本發(fā)明涉及高爐布料的模擬仿真方法。

背景技術(shù)：

1、智能制造技術(shù)已成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢，而高爐布料制度是高爐冶煉工藝的核心環(huán)節(jié)，如何對布料制度的合理性進行定量化分析，在生產(chǎn)過程中隨著原料質(zhì)量、料批大小、高爐爐料結(jié)構(gòu)、焦炭負荷、風量等的改變，如何根據(jù)爐況變化對布料制度進行合理優(yōu)化調(diào)整。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能系統(tǒng)實施高爐布料調(diào)控技術(shù)來降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、減少爐況波動迫在眉睫。

2、目前，公開的高爐布料調(diào)控的方法中，比如：專利公開號cn113656966a公開了一種高爐無鐘爐頂在線布料模型仿真方法，主要步驟為計算料流軌跡、料流寬度、爐料在爐內(nèi)的堆角、焦炭滑移等，再根據(jù)模型計算結(jié)果和高爐初始料面形狀模擬出高爐布料后的料面形狀，但沒有考慮料面混合層影響，無法準確計算爐頂布料后料面的狀態(tài)信息。

3、因此，需要提出一種充分考慮爐料在爐內(nèi)堆角、料面混合層等變化因素影響，可計算任意布料角度下的落點位置信息，任意布料矩陣下的料面形狀及徑向礦焦比分布，直觀的展示高爐料面形狀參數(shù)等，方便技術(shù)人員通過徑向焦炭負荷分布變化對氣流精準調(diào)控，對實現(xiàn)高爐低碳冶煉具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提出一種準確實用的計算/模擬高爐爐頂布料后料面的方法。對高爐爐頂布料的料流軌跡、內(nèi)部料面形狀、料面下移過程進行離線、在線模擬計算，可計算任意布料角度下的落點位置信息，任意布料矩陣下的料面形狀及徑向礦焦比分布，通過徑向焦炭負荷分布變化對氣流的精準調(diào)控，實現(xiàn)高爐低碳冶煉。

2、本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種高爐離線在線布料仿真方法，包括以下步驟：

3、步驟一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集：包含原燃料質(zhì)量數(shù)據(jù)(mes系統(tǒng)中)、槽下排料數(shù)據(jù)、布料矩陣、探尺、布料信號、溜槽傾動(plc控制系統(tǒng)中)等數(shù)據(jù)，通過opc及dblink方式進行采集，按照“分類分表“、高頻短期，低頻長期”(高頻數(shù)據(jù)存短周期，低頻數(shù)據(jù)存長周期)的原則存儲于oracle數(shù)據(jù)庫中，在保證了數(shù)據(jù)應(yīng)用需求的同時又提高了存儲能力與查詢效率。

4、步驟二、模型算法設(shè)計：在線布料模型算法分為料流落點、料面形狀、料面下移三部分，其中：a、料流落點根據(jù)單顆粒受力分析法，分析單個爐料顆粒從料罐-中心喉管-溜槽-空區(qū)-料面整個過程的受力及運動規(guī)律；b、料面形狀根據(jù)正太分布法，使用微元思想將爐喉徑向進行等距劃分，采用體積相等原則(裝入的實際體積與本次模擬堆起來的體積相同)進行迭代計算；c、料面下移法采用“爐喉垂直下移、爐身輻射下移”的原則進行計算。

5、步驟三、模型算法修正：通過模擬結(jié)果與實際結(jié)果對比，綜合考慮到實際裝料過程，后期對模型算法進行了以下方面修正與完善：a、料罐形式，并罐或者串罐；b、溜槽形狀：方形與圓形；c、溜槽傾動：對于布料矩陣中相鄰大角差情況的檔間料進行考慮。

6、步驟四、軟件開發(fā)：本模型軟件開發(fā)采用cs架構(gòu)，使用.net語言進行開發(fā)，包括服務(wù)端、客戶端、socekt通訊服務(wù)等。

7、步驟五、功能設(shè)計：包括動態(tài)模擬高爐裝料過程、料面形狀、料面下移過程，實時計算分析布料矩陣對應(yīng)的徑向礦焦層厚度及礦焦比分布，為高爐操作者布料制度調(diào)整提供量化依據(jù)。

8、按照步驟三技術(shù)方案，對爐料內(nèi)外堆角進行修正計算，其中內(nèi)堆角βin指靠近高爐中心線的爐料形成的斜面與水平面的夾角；外堆角βout指靠近高爐爐墻的爐料形成的斜面與水平面的夾角。內(nèi)外堆角主要受料線高度及落點半徑大小影響。料線越深、爐料對料面沖擊力越大，堆角越小；落點越靠近爐墻、爐墻對爐料支撐作用越大，外堆角越小。

9、βin及βout計算公式如下：

10、

11、式中

12、ai、a0——高爐內(nèi)部堆角最大值；

13、bi、b0——料線對堆角的影響因子，

14、

15、ci、c0——落點對堆角的影響因子，

16、

17、r——爐料的落點半徑，m；

18、r喉——高爐爐喉半徑，m。

19、按照步驟三技術(shù)方案，充分考慮料面混合層的影響，影響混合層形成的主要因素包括不同批次爐料粒直徑，堆密度和料線高度。入爐爐料的顆粒直徑大小差距越大，混合層越強；入爐爐料堆密度大小差距越大，混合層越強；料線越深，混合層越強?；旌狭蠈印鱨的計算公式如下：

20、

21、式中

22、l——料層厚度，單位：m；

23、n布——布料圈數(shù)；

24、rx——距落點的距離，單位：m；

25、r——落點的半徑，單位：m；

26、a、b——料面形狀系數(shù)，單位：m。

27、按上述方案實施后，可對高爐“離線+在線”布料進行計算，離線仿真模擬料面形狀，得到礦焦比分布，對布料制度的效果進行探索性嘗試；在線模型的建立是基于單顆受力分析及碰撞理論，綜合考慮爐料物理特性、料罐類型、溜槽形狀、爐料滑滾，煤氣流的粘合力等因素，分析爐料從料罐->喉管->溜槽->料面整個過程的運動狀態(tài)，對高爐爐頂布料的料流軌跡、內(nèi)部料面形狀、料面下移過程進行在線模擬，實現(xiàn)高爐料面形狀在線仿真。

技術(shù)特征：

1.一種高爐離線在線布料仿真方法，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟一，對于數(shù)據(jù)的采集，按照“分類分表、高頻短期，低頻長期”，高頻數(shù)據(jù)存短周期，低頻數(shù)據(jù)存長周期的原則存儲于oracle數(shù)據(jù)庫中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟三，對爐料內(nèi)外堆角進行修正計算，其中內(nèi)堆角βin指靠近高爐中心線的爐料形成的斜面與水平面的夾角；外堆角βout指靠近高爐爐墻的爐料形成的斜面與水平面的夾角，βin及βout計算公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟三，考慮料面混合層的影響，混合料層厚度△l的計算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高爐離線在線布料仿真方法，屬于高爐布料模擬方法，包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集：包含原燃料質(zhì)量數(shù)據(jù)、槽下排料數(shù)據(jù)、布料矩陣、探尺、布料信號、溜槽傾動數(shù)據(jù)的采集；模型算法設(shè)計：在線布料模型算法分為料流落點、料面形狀、料面下移三部分，料流落點根據(jù)單顆粒受力分析法，分析單個爐料顆粒的受力及運動規(guī)律；料面形狀根據(jù)正太分布法，使用微元思想將爐喉徑向進行等距劃分，采用體積相等原則進行迭代計算；料面下移法采用爐喉垂直下移、爐身輻射下移的原則進行計算；模型算法修正：通過模擬結(jié)果與實際結(jié)果對比，綜合考慮到實際裝料過程，后期對模型算法進行修正與完善。

技術(shù)研發(fā)人員：朱士杰,徐振庭,史志苗,殷聰雅,諸善財
受保護的技術(shù)使用者：江陰興澄特種鋼鐵有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6