專利名稱：基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法
技術領域：
本發(fā)明的高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法屬于高爐煉鐵自動化控制領域。
背景技術：
煉鐵領域占整個冶金行業(yè)總能耗的70%，是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要領域。實現(xiàn)煉鐵領域節(jié)能減排的一個關鍵因素是保障高爐爐內煤氣流的合理分布。爐頂布料又是調節(jié)煤氣流分布的重要手段。無料鐘爐頂布料方式有單環(huán)布料、多環(huán)布料、扇形布料和定點布料等四種。扇形布料和定點布料屬于在特殊情況下進行手動調節(jié)的布料方式。由于多環(huán)布料相對單環(huán)布料而言，調節(jié)手段豐富，更能充分發(fā)揮無鐘爐頂布料的優(yōu)越性，所以多環(huán)布料得到了越來越廣泛的應用。然而，到目前為止，針對當前的煤氣流分布，如何選擇多環(huán)布料中的調節(jié)手段(環(huán)數(shù)、溜槽傾角和布料圈數(shù)等)，即如何設置布料矩陣，一直都沒有一個理論上較為嚴謹?shù)倪x擇方案。為了提高煤氣利用率、降低焦比并實現(xiàn)爐況長期穩(wěn)定，重慶鋼鐵集團有限責任公司申請了專利《高爐溜槽多環(huán)布料方法》(CN101250602A)和《高爐無鐘爐頂布料方法》 (CN101285108A)。從這些專利中可以看出，在布料方式選擇上，通常是根據爐長經驗結合布料模型分析，進行布料矩陣選擇的。事實上，目前我國高爐布料控制中，普遍都是采用依據現(xiàn)場數(shù)據、爐長經驗及基于經驗建立的專家系統(tǒng)，進行布料操作的方式。值得肯定的是，專家系統(tǒng)的使用在提高煤氣利用率、降低焦比、避免高爐故障和保障正常生產等方面，起到了非常重要的作用。然而，使用這種方法進行布料操作，是不可能根據當前的煤氣流分布信息進行實時反饋調節(jié)布料矩陣的。也就是說，高爐通常會長期采用同一個布料矩陣進行布料操作，只有當現(xiàn)場數(shù)據表明高爐煤氣流分布趨于惡化時，爐長才會根據自身經驗或專家系統(tǒng)進行調節(jié)。這意味著，高爐煤氣流分布并不始終處于合理的狀態(tài)，而是處于“合理——惡化——合理”的反復狀態(tài)。因此，有必要設計一套高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，根據當前煤氣流分布實時調節(jié)布料矩陣，使高爐煤氣流分布始終處于合理，進一步提高煤氣利用率和降低焦比，最終實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在多點雷達數(shù)據的基礎上提供一套高爐布料閉環(huán)控制系統(tǒng)設計方法，保障煤氣流分布始終處于當前最佳的狀態(tài)，實現(xiàn)爐況長期穩(wěn)定順行、提高煤氣利用率、降低焦炭以及節(jié)能減排的目的。該設計方法可與多點雷達和布料執(zhí)行機構相連，構成無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的具體方案如下基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，包含如下步驟(1)基于雷達數(shù)據和布料模型準確估計料面形狀；(2)建立準確反映實際煤氣流分布的礦焦比分布數(shù)學模型；
(3)建立期望礦焦比分布數(shù)學模型；(4)根據期望礦焦比分布曲線，計算下次布料應達到的期望礦石料面形狀和焦炭料面形狀，然后依據布料矩陣設置策略，得到下次布料應達到的礦石布料矩陣和焦炭布料矩陣。進一步的，所述技術方案中，所述步驟(1)中，同時利用布料模型和雷達數(shù)據，及多項式曲線擬合f (x) = apx^ap^x^1+. . . +aj+a。估計料面形狀；然后利用雷達數(shù)據和料面下降曲線修正模型g(x) = P2(g(x) + plx + Yl) + r2對料面形狀進行修正，使得估計所得料面形狀在滿足布料規(guī)律和料面下降規(guī)律的同時盡可能與雷達數(shù)據吻合，進而達到提高料面形狀估計準確性的目的。進一步的，所述技術方案中，其特征在于從與煤氣流分布吻合程度出發(fā)，構建符合實際的礦焦比分布數(shù)學模型
ν- η (x) — SN-m-\ (x)
i
=0 OICn(X) = YjA1
OI N
Sn-tu ( x) - Ν- Η ( χ)式中，=1，I(X)和^x)分別表示料柱最上面的礦石擬合料面曲線和擬
合焦炭料面曲線，K—表示最上層考慮料面下降后的焦炭料面曲線。進一步的，所述技術方案中，其特征在于建立期望礦焦比數(shù)學模型
權利要求
1.基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，包含如下步驟1.1基于雷達數(shù)據和布料模型準確估計料面形狀；1. 2建立準確反映實際煤氣流分布的礦焦比分布數(shù)學模型；1.3建立期望礦焦比分布數(shù)學模型；1.4根據期望礦焦比分布曲線，計算下次布料應達到的期望礦石料面形狀和焦炭料面形狀，然后依據布料矩陣設置策略，得到下次布料應達到的礦石布料矩陣和焦炭布料矩陣。
2.根據權利1所述的基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于所述步驟11中，同時利用布料模型和雷達數(shù)據，及多項式曲線擬合f (χ) = apxp+ap_1xp . . +a^+ao估計料面形狀；然后利用雷達數(shù)據和料面下降曲線修正模型 Pl^ix) + Pix+Yl) + 2對料面形狀進行修正，使得估計所得料面形狀在滿足布料規(guī)律和料面下降規(guī)律的同時盡可能與雷達數(shù)據吻合，進而達到提高料面形狀估計準確性的目的。
3.根據權利1所述的基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于從與煤氣流分布吻合程度出發(fā)，構建符合實際的礦焦比分布數(shù)學模型式中，Σ 。Λ =1，I(X)和I(X)分別表示料柱最上面的礦石擬合料面曲線和擬合焦炭料面曲線，gN (X)表示最上層考慮料面下降后的焦炭料面曲線。
4.根據權利1所述的基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于建立期望礦焦比數(shù)學模型w-δ, χ e [O,T1) OI N" (χ) = < ζσ, xe [C2) w jT δ, χ e [r2,R]式中Wd1)表示爐心敞開區(qū)，[r2，R]表示邊緣抑制區(qū)，C7表示大部分截面上最大程度利用煤氣時的礦焦比，S表示敞開中心煤氣和抑制邊緣煤氣的程度。
5.根據權利1所述的基于多點雷達數(shù)據的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于，所述步驟1. 4具體步驟如下根據礦焦比數(shù)學模型和期望礦焦比數(shù)學模型，我們可計算出下次布料期望達到的礦石料面曲線和焦炭料面曲線，然后，根據實際情況，設置下次布料應采取的礦石布料矩陣和焦炭布料矩陣；注意到一個布料矩陣由布料圈數(shù)、環(huán)數(shù)、溜槽傾角三個部分組成，我們的步驟是a)令礦石布料矩陣的環(huán)數(shù)，等于期望礦石料面(X)的堆尖的個數(shù)k；b)設/^1(X)的堆尖位置坐標為，然后用堆尖計算公式反推出堆尖叫對應的溜槽傾角Φ ；c)利用布料模型計算料面曲線的方法，反推出每個溜槽傾角Φ應的布料圈數(shù)Cii ；d)得到下次應采取的礦石布料矩陣O、e)基于同樣的方法，可到下次應采用的焦炭布料矩陣。
全文摘要
一種根據多點雷達測量所得無料鐘高爐料面數(shù)據，計算爐料分布和礦焦比分布，自動改變布料矩陣的無料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法。其特點在于利用多點雷達數(shù)據和布料模型準確估計料面形狀；建立礦焦比分布數(shù)學模型，以便可以利用礦焦比分布代替煤氣流分布；建立期望礦焦比分布數(shù)學模型，以便根據爐況信息設置期望礦焦比分布；在基于雷達數(shù)據開發(fā)的布料模型上，設置最優(yōu)的布料矩陣，以使下次布料后形成的礦焦比分布達到期望；最后，實現(xiàn)閉環(huán)控制及煤氣流分布始終合理的目的。
文檔編號C21B5/00GK102181592SQ20111012552
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權日2011年5月16日
發(fā)明者尹怡欣, 祝喬, 陳先中 申請人:北京科技大學