本發(fā)明涉及高爐操作技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于定點(diǎn)雷達(dá)的高爐下部風(fēng)口工作狀況評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高爐作為一種巨大的煉鐵生產(chǎn)反應(yīng)器，具有體積巨大、反應(yīng)過程復(fù)雜等特點(diǎn)。高爐生產(chǎn)過程從上部裝入爐料，從下部鼓入熱風(fēng)，高爐下部鼓入熱風(fēng)后，熱風(fēng)中的O2會(huì)和焦炭中的C發(fā)生劇烈燃燒，生成CO氣體，同時(shí)放出大量的熱量，使得風(fēng)口區(qū)域溫度達(dá)到2150～2400℃，熱量加熱空氣中帶入的N2，CO和N2共同構(gòu)成高溫高爐煤氣，這些煤氣從高爐下部逐漸上升到高爐上部，高爐熱煤氣在上升過程中一方面加熱爐料，另一方面還原礦石。高爐下部鼓風(fēng)速度達(dá)到200m/s以上，如此高速的大量熱空氣鼓入高爐下部，熱空氣中的O2和焦炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，產(chǎn)生的煤氣會(huì)在風(fēng)口附近發(fā)生旋轉(zhuǎn)、在風(fēng)口區(qū)域制造出一個(gè)焦炭相對(duì)活躍的空間，這個(gè)空間一般被稱為高爐風(fēng)口回旋區(qū)，回旋區(qū)具有一定橄欖形狀?；匦齾^(qū)的深度是一個(gè)重要的控制性指標(biāo)，該深度的大小、變化會(huì)直接影響高爐煤氣的初始分布，從而影響上升煤氣流的速度分布、熱量分布，影響高爐內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，從而決定高爐的還原效率及高爐運(yùn)行質(zhì)量。所以高爐工作者密切關(guān)注高爐風(fēng)口回旋區(qū)的控制。
《煉鐵》1991.3(43).43～45.公開了題目為控制風(fēng)口理論燃燒溫度的生產(chǎn)實(shí)踐的文章，該文章提出了一種利用風(fēng)口前理論燃燒溫度評(píng)價(jià)風(fēng)口區(qū)工作狀況的方法。該方法是利用熱量平衡理論計(jì)算風(fēng)口前燃燒的煤氣的理論燃燒溫度來評(píng)價(jià)風(fēng)口前的熱量輸入狀況，該指標(biāo)目前只是一種離線計(jì)算模式，該方法不能計(jì)算風(fēng)口區(qū)的長(zhǎng)度，而風(fēng)口區(qū)的長(zhǎng)度和焦炭的熱強(qiáng)度、爐渣特性、焦炭粒度、風(fēng)口進(jìn)風(fēng)面積、風(fēng)口安裝角度等都有關(guān)系，理論燃燒溫度并不能反應(yīng)出這些因素對(duì)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的影響。
上世紀(jì)七、八十年代武鋼煉鐵廠使用一種直接測(cè)量風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的方法。該方法是在高爐正常操作過程中，通過減風(fēng)降壓，人工打開風(fēng)口小蓋，利用鋼釬直接測(cè)量風(fēng)口區(qū)的長(zhǎng)度，該測(cè)量方法測(cè)量的風(fēng)口的回旋區(qū)長(zhǎng)度并不能代表實(shí)際狀況，因?yàn)榇藭r(shí)為配合測(cè)量高爐已經(jīng)減少鼓風(fēng)、降低壓力。這種方法對(duì)于小高爐、低頂壓的情況可以一試，對(duì)于內(nèi)容積2000m3以上，頂壓0.2MPa以上的大型高爐，靠打開風(fēng)口小蓋進(jìn)行回旋區(qū)測(cè)量危險(xiǎn)性很大。
文獻(xiàn)“HideYuki AOKI.Hiroshi NOGAMl.Hideo TSUGE.Takatoshi MIURAand Takeshi FURUKAWA,Simulation of Transport Phenomena around the RacewayZone in the Blast Furnace with and without Pulverized Coal Injection,ISIJ International,Vol.33(1993),No.6,pp.646～654”，提供了一種利用理論模型計(jì)算回旋區(qū)深度的方法。該方法在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了一種利用下部鼓風(fēng)參數(shù)估算回旋區(qū)深度、形狀的方法，計(jì)算過程中用到了風(fēng)量、風(fēng)溫、噴煤量等參數(shù)，但該公式畢竟只是近似計(jì)算，公式中很多參數(shù)都是一種近似，故計(jì)算的準(zhǔn)確性難以驗(yàn)證，在原燃料劇烈波動(dòng)及爐況發(fā)生大波動(dòng)時(shí)，和實(shí)際狀況差別很大。
文獻(xiàn)“Yoshiyuki MATSUI.Yasuhiro YAMAGUCHI.Muneyoshi SAWAYAMA,Analyses on Blast Furnace Raceway Formation by Micro Wave Reflection Gunned through Tuyere,ISIJ International,Vol.45(2005),No.10,pp.1432-1438”，公開了一種利用定點(diǎn)雷達(dá)對(duì)回旋區(qū)深度進(jìn)行測(cè)量的方法。該方法只是提供了一種測(cè)量原理，及一種測(cè)量試驗(yàn)，測(cè)到了回旋區(qū)深度，但這只是一種回旋區(qū)深度的測(cè)量方法，并沒有提供一種使用回旋區(qū)深度來評(píng)估高爐風(fēng)口區(qū)工作狀況，并進(jìn)而調(diào)劑高爐下部煤氣分布的方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于定點(diǎn)雷達(dá)的高爐下部風(fēng)口工作狀況評(píng)估方法，該方法利用定點(diǎn)雷達(dá)直接測(cè)量高爐下部風(fēng)口的深度，同時(shí)利用模式識(shí)別技術(shù)評(píng)估一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的變化特征，通過渣鐵排放、相關(guān)鼓風(fēng)參數(shù)的控制等措施實(shí)現(xiàn)高爐運(yùn)行的穩(wěn)定。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于定點(diǎn)雷達(dá)的高爐下部風(fēng)口工作狀況評(píng)估方法，包括以下步驟：
一種基于定點(diǎn)雷達(dá)的高爐下部風(fēng)口工作狀況評(píng)估方法，其特征在于：包括以下步驟：
1)、風(fēng)口回旋區(qū)深度探測(cè)單元：通過高爐下部風(fēng)口安裝的定點(diǎn)雷達(dá)定期探測(cè)風(fēng)口回旋區(qū)深度，并將探測(cè)的深度數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中；
2)、風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本制作單元：將所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中探測(cè)的深度數(shù)據(jù)按照探測(cè)時(shí)間段進(jìn)行分類，將分類后的深度數(shù)據(jù)構(gòu)建成風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本，風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本即可作為風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本；
3)、風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫構(gòu)建單元：對(duì)所述步驟2)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本采用模式識(shí)別識(shí)別出若干樣本作為標(biāo)準(zhǔn)樣本，將標(biāo)準(zhǔn)樣本構(gòu)建成風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫并保存到Oracle數(shù)據(jù)庫中；
4)、評(píng)估風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫：實(shí)時(shí)檢測(cè)高爐內(nèi)爐缸中焦炭熱強(qiáng)度、爐渣堿度和爐缸上層中心的電偶溫度，將焦炭熱強(qiáng)度數(shù)據(jù)、爐渣堿度數(shù)據(jù)和爐缸上層中心的電偶溫度數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)變量，分別對(duì)所述步驟3)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫進(jìn)行評(píng)估，找出不同條件下最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本，將這些最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本作為風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的控制目標(biāo)；
5)、評(píng)估高爐風(fēng)口工作狀況：利用實(shí)時(shí)采集的一個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)和所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中時(shí)間連續(xù)的若干個(gè)樣本構(gòu)成一個(gè)評(píng)估樣本，將所述評(píng)估樣本與所述步驟3)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫中的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行匹配，評(píng)估當(dāng)前高爐風(fēng)口工作狀況是否正常，即當(dāng)前高爐風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度是否為所述步驟4)中的最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度；若正常和/或高爐外圍條件劣化不具備優(yōu)化操作的條件，則維持正常高爐下部調(diào)劑參數(shù)；若不正常，則根據(jù)風(fēng)口回旋區(qū)特點(diǎn)和爐缸狀況，采取高爐下部調(diào)劑措施。
作為優(yōu)選，所述步驟1)的具體過程為：在高爐下部風(fēng)口安裝定點(diǎn)雷達(dá)，每15min探測(cè)一個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)，連續(xù)監(jiān)測(cè)180天，共可獲得17280個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)，并將探測(cè)深度數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中。
作為優(yōu)選，所述步驟2)的具體過程為：將所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，將每2h的8個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本，180天共可獲取2160個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本，所述的2160個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本構(gòu)建成風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本。
作為優(yōu)選，所述步驟3)的具體過程為：對(duì)所述步驟2)的2160個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本進(jìn)行模式識(shí)別，識(shí)別出10～20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣本并構(gòu)建風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫，將所述風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫保存在Oracle數(shù)據(jù)庫中。
作為優(yōu)選，所述步驟5)中的高爐下部調(diào)劑措施為：所述步驟5)中的高爐下部調(diào)劑措施為：通過DCS系統(tǒng)，根據(jù)工藝操作規(guī)程調(diào)整鼓風(fēng)參數(shù)；改善高爐下部煤氣流的初始分布，風(fēng)速控制在240～270m/s，理論燃燒溫度控制在2150～2380℃之間變化；控制高爐下部氣流分布，高爐下部氣流分布不可直接測(cè)量，用鼓風(fēng)參數(shù)的變化、風(fēng)速、理論燃燒溫度的變化來表征。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明的評(píng)估方法一方面能夠在線直接測(cè)量風(fēng)口回旋區(qū)深度，另一方面能夠?qū)y(cè)量結(jié)果和高爐運(yùn)行狀況聯(lián)系起來，借助于高爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定出合適的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度，再進(jìn)一步地通過控制渣鐵排放、相關(guān)鼓風(fēng)參數(shù)等措施實(shí)現(xiàn)高爐運(yùn)行的穩(wěn)定。彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度和評(píng)估高爐運(yùn)行狀況目的的缺陷。
附圖說明
圖1為本發(fā)明評(píng)估方法的運(yùn)行原理圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例公開了一種基于定點(diǎn)雷達(dá)的高爐下部風(fēng)口工作狀況評(píng)估方法，該評(píng)估方法實(shí)施于內(nèi)容積為3200m3的高爐，包括以下步驟：
1)、風(fēng)口回旋區(qū)深度探測(cè)單元：在高爐下部風(fēng)口安裝定點(diǎn)雷達(dá)，實(shí)時(shí)探測(cè)風(fēng)口回旋區(qū)深度，并將探測(cè)數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中；
作為本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)選，在高爐下部風(fēng)口安裝定點(diǎn)雷達(dá)，該定點(diǎn)雷達(dá)用來測(cè)距，每15min探測(cè)一個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)，受高爐內(nèi)部溫度場(chǎng)分布的影響，風(fēng)口回旋區(qū)深度在不斷變化，因此連續(xù)監(jiān)測(cè)180天，共可獲得17280個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度的數(shù)據(jù)，并將探測(cè)數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中。
2)、風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本制作單元：將所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中探測(cè)的深度數(shù)據(jù)按照探測(cè)時(shí)間段進(jìn)行分類，將分類后的深度數(shù)據(jù)構(gòu)建成風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本，風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本即可作為風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本；
所述步驟2)的具體過程為：將所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中探測(cè)的深度數(shù)據(jù)按照探測(cè)時(shí)間段進(jìn)行分類，將每2h的8個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本，180天共可獲取2160個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本，所述的2160個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本構(gòu)建成風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本。
3)、風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫構(gòu)建單元：對(duì)所述步驟2)的風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本進(jìn)行模式識(shí)別，識(shí)別出標(biāo)準(zhǔn)樣本并構(gòu)建風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫，將所述風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫保存在Oracle數(shù)據(jù)庫中；
其中模式識(shí)別技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動(dòng)處理和判讀，利用模式識(shí)別技術(shù)具有學(xué)習(xí)與維護(hù)能力強(qiáng)、操作方便、分布式與協(xié)同化程度高、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)客觀、集成性能好、知識(shí)庫豐富、并能及時(shí)更新的特點(diǎn)。
Oracle數(shù)據(jù)庫是甲骨文公司的一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前世界上流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)，適用于各類大、中、小、微機(jī)環(huán)境。它是一種高效率、可靠性好的適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫解決方案。
Oracle數(shù)據(jù)庫與所述步驟1)的數(shù)據(jù)庫屬于不同種數(shù)據(jù)庫。
因此，所述步驟3)的具體過程為：對(duì)所述步驟2)的2160個(gè)風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本進(jìn)行模式識(shí)別，識(shí)別出10～20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣本并構(gòu)建風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫，將所述風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫保存在Oracle數(shù)據(jù)庫中。
4)、評(píng)估風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫：實(shí)時(shí)檢測(cè)高爐內(nèi)爐缸中焦炭熱強(qiáng)度、爐渣堿度和爐缸上層中心的電偶溫度，將焦炭熱強(qiáng)度數(shù)據(jù)、爐渣堿度數(shù)據(jù)和爐缸上層中心的電偶溫度數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)變量，分別對(duì)所述步驟3)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫進(jìn)行評(píng)估，找出不同條件下最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本，將這些最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本作為風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的控制目標(biāo)；
由于，煉鐵過程中的高爐熱煤氣將上部爐料加熱還原成液態(tài)鐵渣，鐵渣下降存儲(chǔ)在高爐下部風(fēng)口下端的爐缸中，爐缸中的焦炭熱強(qiáng)度、爐渣堿度及爐缸上層中心的電偶溫度(優(yōu)選爐缸最上層中心的電偶溫度，該處溫度最能反映高爐內(nèi)爐溫)與風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度相關(guān)，因此可以通過實(shí)時(shí)檢測(cè)并備存在數(shù)據(jù)庫中的焦炭熱強(qiáng)度數(shù)據(jù)、爐渣堿度數(shù)據(jù)及爐缸上層中心的電偶溫度數(shù)據(jù)，作為標(biāo)準(zhǔn)變量，來評(píng)價(jià)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫中最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本，并將這些樣本作為一定條件下的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度控制目標(biāo)。
5)、評(píng)估高爐風(fēng)口工作狀況：利用實(shí)時(shí)采集的一個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)和所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中時(shí)間連續(xù)的若干個(gè)樣本構(gòu)成一個(gè)評(píng)估樣本，將所述評(píng)估樣本與所述步驟3)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫中的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行匹配，評(píng)估當(dāng)前高爐風(fēng)口工作狀況是否正常，即當(dāng)前高爐風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度是否為所述步驟4)中的最優(yōu)的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度；若正常和/或高爐外圍條件劣化不具備優(yōu)化操作的條件，則維持正常高爐下部調(diào)劑參數(shù)；若不正常，則根據(jù)風(fēng)口回旋區(qū)特點(diǎn)和爐缸狀況，采取高爐下部調(diào)劑措施。
所述步驟5)的具體過程為：利用所述步驟2)實(shí)時(shí)更新的1個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)，和已經(jīng)記錄在所述步驟1)數(shù)據(jù)庫中的時(shí)間連續(xù)7個(gè)風(fēng)口回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)評(píng)估樣本，再將所述評(píng)估樣本與所述步驟3)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度樣本案例庫中的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行匹配，評(píng)估當(dāng)前高爐風(fēng)口工作狀況是否正常。
若爐況正常或外圍條件劣化不具備優(yōu)化操作的條件，則維持高爐下部調(diào)劑參數(shù)，繼續(xù)保持高爐的運(yùn)行；
若爐況不正常，根據(jù)風(fēng)口回旋區(qū)特點(diǎn)和爐缸狀況，采取高爐下部調(diào)劑措施，且通過DCS系統(tǒng)(又稱為集散控制系統(tǒng)，它采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想，采用多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。)調(diào)整鼓風(fēng)參數(shù)：鼓風(fēng)參數(shù)：風(fēng)量，風(fēng)壓，加濕量，富氧量，噴煤量，風(fēng)溫；參數(shù)調(diào)整視爐況進(jìn)行，有工藝操作規(guī)程可供參考；改善高爐下部煤氣流的初始分布：主要是改善風(fēng)速和理論燃燒溫度，一般風(fēng)速在240-270m/s，理論燃燒溫度在2150-2380℃之間變化，具體變化參考規(guī)程要求；控制高爐下部氣流分布：下部氣流分布不可直接測(cè)量，一般用鼓風(fēng)參數(shù)的變化，及風(fēng)速，理論燃燒溫度的變化來表征。
結(jié)合圖1和實(shí)施例可知，本發(fā)明的評(píng)估方法通過定點(diǎn)雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)口回旋區(qū)深度，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的測(cè)量數(shù)據(jù)按照探測(cè)時(shí)間段進(jìn)行分類，構(gòu)建風(fēng)口工作狀況評(píng)估樣本和樣本案例庫；同時(shí)利用實(shí)時(shí)采集的風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行匹配，評(píng)估一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的變化特征，再進(jìn)一步地和高爐爐況比對(duì)，找出風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度的合適控制范圍，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)高爐下部風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)壓、加濕、富氧量、噴煤量等參數(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)控制高爐下部的氣流初始分布的目的。
以上實(shí)施例僅為最佳舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。