一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法
【专利摘要】本发明提供一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法，包括采集高炉炉料参数和高炉炉体设备参数；建立高炉布料过程各控制参量与当前形成的布料料面的函数关系；建立当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系；建立高炉布料过程控制模型，用来描述高炉布料径向矿焦比曲线与各控制参量之间的关系；利用高炉布料过程控制模型确定最优的控制参量，对当前高炉布料过程进行实时控制；当前高炉布料过程实时控制过程中的径向矿焦比曲线的误差大于误差允许值时，重新建立高炉布料过程控制模型，否则根据当前的径向矿焦比曲线完成当前的高炉布料过程。本发明可提供实时料面形状，有效地指导操作人员改进装料制度，修正布料矩阵，调节炉料分布。
【专利说明】一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金行业过程控制【技术领域】，特别涉及一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法。
【背景技术】
[0002]高炉布料一直是炼铁生产实践核心技术问题之一，炉料在炉内的分布状况包括所形成的料面形状、料层厚度、粒度分布、矿焦比分布及混合层分布，炉料分布是否合理对炉内炉料与煤气的相对运动、还原过程、传热过程乃至高炉顺行好坏都有极大的影响。
[0003]在整个高炉布料过程中，炉料主要历经以下几个主要环节:料罐中炉料经过节流阀、中心喉管进入旋转溜槽；再离开溜槽，在空区进行落体运动；最后炉料堆积，形成新的料面。高炉布料生产工艺流程如图1所示。
[0004]然而在高炉布料过程控制中，遇到两个方面的问题:1)由于高炉是一个高温高压密闭的冶金反应器，当高炉进行生产时，操作人员无法直接观察炉内布料及料层分布的情况，从而也就无法利用高炉上部的调节手段及时准确地进行调整；2)很多情况下，特别是炉况不顺时，高炉操作人员需要及时调整炉料属性数据及布料控制参数来控制料面形状，从而达到炉况顺行的目的，但在目前的实际应用中，高炉操作人员往往是根据经验进行调整，没有形成一套完整的优化控制系统。
[0005]北京首钢自动化提出的一种基于智能算法的高炉布料数值模拟方法(申请号:201210055516.9)提给出了炉喉区料层分布的数值模拟问题，该方法在计算中采用的三段法料面形状，该方法在远离炉喉区的位置与实际的偏差较大，而且对于某些炉况特殊时期的加料方法形成的料层形状的计算存在不足；北京科技大学的程树森提出了基于光学栅格的三维料面显示(无钟高炉布料测试新技术及料面三维图像重建)无法给出由炉喉至炉体上部的其他多层料面的形状。本发明不但给出了控制参量与炉喉至炉体上部的多层料面的形状的对应关系，优化了控制参量得到所设定的多层料面形状，并且根据当前的反馈检测量对当前控制参量进行自适应调整，在线控制料面形状。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1:采集高炉炉料参数和高炉炉体设备参数；
[0010]所述高炉炉料参数包括:矿石系数、原料的粒度、矿石速度衰减系数、焦炭速度衰减系数、堆密度、内堆角和外堆角；
[0011]所述高炉炉体设备参数包括:Y形管斜面长度、Y形管与水平方向的夹角、中心喉管长度、溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽的摩擦系数、溜槽悬挂点标高、炉喉与炉身交界处平台和炉身角；
[0012]步骤2:建立高炉布料过程各控制参量与当前形成的布料料面的函数关系，即当前要布料料面函数；
[0013]所述控制参量包括；炉料批重、节流阀开度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角；
[0014]步骤2.1:确定本批需要布料的炉料体积与炉料批重、堆密度之间的函数关系；
[0015]步骤2.2:确定炉料离开溜槽时的速度与节流阀开度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角之间的函数关系，进而确定炉料离开溜槽时水平方向的速度和炉料离开溜槽时垂直方向的速度；
[0016]步骤2.3:确定炉料离开溜槽后的运动轨迹与炉料离开溜槽时水平方向的速度、炉料离开溜槽时垂直方向的速度之间的函数关系；
[0017]步骤2.4:根据步骤2.1?2.3确定的各函数关系建立高炉布料过程各控制参量与当前布料料面的函数关系，即当前要布料料面函数；
[0018]步骤3:建立当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系；
[0019]步骤3.1:根据当前布料料面函数半径方向每个坐标点距离炉喉中心的距离，确定当前布料料面函数半径方向每个坐标点的实际下降速度；
[0020]步骤3.2:确定当前布料料面函数半径方向每个坐标点的水平位移和竖直位移；
[0021]步骤3.3:得到料面下降后的布料料面坐标点，得到当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系；
[0022]步骤4:建立高炉布料过程控制模型，该模型用来描述高炉布料径向矿焦比曲线与各控制参量之间的关系；
[0023]步骤4.1:根据高炉布料径向矿焦比历史数据确定所需高炉布料径向矿焦比曲线.-^4 ，
[0024]步骤4.2:根据高炉布料径向矿焦比曲线和布料工艺条件确定料面曲线；
[0025]所述布料工艺条件包括焦层最小厚度值、各段料面的斜率上限和下限、炉料批重的上限和下限；
[0026]步骤4.3:根据当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系，得到各布料料面下降前的布料料面；
[0027]步骤4.4:以高炉布料过程中的布料料面与各布料料面下降前的布料料面之差最小化为控制目标，以炉料批重、节流阀开度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角为控制参量，建立高炉布料过程控制模型，其中，炉料批重根据料面曲线来确定，该模型的约束条件为:节流阀开度在其最小允许值和最大允许值之间，溜槽旋转速度在其最大旋转速度设定值和最小旋转速度设定值之间，溜槽与水平方向的倾角在其最小允许值和最大允许值之间；
[0028]步骤5:利用高炉布料过程控制模型确定最优的控制参量，对当前高炉布料过程进行实时控制；
[0029]步骤6:根据当前高炉布料过程中的布料料面计算径向矿焦比曲线，若径向矿焦比曲线的误差大于误差允许值或者当前高炉布料过程中的布料料面与料面曲线的误差大于误差允许值时，返回步骤4，重新确定建立高炉布料过程控制模型，否则执行步骤7 ；
[0030]步骤7:根据当前的径向矿焦比曲线完成当前的高炉布料过程，再返回步骤4重新确定建立高炉布料过程控制模型，进行下一次高炉布料控制。
[0031]有益效果:
[0032]本发明可提供实时料面形状，有效地指导操作人员改进装料制度，修正布料矩阵，调节炉料分布。并在两个方面创收增益:稳定炉况，提高冶炼强度和铁水产量，增产铁水量；增加喷煤量，降低焦比，节约焦炭；通过对本发明的研究、开发与实施形成了一套成熟的优化技术，可以推广应用于其他如送料系统、布料系统、送风系统的工序模型中。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明【具体实施方式】的高炉布料生产工艺流程示意图；
[0034]图2为本发明【具体实施方式】的高炉布料过程径向矿焦比的控制方法流程图；
[0035]图3为本发明【具体实施方式】的新料面形成示意图；
[0036]图4为本发明【具体实施方式】的布料料面η层示意图；
[0037]图5为本发明【具体实施方式】的目标矿焦比曲线图；
[0038]图6为本发明【具体实施方式】的根据矿焦比曲线得到的目标η层布料料面示意图；
[0039]图7为本发明【具体实施方式】的模型得到的η层料面示意图；
[0040]图8为本发明【具体实施方式】的建立高炉布料过程控制模型流程图；
[0041]图9为本发明【具体实施方式】的使用差分进化算法求解高炉布料过程控制模型流程图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0043]综合考虑高炉生产工艺流程、高炉布料影响因素以及炉内料面分布规律，结合现场操作人员的实际生产经验，高炉布料生产过程中的条件因素包括:炉料在炉内沿圆周以环状的形状呈中心对称均匀分布；炉料在炉内为层状分布，忽略矿石层与焦炭层混合时的超越现象；每罐料的布料时间较短，在布料过程中料面不下降；粒度按照炉料组成和比例计算平均值，忽略炉料的先后顺序；设定距高炉中心A处的探尺为参考探尺，设定料线高度为h0。
[0044]本实施方式是针对图1所示的1800m3高炉进行布料过程控制，图中FIC001为料流阀开度控制器；FIC002和FIC003分别为流槽旋转速度控制器和流槽倾动角度控制器；FIC004和FIC005分别为烧结矿和焦炭原料的重量控制器；F1021为探尺高度检测仪，用来获取料面高度的实际测量值；M001、M002、M003、M004、M005为执行器；0IC010为高炉布料过程在线控制器。在实施过程中从开始的t时刻，探尺高度检测仪F1021进行测量，得到表层料面的高度值，经多点测量得到表层料面函数，将该料层作为布料的基础，由0IC010根据设定的矿焦比曲线等目标料层预测条件，得到相应的料面曲线，然后基于高炉布料过程控制模型获得未来η层布料所需的各控制参量值，该控制参量值由底层的控制系统进行实施。这些控制参量值将保持不变，直到下一个计算周期开始时刻t+1。
[0045]本实施方式的高炉布料过程径向矿焦比的控制方法，如图2所示，包括以下步骤:
[0046]步骤1:采集高炉炉料参数和高炉炉体设备参数；
[0047]高炉炉料参数包括:矿石系数λ、原料的粒度d、矿石速度衰减系数/焦炭速度衰减系数k、堆密度P、内堆角91和外堆角θ2;
[0048]高炉炉体设备参数包括:Υ形管斜面长度1Y、Υ形管与水平方向的夹角α Y、中心喉管长度Htl、溜槽有效长度I。、溜槽倾动距b、溜槽的摩擦系数μ、溜槽悬挂点标高g。、炉喉与炉身交界处坐标(Xci，Yci)和炉身角Y ;
[0049]此外，还设定a1、bi和C1为下降系数，ε为煤气阻力影响系数修正；
[0050]本实施方式中，采集的高炉炉料参数和高炉炉体设备参数如表1所示，
[0051]表1采集的高炉炉料参数和高炉炉体设备参数
[0052]
【权利要求】
1.一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:采集高炉炉料参数和高炉炉体设备参数； 所述高炉炉料参数包括:矿石系数、原料的粒度、矿石速度衰减系数、焦炭速度衰减系数、堆密度、内堆角和外堆角； 所述高炉炉体设备参数包括:γ形管斜面长度、Y形管与水平方向的夹角、中心喉管长度、溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽的摩擦系数、溜槽悬挂点标高、炉喉与炉身交界处平台和炉身角； 步骤2:建立高炉布料过程各控制参量与当前形成的布料料面的函数关系，即当前要布料料面函数； 所述控制参量包括；炉料批重、节流阀开度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角； 步骤2.1:确定本批需要布料的炉料体积与炉料批重、堆密度之间的函数关系； 步骤2.2:确定炉料离开溜槽时的速度与节流阀开度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角之间的函数关系，进而确定炉料离开溜槽时水平方向的速度和炉料离开溜槽时垂直方向的速度； 步骤2.3:确定炉料离开溜槽后的运动轨迹与炉料离开溜槽时水平方向的速度、炉料离开溜槽时垂直方向的速度之间的函数关系； 步骤2.4:根据步骤2.Γ2.3确定的各函数关系建立高炉布料过程各控制参量与当前布料料面的函数关系，即当前要布料料面函数； 步骤3:建立当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系； 步骤3.1:根据当前布料料面函数半径方向每个坐标点距离炉喉中心的距离，确定当前布料料面函数半径方向每个坐标点的实际下降速度； 步骤3.2:确定当前布料料面函数半径方向每个坐标点的水平位移和竖直位移； 步骤3.3:得到料面下降后的布料料面坐标点，得到当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系； 步骤4:建立高炉布料过程控制模型，该模型用来描述高炉布料径向矿焦比曲线与各控制参量之间的关系； 步骤4.1:根据高炉布料径向矿焦比历史数据确定所需高炉布料径向矿焦比曲线； 步骤4.2:根据高炉布料径向矿焦比曲线和布料工艺条件确定料面曲线； 所述布料工艺条件包括焦层最小厚度值、各段料面的斜率上限和下限、炉料批重的上限和下限； 步骤4.3:根据当前形成的布料料面与料面下降后的布料料面之间的函数关系，得到各布料料面下降前的布料料面； 步骤4.4:以高炉布料过程中的布料料面与各布料料面下降前的布料料面之差最小化为控制目标，以炉料批重、节流阀开度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角为控制参量，建立高炉布料过程控制模型，其中，炉料批重根据料面曲线来确定，该模型的约束条件为:节流阀开度在其最小允许值和最大允许值之间，溜槽旋转速度在其最大旋转速度设定值和最小旋转速度设定值之间，溜槽与水平方向的倾角在其最小允许值和最大允许值之间；步骤5:利用高炉布料过程控制模型确定最优的控制参量，对当前高炉布料过程进行实时控制； 步骤6:根据当前高炉布料过程中的布料料面计算径向矿焦比曲线，若径向矿焦比曲线的误差大于误差允许值或者当前高炉布料过程中的布料料面与料面曲线的误差大于误差允许值时，返回步骤4，重新确定建立高炉布料过程控制模型，否则执行步骤7 ； 步骤7:根据当前的径向矿焦比曲线完成当前的高炉布料过程，再返回步骤4重新确定建立高炉布料过程控制模型，进行下一次高炉布料控制。
【文档编号】G06F17/50GK104133945SQ201410336893
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】唐立新, 宋相满 申请人:东北大学