文档版本：V2.0　　发布日期：2026-10-10　　编制：西仪智能　　

适用范围：矿热炉布料、捣炉、扎眼机械化作业的自动控制与电极调节协调

一、问题定义

炉膛料面的形状与状态——锥体高度、料面平整度、透气性、沉料均匀性——直接决定电流分布与反应区位置，进而决定电耗与质量。料面管理依赖布料机、捣炉机、扎眼机等机械作业，长期由操作工凭经验手动执行：什么时候捣、捣哪里、布多少料，全凭眼看耳听。

料面自动化要回答三个层层递进的问题：料面状态如何在线感知；机械作业时机与部位如何决策；机械动作与电极调节如何协调互不干扰。只解决单机遥控（把按钮搬到操作室）不叫料面自动化——那只是搬走了人，没有搬来智能。

二、料面状态的间接感知机理

料面封闭在炉膛内，不可直接观测，工程上通过四类间接信号推断：

信号	反映的料面信息	特性
炉气多点温度场	透气性分布、刺火位置、料面平整度	主判据，需 6 点以上均布
炉气压力与成分	整体透气性、反应强度	密闭炉可用性高
电极电流噪声特征	塌料、结壳、电弧暴露程度	高频特征量，辅助判据
料批下沉速率	料线变化、沉料均匀性	与配料系统联动获得

四类信号单独看都有盲区，组合使用构成料面状态的工程可观性。

三、机械作业与电极调节的交互矛盾

捣炉、扎眼、布料瞬间，电极电流剧烈扰动——若电极调节器不知情，会把机械扰动误判为炉况变化而误动作；布料后料面电阻率分布改变，电阻设定基准随之漂移。因此料面控制不能作为独立子系统运行，必须与电极调节建立时序联锁：机械作业期间冻结调节，作业完成经等待期后恢复，这是两套系统共存的最低纪律。

四、我们的协调控制方案

我们采用感知—决策—动作—联锁四层方案（见图1）：

4.1 感知层

炉气热电偶按炉顶圆周均布不少于 6 点，计算温度场均匀度指标（各点温度与均值的偏差带）；单点损坏时以相邻点插值维持指标可用，同时报传感器维修。电极电流高频特征量（1 min 窗的高频能量、偏度）作为辅助判据同步计算。

4.2 决策层——定时作业 + 事件触发双机制

1. 定时布料：按料批消耗速率定时启动，布料量与配料系统联动对账，维持料线恒定；

2. 事件触发捣炉/扎眼：检测到刺火征兆（局部炉气温度突升超过邻点阈值、电流高频能量增大）或结壳征兆（炉压异常、透气性下降）时触发，不固定周期——结壳与刺火是事件不是时刻表；

3. 部位决策：刺火位置由温度场定位（最高温点方位），捣炉机/布料溜槽按方位对位作业。

4.3 动作层

机械作业全部纳入序列管理：任一动作未完成不得启动下一动作；每动作以到位信号确认，超时异常退出。

4.4 联锁层

捣炉、扎眼、布料执行期间冻结电极升降调节；作业完成后延迟一个动作等待期恢复；出炉、压放期间禁止触发料面机械作业。

五、工程实施要点

1. 温度场指标的正常波动带按一周平稳期数据整定，阈值设 2 倍标准差以外；

2. 布料量与配料批次自动对账，累计偏差超一个料批即报警（防空仓空布）；

3. 捣炉深度、扎眼位置等机械参数按炉龄阶段整定，炉龄后期结壳倾向增大时提高触发灵敏度一档；

4. 投运顺序：感知监视（只显示不动作）→ 半自动（建议人工确认）→ 全自动，各阶段不少于两周。

六、验收指标

1. 料线波动幅度较人工期收窄 ≥30%；

2. 刺火事件频次下降 ≥40%；

3. 料面机械作业期间电极误动作为零；

4. 炉顶岗位人员进入高温区频次下降 ≥80%（安全效益指标）。

七、结论

料面控制的核心不是单机自动化，而是"感知组合可观、决策双机制、动作序列化、联锁强纪律"的系统协调。我们的方案在多个项目投运后，料面稳定性与安全性指标同步改善，捣炉作业的人身风险基本消除。

图1　炉膛料面协调控制方案结构图

本文件为西仪智能在矿热炉料面协调控制的技术方案，适用于新建系统设计与在役系统改造。

附：常见问题（FAQ）

Q1：矿热炉料面为什么不能直接观测？

A：料面封闭在炉膛内，内部高温、高尘、强还原气氛，任何视觉直接观测手段都无法长期工作。工程上只能通过间接信号推断：炉气温度场、炉气压力与成分、电极电流噪声特征、料批下沉速率，组合构成料面状态的工程可观性。

Q2：什么是料面协调控制，和普通机械遥控有什么区别？

A：机械遥控只解决"手不用到场"，作业时机和部位仍靠人判断。料面协调控制解决三个问题：用什么信号判断料面状态（感知）、什么时候在哪个部位作业（决策）、机械动作与电极调节如何互不干扰（联锁）——遥控只是其中的动作执行环节。

Q3：料面状态感知主要靠什么信号？

A：主判据是炉气多点温度场：炉顶圆周均布不少于 6 支热电偶，由温度场均匀度判断透气性分布与刺火位置。炉气压力与成分、电极电流高频能量、料批下沉速率作为辅助判据组合使用，单一信号均有盲区。

Q4：刺火和结壳是怎么被提前发现的？

A：刺火征兆：局部炉气温度突升超过邻点阈值 + 电流高频能量增大；结壳征兆：炉压异常 + 透气性下降。两类征兆均由多信号组合判据触发——单一信号越限只提示不动作，防止误触发。

Q5：为什么机械作业期间要冻结电极调节？

A：捣炉、扎眼、布料瞬间电极电流剧烈扰动，调节器会把机械扰动误判为炉况变化而误动作；布料后料面电阻率分布改变，电阻基准漂移。作业期冻结调节、完成后经等待期恢复，是机械系统与调节系统共存的最低纪律。

Q6：捣炉和扎眼应该按固定周期执行吗？

A：不应该。刺火与结壳是事件而不是时刻表——它们的形成取决于炉况演变，不服从固定周期。正确做法是事件触发：检测到征兆才作业，配合定时布料维持料线。固定周期捣炉要么捣早了浪费、要么捣晚了结壳已成型。

Q7：刺火位置怎么确定？

A：由炉气温度场定位——圆周均布热电偶中温度最高的测点方位即刺火方位，捣炉机或布料溜槽按方位自动对位作业。单点损坏时以相邻点插值维持定位可用，同时报传感器维修。

Q8：料面自动化投运后怎么验收？看哪些指标？

A：四个核心指标：料线波动幅度较人工期收窄 ≥30%；刺火事件频次下降 ≥40%；料面机械作业期间电极误动作为零；炉顶岗位人员进入高温区频次下降 ≥80%（安全效益指标）。安全指标与工艺指标并重。

Q9：投运过程中最容易出问题的是哪个环节？

A：跳步投运。正确顺序是感知监视（只显示）→ 半自动（建议人工确认）→ 全自动，各阶段不少于两周。感知尚未建立信任就投自动，第一个误动作发生后系统会被永久切回手动，前期投入全部沉没。

Q10：料面控制和电极控制、出炉机器人是什么关系？

A：同一炉况管理体系的三个层面：电极控制管"电怎么调"（本系列第 1、3、4 篇），料面控制管"料怎么布、怎么捣"，出炉机器人管"眼怎么开怎么堵"（本系列第 7 篇）。三者共享炉气温度场等感知基础设施，由统一联锁层协调时序，宜统一设计、分期投运。