一種高爐布料過程料面形狀估計方法及系統技術方案

本發明專利技術提供一種高爐布料過程料面形狀估計方法及系統，該方法包括獲取高爐布料過程參數、爐料參數和布料矩陣；計算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標；計算第一個溜槽傾角下的料面形狀；根據各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個溜槽傾角下的料面形狀和基本料面的料面形狀，依次迭代求出第二個溜槽傾角到布完第n個各溜槽傾角下的料面形狀，得到高爐布料過程料面形狀估計結果。該系統包括采集模塊、橫坐標計算模塊模塊、第一料面形狀計算模塊、料面形狀估計模塊。本發明專利技術為不同布料制度下料面形狀提供計算依據，根據本發明專利技術實現高爐內部料面形狀準確估計，根據爐況實時調整布料制度，改變爐料分布，提高煤氣利用率，使高爐穩定順行。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高爐冶煉自動控制領域，特別涉及一種高爐布料過程料面形狀估計方法及系統。
技術介紹
高爐布料操作是高爐煉鐵四大基本操作制度之一，決定著料面的形狀和高爐內部爐料的層狀分布。直接影響高爐上部的煤氣流分布、煤氣利用率。通過布料制度來調整料面形狀，使高爐內部煤氣流合理分布，增加煤氣的利用率，達到高產高效的效果，對高爐的穩定順行有著深遠的意義。然而，高爐是一個伴隨著高溫高壓的密閉反應器，正常生產中無法直接對高爐內部進行觀察。因而，布料操作中由調節布料矩陣來對料面形狀的調整也無法預知。為此，必須建立準確的數學模型，根據布料矩陣對料面形狀進行估計，指導操作人員進行合理的布料操作。專利公開號CN102732659A揭示了一種高爐布料的料面形狀的控制方法，提供一種以料面形狀為控制對象的高爐布料優化控制系統，通過調節布料矩陣使得料面形狀達到理想的料面形狀，達到高爐布料的優化控制。其對料面形狀的估計采用6點雷達數據，缺陷在于6點雷達數據不能準確估計料面形狀，并且目前大部分高爐仍未安裝多點雷達裝置。
技術實現思路
針對現有技術存在的不足，本專利技術提供一種高爐布料過程料面形狀估計方法及系統。本專利技術的技術方案是：本專利技術提供一種高爐布料過程料面形狀估計方法，包括：步驟1、獲取高爐布料過程參數、爐料參數和布料矩陣；步驟2、計算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標；步驟3、計算第一個溜槽傾角下的料面形狀；步驟4、根據各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個溜槽傾角下的料面形狀和基本料面的料面形狀，依次迭代求出第二個溜槽傾角到布完第n個各溜槽傾角下的料面形狀，求得的最后一個溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計結果。所述高爐布料過程參數包括：爐料批重、中心喉管長度、節流閥開度、組成節流閥的半球形料閥的半徑、爐喉半徑、溜槽長度、溜槽轉速、溜槽傾動距、溜槽摩擦系數、料線深度和爐料通過節流閥的時間。所述爐料參數包括：爐料的平均密度、爐料的內堆角和外堆角。所述布料矩陣包括：溜槽傾角以及每個溜槽傾角所對應的溜槽旋轉圈數。所述步驟2計算各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標，包括：步驟2-1、根據節流閥開度、組成節流閥的半球形料閥的半徑、爐料的批重、爐料的密度、爐料通過節流閥的時間計算爐料離開節流閥的初始速度；步驟2-2、根據爐料離開節流閥的初始速度計算爐料在中心喉管末端的速度；步驟2-3、根據爐料在中心喉管末端的速度計算爐料到達溜槽時的速度；步驟2-4、根據爐料到達溜槽時的速度計算爐料在溜槽末端的速度；步驟2-5、根據爐料在溜槽末端的速度計算當前溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標。所述計算第一個溜槽傾角下的料面形狀，包括：步驟3-1、構建基本料面形狀；步驟3-2、構建料面形狀與基本料面形狀之間的關系即料面形狀函數，料面形狀函數所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；步驟3-3、構建每個溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個溜槽傾角下的布料體積等于該溜槽傾角下料面形狀與上一溜槽傾角下料面形狀間隔的體積積分；步驟3-4、根據第一個溜槽傾角下的布料體積約束條件，計算第一個溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點縱坐標；步驟3-5、根據第一個溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點坐標和料面形狀函數，求解第一個溜槽傾角下的料面形狀。本專利技術還提供一種高爐布料過程料面形狀估計系統，包括：采集模塊，用于獲取高爐布料過程參數、爐料參數和布料矩陣；橫坐標計算模塊模塊，用于計算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標；第一料面形狀計算模塊，用于計算第一個溜槽傾角下的料面形狀；料面形狀估計模塊，用于根據各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個溜槽傾角下的料面形狀和基本料面的料面形狀，依次迭代求出第二個溜槽傾角到布完第n個各溜槽傾角下的料面形狀，求得的最后一個溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計結果。所述橫坐標計算模塊，包括：第一計算模塊，用于根據節流閥開度、組成節流閥的半球形料閥的半徑、爐料的批重、爐料的密度、爐料通過節流閥的時間計算爐料離開節流閥的初始速度；第二計算模塊，用于根據爐料離開節流閥的初始速度計算爐料在中心喉管末端的速度；第三計算模塊，用于根據爐料在中心喉管末端的速度計算爐料到達溜槽時的速度；第四計算模塊，用于根據爐料到達溜槽時的速度計算爐料在溜槽末端的速度；第五計算模塊，用于根據爐料在溜槽末端的速度計算當前溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標。所述第一料面形狀計算模塊，包括：第一構建模塊，用于構建基本料面形狀；第二構建模塊，用于構建料面形狀與基本料面形狀之間的關系即料面形狀函數，料面形狀函數所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；第三構建模塊，用于構建每個溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個溜槽傾角下的布料體積等于該溜槽傾角下料面形狀與上一溜槽傾角下料面形狀間隔的體積積分；縱坐標計算模塊，用于根據第一個溜槽傾角下的布料體積約束條件，計算第一個溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點縱坐標；料面形狀求解模塊，用于根據第一個溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點坐標和料面形狀函數，求解第一個溜槽傾角下的料面形狀。有益效果：本專利技術為不同布料制度下料面形狀提供了計算依據，操作人員可根據本專利技術提供的方法及系統，實現高爐內部料面形狀的準確估計，根據爐況實時調整布料制度，改變爐料的分布。提高煤氣利用率，使高爐穩定順行，高產高效。附圖說明圖1為串罐無鐘高爐布料爐料運動過程示意圖；圖2為本專利技術具體實施方式中基本料面形狀截面圖；圖3為本專利技術具體實施方式中第一個傾角下料面形狀截面圖；圖4為本專利技術具體實施方式中多環布料料面的增長機理截面圖；圖5為本專利技術具體實施方式中多環布料料面形狀估計仿真圖；圖6為本專利技術具體實施方式中高爐布料過程料面形狀估計方法流程圖；圖7為本專利技術具體實施方式中步驟2流程圖；圖8為本專利技術具體實施方式中步驟3流程圖；圖9為本專利技術具體實施方式中高爐布料過程料面形狀估計系統框圖；圖10為本專利技術具體實施方式中高爐布料過程料面形狀估計系統橫坐標計算模塊框圖；圖11為本專利技術具體實施方式中高爐布料過程料面形狀估計系統第一料面形狀計算模塊框圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做詳細說明。針對如圖1所示的2650m3串罐無鐘式高爐，爐料經傳送帶依次到達上料罐、下料罐、中心喉管和旋轉溜槽，最終爐料布向爐喉內部。將爐料運動過程看作質點流，應用牛頓力學進行分析，求出料堆的堆尖點橫坐標。將高爐中心設為坐標原點，初始料面設為水平面。根據爐料的布料矩陣求出最終料面形狀。為保證計算的可行性，對布料過程中爐料的狀態做如下假設：1)爐料在運動過程中體積恒定；2)爐料恰好在溜槽規定圈數內完成布料，即溜槽在每一圈所布爐料體積相等；3)不考慮溜槽的螺線過程，即爐料在爐內沿圓周方向以環狀成中心對稱分布；4)基本料面形狀由兩條線段組成；5)忽略布料過程中爐料的下降；6)忽略爐料顆粒大小不同對料面形狀的影響；本實施方式提供一種高爐布料過程料面形狀估計方法，如圖6所示，包括：步驟1、獲取高爐布料過程參數、爐料參數和布料矩陣；高爐布料過程參數包括：爐料批重M、中心喉管長度H、節流閥開度κ、組成節流閥的半球形料閥的半徑R1、爐喉半徑R、溜槽長度L、溜槽轉速w、溜槽傾動距b、溜槽摩擦系數μ、料線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高爐布料過程料面形狀估計方法，其特征在于，包括：步驟1、獲取高爐布料過程參數、爐料參數和布料矩陣；步驟2、計算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標；步驟3、計算第一個溜槽傾角下的料面形狀；步驟4、根據各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個溜槽傾角下的料面形狀和基本料面的料面形狀，依次迭代求出第二個溜槽傾角到布完第n個各溜槽傾角下的料面形狀，求得的最后一個溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計結果。

【技術特征摘要】
1.一種高爐布料過程料面形狀估計方法，其特征在于，包括：步驟1、獲取高爐布料過程參數、爐料參數和布料矩陣；步驟2、計算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標；步驟3、計算第一個溜槽傾角下的料面形狀；步驟4、根據各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個溜槽傾角下的料面形狀和基本料面的料面形狀，依次迭代求出第二個溜槽傾角到布完第n個各溜槽傾角下的料面形狀，求得的最后一個溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計結果。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高爐布料過程參數包括：爐料批重、中心喉管長度、節流閥開度、組成節流閥的半球形料閥的半徑、爐喉半徑、溜槽長度、溜槽轉速、溜槽傾動距、溜槽摩擦系數、料線深度和爐料通過節流閥的時間。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述爐料參數包括：爐料的平均密度、爐料的內堆角和外堆角。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述布料矩陣包括：溜槽傾角以及每個溜槽傾角所對應的溜槽旋轉圈數。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2計算各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標，包括：步驟2-1、根據節流閥開度、組成節流閥的半球形料閥的半徑、爐料的批重、爐料的密度、爐料通過節流閥的時間計算爐料離開節流閥的初始速度；步驟2-2、根據爐料離開節流閥的初始速度計算爐料在中心喉管末端的速度；步驟2-3、根據爐料在中心喉管末端的速度計算爐料到達溜槽時的速度；步驟2-4、根據爐料到達溜槽時的速度計算爐料在溜槽末端的速度；步驟2-5、根據爐料在溜槽末端的速度計算當前溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點橫坐標。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3計算第一個溜槽傾角下的料面形狀，包括：步驟3-1、構建基本料面形狀；步驟3-2、構建料面形狀與基本料面形狀之間的關系即料面形狀函數，料面形狀函數所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；步驟3-3、構建每個溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個溜槽傾角下的布料體積等于該溜槽傾角下料面形狀與上一溜槽傾角下料面形狀間隔的體積積分；步驟3-4、根據第一個溜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周平，尤磊，劉記平，王宏，柴天佑，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21