一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法及系統(tǒng)，該方法包括獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣；計(jì)算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)；計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀；根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第n個(gè)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(jì)結(jié)果。該系統(tǒng)包括采集模塊、橫坐標(biāo)計(jì)算模塊模塊、第一料面形狀計(jì)算模塊、料面形狀估計(jì)模塊。本發(fā)明為不同布料制度下料面形狀提供計(jì)算依據(jù)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高爐內(nèi)部料面形狀準(zhǔn)確估計(jì)，根據(jù)爐況實(shí)時(shí)調(diào)整布料制度，改變爐料分布，提高煤氣利用率，使高爐穩(wěn)定順行。
【專利說明】
-種高妒布料過程料面形狀估計(jì)方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高爐冶煉自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別設(shè)及一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 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(nèi)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(diào)整料面 形狀，使高爐內(nèi)部煤氣流合理分布，增加煤氣的利用率，達(dá)到高產(chǎn)高效的效果，對(duì)高爐的穩(wěn) 定順行有著深遠(yuǎn)的意義。然而，高爐是一個(gè)伴隨著高溫高壓的密閉反應(yīng)器，正常生產(chǎn)中無法 直接對(duì)高爐內(nèi)部進(jìn)行觀察。因而，布料操作中由調(diào)節(jié)布料矩陣來對(duì)料面形狀的調(diào)整也無法 預(yù)知。為此，必須建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)布料矩陣對(duì)料面形狀進(jìn)行估計(jì)，指導(dǎo)操作人員 進(jìn)行合理的布料操作。
[0003] 專利公開號(hào)CN102732659A掲示了一種高爐布料的料面形狀的控制方法，提供一種 W料面形狀為控制對(duì)象的高爐布料優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)布料矩陣使得料面形狀達(dá)到理 想的料面形狀，達(dá)到高爐布料的優(yōu)化控制。其對(duì)料面形狀的估計(jì)采用6點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)，缺陷在 于6點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確估計(jì)料面形狀，并且目前大部分高爐仍未安裝多點(diǎn)雷達(dá)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法及系 統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明提供一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法，包括：
[0007] 步驟1、獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣；
[000引步驟2、計(jì)算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)；
[0009] 步驟3、計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀；
[0010] 步驟4、根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)各溜槽傾角下的料面形 狀，求得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計(jì)結(jié)果。
[0011] 所述高爐布料過程參數(shù)包括:爐料批重、中屯、喉管長度、節(jié)流閥開度、組成節(jié)流閥 的半球形料閥的半徑、爐喉半徑、溜槽長度、溜槽轉(zhuǎn)速、溜槽傾動(dòng)距、溜槽摩擦系數(shù)、料線深 度和爐料通過節(jié)流閥的時(shí)間。
[0012] 所述爐料參數(shù)包括:爐料的平均密度、爐料的內(nèi)堆角和外堆角。
[0013] 所述布料矩陣包括:溜槽傾角W及每個(gè)溜槽傾角所對(duì)應(yīng)的溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。
[0014] 所述步驟2計(jì)算各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)，包括：
[0015] 步驟2-1、根據(jù)節(jié)流閥開度、組成節(jié)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(jié)流閥的時(shí)間計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度；
[0016] 步驟2-2、根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中屯、喉管末端的速度；
[0017] 步驟2-3、根據(jù)爐料在中屯、喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度；
[0018] 步驟2-4、根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度；
[0019] 步驟2-5、根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算當(dāng)前溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆 堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)。
[0020] 所述計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，包括：
[0021] 步驟3-1、構(gòu)建基本料面形狀；
[0022] 步驟3-2、構(gòu)建料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù)，料面形狀函 數(shù)所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；
[0023] 步驟3-3、構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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；
[0024] 步驟3-4、根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下爐 料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)；
[0025] 步驟3-5、根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料面形狀函數(shù)，求 解第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[00%]本發(fā)明還提供一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)系統(tǒng)，包括：
[0027] 采集模塊，用于獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣；
[0028] 橫坐標(biāo)計(jì)算模塊模塊，用于計(jì)算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)；
[0029] 第一料面形狀計(jì)算模塊，用于計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀；
[0030] 料面形狀估計(jì)模塊，用于根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)各溜 槽傾角下的料面形狀，求得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀 估計(jì)結(jié)果。
[0031 ]所述橫坐標(biāo)計(jì)算模塊，包括：
[0032] 第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)節(jié)流閥開度、組成節(jié)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(jié)流閥的時(shí)間計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度；
[0033] 第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中屯、喉管末端的 速度；
[0034] 第Ξ計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料在中屯、喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速 度；
[0035] 第四計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度；
[0036] 第五計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算當(dāng)前溜槽傾角檔位下爐料所 形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)。
[0037] 所述第一料面形狀計(jì)算模塊，包括：
[0038] 第一構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建基本料面形狀；
[0039] 第二構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù)， 料面形狀函數(shù)所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；
[0040] 第Ξ構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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；
[0041] 縱坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，計(jì)算第一個(gè) 溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)；
[0042] 料面形狀求解模塊，用于根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料 面形狀函數(shù)，求解第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[0043] 有益效果：
[0044] 本發(fā)明為不同布料制度下料面形狀提供了計(jì)算依據(jù)，操作人員可根據(jù)本發(fā)明提供 的方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高爐內(nèi)部料面形狀的準(zhǔn)確估計(jì)，根據(jù)爐況實(shí)時(shí)調(diào)整布料制度，改變爐料 的分布。提高煤氣利用率，使高爐穩(wěn)定順行，高產(chǎn)高效。
【附圖說明】
[0045] 圖1為串罐無鐘高爐布料爐料運(yùn)動(dòng)過程示意圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中基本料面形狀截面圖；
[0047] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中第一個(gè)傾角下料面形狀截面圖；
[0048] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中多環(huán)布料料面的增長機(jī)理截面圖；
[0049] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中多環(huán)布料料面形狀估計(jì)仿真圖；
[0050] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法流程圖；
[0051 ]圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中步驟2流程圖；
[0052] 圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中步驟3流程圖；
[0053] 圖9為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中高爐布料過程料面形狀估計(jì)系統(tǒng)框圖；
[0054] 圖10為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中高爐布料過程料面形狀估計(jì)系統(tǒng)橫坐標(biāo)計(jì)算模塊 框圖；
[0055] 圖11為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中高爐布料過程料面形狀估計(jì)系統(tǒng)第一料面形狀計(jì) 算模塊框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0057] 針對(duì)如圖1所示的2650m3串罐無鐘式高爐，爐料經(jīng)傳送帶依次到達(dá)上料罐、下料 罐、中屯、喉管和旋轉(zhuǎn)溜槽，最終爐料布向爐喉內(nèi)部。將爐料運(yùn)動(dòng)過程看作質(zhì)點(diǎn)流，應(yīng)用牛頓 力學(xué)進(jìn)行分析，求出料堆的堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)。將高爐中屯、設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，初始料面設(shè)為水平 面。根據(jù)爐料的布料矩陣求出最終料面形狀。
[005引為保證計(jì)算的可行性，對(duì)布料過程中爐料的狀態(tài)做如下假設(shè)：
[0059] 1)爐料在運(yùn)動(dòng)過程中體積恒定；
[0060] 2)爐料恰好在溜槽規(guī)定圈數(shù)內(nèi)完成布料，即溜槽在每一圈所布爐料體積相等；
[0061] 3)不考慮溜槽的螺線過程，即爐料在爐內(nèi)沿圓周方向W環(huán)狀成中屯、對(duì)稱分布；
[0062] 4)基本料面形狀由兩條線段組成；
[0063] 5)忽略布料過程中爐料的下降；
[0064] 6)忽略爐料顆粒大小不同對(duì)料面形狀的影響；
[0065] 本實(shí)施方式提供一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法，如圖6所示，包括：
[0066] 步驟1、獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣；
[0067]高爐布料過程參數(shù)包括:爐料批重Μ、中屯、喉管長度Η、節(jié)流閥開度κ、組成節(jié)流閥的 半球形料閥的半徑Rl、爐喉半徑R、溜槽長度L、溜槽轉(zhuǎn)速W、溜槽傾動(dòng)距b、溜槽摩擦系數(shù)μ、料 線深度ho和爐料通過節(jié)流閥的時(shí)間Τ。
[006引爐料參數(shù)包括:爐料的平均密度P、爐料的內(nèi)堆角巧"和外堆角做Γ。
[0069] 布料矩陣包括:溜槽傾角日=[日1，日2,...，日i，...日n]，10°《日i《45° W及每個(gè)溜槽傾 角所對(duì)應(yīng)的溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)m=[mi，m2,. . .，mi，. . .mn]。
[0070] 步驟2、計(jì)算各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)；
[0071 ] 具體步驟如圖7所示，包括：
[0072] 步驟2-1根據(jù)節(jié)流閥開度K、組成節(jié)流閥的半球形料閥的半徑Ri、爐料的批重M、爐 料的密度P、爐料通過節(jié)流閥的時(shí)間T計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度V0;
[0075] 式中，So為節(jié)流閥橫截面積。
[0076] 步驟2-2、根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度V0計(jì)算爐料在中屯、喉管末端的速度VI;
[0077] 爐料經(jīng)過中屯、喉管可W近似看成爐料做自由落體運(yùn)動(dòng)，只受重力作用，下落高度 為中屯、喉管長度H，滿足如下關(guān)系：
[007引
戌
[0079] 式中，g = 9.8m/s2為重力加速度。
[0080] 步驟2-3、根據(jù)爐料在中屯、喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度V2;
[0081 ]爐料在與溜槽撞擊的過程中速度將有損失，且方向?qū)l(fā)生變化，滿足如下關(guān)系： [0082] V2 = k cosavi (4)
[0083 ] 式中，k為爐料碰撞速度衰減系數(shù)，k = 0.8。
[0084] 步驟2-4、根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度V3;
[0085] 爐料在溜槽上運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別受到自身重力、溜槽的支持力、摩擦力、科氏力W及由 溜槽旋轉(zhuǎn)引起的離屯、力，將運(yùn)些力進(jìn)行分解，爐料將沿溜槽方向做加速運(yùn)動(dòng)，滿足如下關(guān) 系：
[0086]
餘
[0087] 步驟2-5、根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算當(dāng)前溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆 堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)Xn。
[0088] 爐料離開溜槽后受重力和上升煤氣的拽力作用，在空區(qū)中做斜拋運(yùn)動(dòng)，由于煤氣 的拽力較小可忽略不記。故可近似認(rèn)為爐料只受到重力。由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得到料堆堆尖點(diǎn)橫 坐標(biāo)為：
[0089]
(6)
[0090] 步驟3、計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀；
[0091] 具體步驟如圖8所示，包括：
[0092] 步驟3-1、構(gòu)建基本料面形狀；
[0093] 如圖2所示，爐料在爐喉中的料面形狀的截面輪廓可近似看作由直線CB、CA組成， 爐料的內(nèi)外堆角為運(yùn)兩條直線與水平面的夾角。構(gòu)建基本料面形狀的函數(shù)為：
[0094]
彷）
[0095] 式中，m=l為溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，線段BCA為基本料面形狀，（xn，yh)為爐料所形成料堆 堆尖點(diǎn)C坐標(biāo)，打?yàn)橹本€CB與水平線化交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，η為直線CA與爐墻交點(diǎn)的橫坐標(biāo)。
[0096] 步驟3-2、構(gòu)建料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù)，料面形狀函 數(shù)所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；
[0097] 料面形狀主要由布料矩陣決定，最終的料面形狀為基本料面形狀的疊加，構(gòu)建料 面形狀函數(shù)如下：
[009引
傲
[0099] 式中，丫（X)為料面形狀函數(shù)，α=[日1，日2,...，日1，. . .α。]為溜槽傾角，m = [mi， m2,. . .，mi，. . .mn]為對(duì)應(yīng)溜槽傾角的溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。
[0100] 步驟3-3、構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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；
[0101] 由于爐料在運(yùn)動(dòng)過程中體積不發(fā)生變化，故輸出的料面形狀與初始料面形狀(水 平面)之間爐料的體積與爐料進(jìn)入上料罐的體積相等，爐料體積滿足如下約束：
[0102] V=M/p (9)
[圓]
(脯
[0104] 式中，V為爐料體積。
[0105] 根據(jù)公式(9)、（10)構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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：
[0106] 布料體積約束條件如下：
[0107]
[0108] 式中，ΠΗ為第i個(gè)溜槽傾角下溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，丫 i(x)為第i個(gè)溜槽傾角下的料面形 狀。
[0109] 步驟3-4、根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下爐 料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)；
[0110] 第一個(gè)溜槽傾角下爐料滿足的體積約束如下：
[0111]
[0112]隨著布料的進(jìn)行，料堆高度yhi逐漸增加。布料完成時(shí)，通過迭代爐料堆尖高度yhi， 可求得第一個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖的高度yhi即第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆 堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)，則堆尖點(diǎn)Cl Cl(Xnl，yhl)可唯一確定。又由于爐料的內(nèi)外堆角不變，故直線 CiBi和直線CiAi的斜率不變，已知直線上一點(diǎn)和其斜率可唯一確定一條直線。則可唯一求得 左右料面與初始料面的交點(diǎn)Bi、Ai。即可得到其橫坐標(biāo)m、m。
[0113] 步驟3-5、根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料面形狀函數(shù)，求 解第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[0114] 如圖3所示，設(shè)定高爐中屯、為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線化所在的水平面為初始料面，則根據(jù) 公式(7)、（8)可得第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀為：
[0115]
(試
[0116] 式中，（xni，yhi)為第一個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖點(diǎn)Cl的坐標(biāo)，m為直線CiBi與 初始料面交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，為直線CiAi與初始料面交點(diǎn)的橫坐標(biāo)。
[0117] 步驟4、根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)各溜槽傾角下的料面形 狀，求得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計(jì)結(jié)果。
[0118] 如圖4所示，隨著第二個(gè)溜槽傾角下布料的進(jìn)行，料堆高度yh2逐漸增加。通過不斷 改變爐料堆尖高度yh2，使其滿足公式（11)，可求得第二個(gè)溜槽傾角下爐料堆尖的高度yh2即 第二個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)，貝雌尖點(diǎn)C2(Xn2，yh2)可唯一確定，又由于 爐料的內(nèi)外堆角不變，故直線C2B2和直線C2A2的斜率不變，則可唯一求得第二個(gè)溜槽傾角下 爐料形成的左右料面與第一個(gè)溜槽傾角下料面的交點(diǎn)B2、A2。即可得到孔2，恥。故可得第二 個(gè)溜槽傾角下的料面形狀丫 2(x)。同理，可依次求得第Ξ到第η個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[0119] 多環(huán)布料為每一個(gè)溜槽傾角下所布爐料料面形狀的疊加，當(dāng)前料面形狀將作為下 一圈布料的初始料面形狀，即第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀將作為第二圈布料的初始料面 形狀，W下為布完第二個(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)溜槽傾角后的料面形狀。
[0120] 第二個(gè)及第η個(gè)溜槽傾角下的料面形狀分別為：
[0121]
(14)
[0122] 式中，（Xni，yni)為第i個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)，丫 ι(Χ)為第i個(gè)溜槽傾 角下的料面形狀。rLiJRi為第i個(gè)溜槽傾角下所布爐料與上一料面丫 i-l(X)在堆尖點(diǎn)（Xni， yni)左右兩側(cè)交點(diǎn)Bi、Ai的橫坐標(biāo)。
[0123] 最終估計(jì)的料面形狀與最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀相同。
[0124]
化）
[0125] 本實(shí)施方式還提供一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)系統(tǒng)，如圖9所示，包括：
[0126] 采集模塊，用于獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣；
[0127] 橫坐標(biāo)計(jì)算模塊模塊，用于計(jì)算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)；
[0128] 第一料面形狀計(jì)算模塊，用于計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀；
[0129] 料面形狀估計(jì)模塊，用于根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)各溜 槽傾角下的料面形狀，求得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀 估計(jì)結(jié)果。
[0130] 如圖10所示，所述橫坐標(biāo)計(jì)算模塊，包括：
[0131] 第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)節(jié)流閥開度、組成節(jié)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(jié)流閥的時(shí)間計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度；
[0132] 第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中屯、喉管末端的 速度；
[0133] 第Ξ計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料在中屯、喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速 度；
[0134] 第四計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度；
[0135] 第五計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算當(dāng)前溜槽傾角檔位下爐料所 形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)。
[0136] 如圖11所示，所述第一料面形狀計(jì)算模塊，包括：
[0137] 第一構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建基本料面形狀；
[0138] 第二構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù)， 料面形狀函數(shù)所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加；
[0139] 第Ξ構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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；
[0140] 縱坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，計(jì)算第一個(gè) 溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)；
[0141] 料面形狀求解模塊，用于根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料 面形狀函數(shù)，求解第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[0142] 本實(shí)施方式中爐料為焦炭，進(jìn)行多環(huán)布料仿真，得出高爐布料過程料面形狀估計(jì) 結(jié)果。
[0143] 如表1所示，爐料批重為14噸，焦炭的堆密度為P = 550kg/m3,布料時(shí)間及爐料通過 節(jié)流閥的時(shí)間為75s。由布料矩陣和公式（1)~(6)可得每一個(gè)傾角下所布爐料堆尖位置的 橫坐標(biāo)Xn。
[0144] 表1高爐布料過程數(shù)據(jù)
[0145]
[0146] 多環(huán)布料仿真：
[0147] 多環(huán)布料可W看為每一個(gè)傾角下所布爐料的疊加。給定布料矩陣，溜槽傾角為α = [37，34，32，28，21 ]，對(duì)應(yīng)溜槽傾角的溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)m = [3，2，2，2，1 ]，爐料批重為14噸，則溜 槽共旋轉(zhuǎn)10圈，則布料過程為75秒，原料為焦炭，W高爐中屯、為坐標(biāo)原點(diǎn)，初始料面為水平 面。
[0148] 由公式（1)~(6)可得溜槽在第一個(gè)溜槽傾角37度時(shí)，所布爐料堆尖的橫坐標(biāo)xni為 3.32m。
[0149] 由公式（12)所述體積約束條件迭代出yhi，則可得到第一個(gè)溜槽傾角下的所形成料 堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)扣(加，7山?？?、加可根據(jù)直線郎1與直線0山與水平線的交點(diǎn)求得，則得到 第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[0150] 由公式(13)得第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀為：
[0151]
(1:6)
[0152] 第二個(gè)到第五個(gè)溜槽傾角下的料面形狀：
[0153] 由布料矩陣和公式（1)~(6)可得第二個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)Xn2 為3.01m，初始料面為丫 i(x)，料面的形成過程如圖4所示，爐料沿堆尖逐漸長大。根據(jù)公式 (14)得第二個(gè)溜槽傾角下的料面形狀
[0154]由體積約束條件迭代出yh2〇：TL2、rR2可根據(jù)直線C2B2與直線C2A2與丫 1(X)的交點(diǎn)求 得，由此可得第二個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
[0155]同理，可求得第Ξ到第五個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，得最后一個(gè)溜槽傾角下的料 面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計(jì)結(jié)果為：
[0156]
[0157] 多環(huán)布料的料面形狀如圖5所示。
[0158] 本發(fā)明提供的高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法及系統(tǒng)，可根據(jù)布料矩陣實(shí)時(shí)確定 料面形狀，對(duì)高爐布料操作具有重要的指導(dǎo)意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高爐布料過程料面形狀估計(jì)方法，其特征在于，包括： 步驟1、獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣； 步驟2、計(jì)算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)； 步驟3、計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀； 步驟4、根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)各溜槽傾角下的料面形狀，求 得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計(jì)結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高爐布料過程參數(shù)包括:爐料批重、中 心喉管長度、節(jié)流閥開度、組成節(jié)流閥的半球形料閥的半徑、爐喉半徑、溜槽長度、溜槽轉(zhuǎn) 速、溜槽傾動(dòng)距、溜槽摩擦系數(shù)、料線深度和爐料通過節(jié)流閥的時(shí)間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述爐料參數(shù)包括:爐料的平均密度、爐料 的內(nèi)堆角和外堆角。4. 根據(jù)權(quán)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(gè)溜 槽傾角所對(duì)應(yīng)的溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2計(jì)算各溜槽傾角檔位下爐料所 形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)，包括： 步驟2-1、根據(jù)節(jié)流閥開度、組成節(jié)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(jié)流閥的時(shí)間計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度； 步驟2-2、根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中心喉管末端的速度； 步驟2-3、根據(jù)爐料在中心喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度； 步驟2-4、根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度； 步驟2-5、根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算當(dāng)前溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖 點(diǎn)橫坐標(biāo)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面 形狀，包括： 步驟3-1、構(gòu)建基本料面形狀； 步驟3-2、構(gòu)建料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù)，料面形狀函數(shù)所 描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加； 步驟3-3、構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下爐料所 形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)； 步驟3-5、根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料面形狀函數(shù)，求解第 一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。7. -種高爐布料過程料面形狀估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 采集模塊，用于獲取高爐布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和布料矩陣； 橫坐標(biāo)計(jì)算模塊模塊，用于計(jì)算各溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)； 第一料面形狀計(jì)算模塊，用于計(jì)算第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀； 料面形狀估計(jì)模塊，用于根據(jù)各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)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(gè)溜槽傾角到布完第η個(gè)各溜槽傾 角下的料面形狀，求得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀，即高爐布料過程料面形狀估計(jì) 結(jié)果。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橫坐標(biāo)計(jì)算模塊，包括： 第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)節(jié)流閥開度、組成節(jié)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(jié)流閥的時(shí)間計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度； 第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中心喉管末端的速 度； 第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料在中心喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度； 第四計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度； 第五計(jì)算模塊，用于根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算當(dāng)前溜槽傾角檔位下爐料所形成 料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一料面形狀計(jì)算模塊，包括： 第一構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建基本料面形狀； 第二構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù)，料面 形狀函數(shù)所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加； 第三構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，即每個(gè)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(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件，計(jì)算第一個(gè)溜槽 傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo)； 料面形狀求解模塊，用于根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料面形 狀函數(shù)，求解第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
【文檔編號(hào)】C21B5/00GK106011350SQ201610523551
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】周平, 尤磊, 劉記平, 王宏, 柴天佑
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)