亲切感和指导性是相当突出的。

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这是一本让人在阅读过程中感到既充实又略带挑战的专业书籍。作者在讲解理论框架时，似乎花费了大量篇幅来深入挖掘冶金过程中的物理化学原理，这一点对于我们这些希望从根源上理解高炉操作的人来说，无疑是宝贵的财富。书中对传热、传质等基本化工单元操作在复杂炉内环境下的数学表达，展示了一种严谨的科学态度。我特别欣赏其中关于物料平衡和能量平衡的建立过程，那份详尽的推导过程，让人清晰地看到如何将一个宏大的工业系统拆解成可量化的方程组。不过，对于初次接触这一领域的读者，可能需要花费较多的时间来消化那些繁复的偏微分方程和边界条件设定。整体而言，它更像是一本为炉内工程师和研究人员准备的“内功心法”，而非快速入门的指南。读完后，我感觉自己对高炉运行的内在逻辑有了更深刻的洞察，明白每一步操作背后隐藏的复杂数学联系，这使得我对实际生产中的异常波动有了更科学的预测能力。

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坦率地说，这本书的阅读体验是需要一定耐心的，因为它涉及的数学工具密度相当高。但当你真正沉浸进去，你会发现它对高炉过程的描述达到了前所未有的精确度。我尤其对其中关于“热点”移动和“未反应碳”分布的建模部分印象深刻。作者没有采用过于简化的线性假设，而是引入了复杂的非线性项来模拟炉内物料和气流的复杂交叉影响。这种对复杂性的毫不回避，正是本书价值所在。它迫使我们跳出传统的经验操作思维，转而用更具预测性和优化性的视角来看待高炉的稳态与动态行为。当然，这也意味着，如果你仅仅是想了解高炉运行的基本常识，这本书可能会显得过于“硬核”和晦涩。它更像是一本需要反复研读的工具书，每次重读都会有新的体会，尤其是在你积累了更多实际操作经验之后，书中的某些结论会显得更加掷地有声。

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从排版和专业术语的使用习惯来看，这本著作明显是为国内冶金行业的资深工程师和高校研究生群体量身定制的。它的语言风格非常凝练和学术化，几乎每一个段落都承载着丰富的信息量，很少有冗余的叙述。书中的图表质量很高，那些剖面图和参数变化曲线，直观地展示了模型预测的结果与实际运行数据的拟合程度，这在建立读者对模型的信任感方面起到了关键作用。当然，这种高密度的信息传递，也使得阅读过程变成了一种智力上的马拉松，要求读者保持高度集中的思维，并随时准备查阅相关的化工热力学或数值分析资料。总而言之，这不是一本能让人轻松翻阅消遣的书籍，它更像是一部需要被“征服”的专业典籍，是那些真正致力于在高炉技术领域深耕的专业人士的案头必备之作，其价值在于它所提供的深度和精度。

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这本书在阐述控制系统设计理念时，展现了超越传统PID控制的广阔视野。作者清晰地论证了，在面对高炉这种大型、延迟高、耦合性强的系统时，仅仅依靠简单的反馈回路是远远不够的。书中对先进控制方法，比如基于模型预测控制（MPC）的引入，描述得非常细致，特别是如何将前面构建的复杂数学模型无缝嵌入到优化算法的约束条件中。这种自顶向下的设计思路，使得控制策略不再是经验的堆砌，而是系统性的最优解追求。对于我们这些希望推动生产自动化水平的人来说，这本书提供了一个坚实的理论基础和实现蓝图。它不再停留在“应该怎么做”的层面，而是深入到了“为什么这样设计最优”的深层逻辑。即便有些控制算法的细节部分需要结合其他专业文献来辅助理解，但它无疑为我们打开了一扇通往智能化冶金控制的大门。

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