CN104531924A

CN104531924A - 一种高炉炉料分布实时预报系统及方法

Info

Publication number: CN104531924A
Application number: CN201410797862.1A
Authority: CN
Inventors: 唐立新; 张春颖; 宋相满
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: CN104531924B

Abstract

本发明提供一种高炉炉料分布实时预报系统及方法，包括采集数据器、数据处理器、初始料面设定器、同档位下新料面检测器、多档位下新料面检测器、料面下降模块、料面分布信息生成器和布料控制器；方法包括获取当前高炉生产过程工艺数据；处理高炉生产过程工艺数据中的炉料重量及化验数据；设定初始料面；构造相同布料档位下的新料面；形成多档位下新料面；构造下降料面；计算料层分布信息并绘制料层分布图像；根据高炉炉料分布实时预报的料层分布信息指导生产操作。本发明采用了机理模型与数据驱动相结合的方法，可以根据矿焦分布炉况的判断和布料模型的输出结果，对高炉矿焦分布进行合理调整，抑制炉况波动，降低炉况异常引起的休风率。

Description

一种高炉炉料分布实时预报系统及方法

技术领域

本发明属于高炉炉料分布数字模拟技术领域，特别涉及一种高炉炉料分布实时预报系统及方法。

背景技术

高炉冶炼是一个连续的生产过程，全过程是炉料自上而下，煤气自下而上的相互接触过程中完成的。炉料从炉顶装入炉内，从风口鼓入由热风炉加热到1000～1300℃的热风，炉料中焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应，产生高温还原气体，在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料，并还原铁矿石中的铁氧化物为金属铁。矿石升到一定温度后软化，熔融滴落，矿石中未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。已熔化的渣铁聚集在炉缸内，发生诸多反应，最后调整铁的成分和温度达到终点，定期从炉内排放炉渣和生铁。

高炉生产过程特点有：

1)过程的复杂性。高炉是目前为止最复杂的一种冶金反应器，发生在高炉内部，特别是高炉下部的各种物理化学现象，至今还没有得到完全和充分的认识。

2)检测信息不完全。具体表现在检测点少，且多局限于过程的边界(炉顶、渣铁、风口、炉身静压力等)，高炉整个冶炼过程的炉内反应和变化无法直接观察，检测手段和方法受到一定的限制。

3)生产过程大滞后，被控过程的响应速度缓慢。

4)可控范围狭窄。这有两方面的含义，一是因为铁水质量必须满足炼钢等用户的严格要求，使得高炉的各种控制参数的可调范围相对比较小；二是炉况必须早调、小调，才不至于发生过大的波动，否则炉况将会急剧恶化导致失控。

高炉的这些特点，使得高炉的过程控制，特别是实时在线控制成为一项特别复杂的工作。虽然生产人员已经在自动化过程控制方面积累了相当多的经验，也取得了一定的成效，但是由于炼铁工艺的要求越来越精细，使得如何进行科学布料成为生产过程中重要的关键技术问题。

研究高炉布料分布规律，并建立相应的高炉布料数学模型，对于企业可以增加产量、节能、降低燃料消耗、提高煤气利用率、提高生铁质量、降低生铁成本、延长一代炉龄寿命等；对于社会可以减少CO₂的排放量从而减少对环境的影响；必将产生巨大的经济效益和社会效益。

目前高炉配有专家系统，具有炉料控制、出铁管理等功能，但还没有炉料的料层实时分布状况进行预报模型，无法得到准确的矿焦分布，无法判断炉料下降、煤气气流分布及料层塌落等因素对料层分布的影响，因此，开发炉料分布模型，对维护高炉炉型、提高高炉合理布料、降低燃料比，都是非常必要的。关于炉料分布模型已有许多，模拟手段多采用几何方法，大都只针对炉喉区域半边料层进行模拟，对于整个炉体区域料层实时分布状况研究的很少，不能满足现场复杂炉料分布情况的数值模拟要求。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。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高炉炉料分布实时预报系统及方法。

本发明的技术方案是：

一种高炉炉料分布实时预报系统，包括采集数据器、数据处理器、初始料面设定器、同档位下新料面检测器、多档位下新料面检测器、料面下降模块、料面分布信息生成器和布料控制器；

采集数据器：获取当前高炉生产过程工艺数据，包括炉料重量及化验数据、料线信息、料流阀开度信息、高炉本体数据和布料矩阵；

炉料重量及化验数据包括：原料种类、原料体积、原料粒度、原料自然堆角和原料堆比重；

料线信息包括：探尺下降速度、矿石料线位置和焦炭料线位置；

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

高炉本体数据包括：溜槽固定点位置标高、中心喉管长度、炉喉平台位置标高、炉喉半径、炉身角、Y形管与水平方向的夹角、Y形管斜面长度、探尺零点位置标高、探尺距炉中心距离、溜槽长度、溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽旋转速度、溜槽摩擦系数和十字测温点水平坐标；

布料矩阵：布料档位和布料圈数，布料档位即溜槽与水平方向的倾角；

数据处理器：处理高炉生产过程工艺数据中的炉料重量及化验数据，包括缺失数据补齐和奇异数据校正；

初始料面设定器：采用N条线段组合而成的分段函数设定初始料面；

同档位下新料面检测器：根据获取的当前高炉生产过程工艺数据，构造相同布料档位下的新料面；

多档位下新料面检测器：形成多档位下新料面，即在不同布料档位下构造相同布料档位下的新料面，形成多档位下新料面，其中在进行档位间切换时溜槽倾角每增加1°，两档位之间的过渡圈内包含Q圈炉料体积，该过渡圈内的体积占用下一档位体积总值；

料面下降模块：构造下降料面，即当炉料在炉喉区域时，垂直向下运动，运动距离等于炉料平移量；当炉料在炉身区域时，炉料沿炉身角方向运动，水平运动距离等于平移量水平分量，垂直运动距离等于平移量垂直分量；

料面分布信息生成器：计算料层分布信息并绘制料层分布图像，从而进行高炉炉料分布实时预报，料层分布信息包括径向矿焦比和料面特征信息；

布料控制器：根据高炉炉料分布实时预报的料层分布信息指导生产操作。

一种高炉炉料分布实时预报方法，包括以下步骤：

步骤1：获取当前高炉生产过程工艺数据，包括炉料重量及化验数据、料线信息、料流阀开度信息、高炉本体数据和布料矩阵；

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

步骤2：处理高炉生产过程工艺数据中的炉料重量及化验数据，包括缺失数据补齐和奇异数据校正；

缺失数据补齐采用均值的方法：计算前M次布料时该数据的平均值，并作为当前该数据值。

奇异数据校正采用上下界限定的方法：根据每项数据的物理特性和工艺要求，给定一个上界和下界，如果当前数据超出该项数据的上界与下界之间的范围，则采用前次布料时该数据的值进行校正。

步骤3：采用N条线段组合而成的分段函数设定初始料面；

步骤4：构造相同布料档位下的新料面；

步骤4.1：根据料流阀开度信息和原料粒度，构造炉料出料罐运动速度检测模型；

步骤4.2：根据炉料出料罐运动速度、Y形管与水平方向的夹角、Y形管斜面长度构造炉料出Y形管运动速度检测模型；

步骤4.3：根据炉料出Y形管运动速度、Y形管与水平方向的夹角、溜槽与水平方向的倾角、中心喉管长度构造炉料落入溜槽时的运动速度检测模型；

步骤4.4：将料流作为质点，根据炉料落入溜槽时的运动速度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角、溜槽有效长度、溜槽倾动距、构造炉料出溜槽运动速度检测模型；

步骤4.5：构造分料流速度检测模型：在相同布料档位下将料流划分为m股，各股料流出溜槽时水平速度和垂直速度不相同，各股料流与水平方向倾角相同且与溜槽与水平方向的倾角相等，根据溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽与水平方向的倾角、溜槽固定点位置标高、炉喉平台位置标高计算溜槽末端的坐标，根据每股料流间距、溜槽与水平方向的倾角以及溜槽末端的坐标计算第i股料流出溜槽的坐标，根据炉料出溜槽运动速度计算各股料流运动速度；

步骤4.6：根据炉料空区运动时间和各股料流运动速度构造各股料流的空区运动轨迹模型；

步骤4.7：构造新料面：将各股料流的空区运动轨迹与上次布料料面的交点作为当前料流的初始落点，根据每股料流的初始落点、内堆角、外堆角及上次布料料面各个线段的斜率形成不同的堆，直到形成的堆所围成的体积等于每股炉料实际撒落的体积，即得到新形成料面，完成该档位下布料；

步骤5：形成多档位下新料面：在不同布料档位下重复步骤4，形成多档位下新料面，其中在进行档位间切换时溜槽倾角每增加1°，两档位之间的过渡圈内包含Q圈炉料体积，该过渡圈内的体积占用下一档位体积总值；

步骤6：构造下降料面：当炉料在炉喉区域时，垂直向下运动，运动距离等于炉料平移量；当炉料在炉身区域时，炉料沿炉身角方向运动，水平运动距离等于平移量水平分量，垂直运动距离等于平移量垂直分量；

在相同时间内，在保证炉喉及炉身上半部每层炉料下降过程中体积不变的前提下，探尺对应的料面点的位移与速度之比等于半径方向上该料面上其余各点的位移与速度之比；

步骤7：计算料层分布信息并绘制料层分布图像，从而进行高炉炉料分布实时预报，料层分布信息包括径向矿焦比和料面特征信息；

步骤7.1：生成料面特征，包括料面漏斗宽度、料面平台宽度和料面漏斗深度；

步骤7.2：生成径向矿焦比：

步骤8：根据高炉炉料分布实时预报的料层分布信息指导生产操作；

步骤8.1：根据生成的径向矿焦比设定径向矿焦比的上限、下限；

步骤8.2：判断径向矿焦比是否超出设定的径向矿焦比的上限、下限：若边缘径向矿焦比低于设定的径向矿焦比的下限，则压边，即增加靠近高炉边缘档位的布料圈数；边缘径向矿焦比高于设定的径向矿焦比的上限，则松边，即减少靠近高炉边缘档位的布料圈数；漏斗径向矿焦比低于设定的径向矿焦比的下限，则抑制中心，即增加靠近高炉中心档位的布料圈数；漏斗径向矿焦比高于设定的径向矿焦比的上限，则疏导中心，即减少靠近高炉中心档位的布料圈数。

有益效果：

基于高炉实际生产流程的特点和要求，本发明提供了一种高炉炉料实时分布预报系统及方法，适用于高炉炉体区域复杂工艺过程中对炉料的料层分布实时状况进行预报。采用了机理模型与数据驱动相结合的方法，可以根据矿焦分布炉况的判断和布料模型的输出结果，对高炉矿焦分布进行合理调整，有效指导高炉布料操作，抑制炉况波动，降低炉况异常引起的休风率，提高煤气利用率和冶炼强度，减少焦比和综合焦比，改善高炉冶炼状况，提高料面透气性，改善煤气利用率，实现高炉生产稳定运行，从而达到促进炉况顺行、降低焦比的目的。使煤气与炉料进行充分接触，以最大可能地利用煤气的热能和化学能，为高炉能够优质、低耗、高产、长寿、稳定地生产提供有力的手段。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的高炉炉料分布实时预报系统框图；

图2为本发明具体实施方式的高炉炉料分布实时预报方法流程图；

图3为本发明具体实施方式的构造相同布料档位下的新料面流程图；

图4为本发明具体实施方式的高炉炉料分布实时预报工艺图；

图5为本发明具体实施方式的初始料面设定图；

图6为本发明具体实施方式的炉料流宽度划分示意图；

图7为本发明料面信息结果图，(a)为按十字测温点位置计算矿焦比曲线，(b)为按等面积计算矿焦比曲线，(c)为按环位计算矿焦比曲线，(d)为漏斗的宽度和深度，(e)为平台宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本实施方式是针对一个大型钢铁企业的炼铁厂进行高炉炉料分布实时预报。

一种高炉炉料分布实时预报系统，如图1所示，包括采集数据器、数据处理器、初始料面设定器、同档位下新料面检测器、多档位下新料面检测器、料面下降模块、料面分布信息生成器和布料控制器；

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

如图4所示，DAU001-DAU003分别为料流阀开度信息、溜槽倾角及圈数信息、炉料重量及化验信息的数据采集器；DAU004为探尺料线深度信息的数据采集器；DPU001为数据处理器；PPD001为新料面检测器；FCM001为料面下降修正处理器；MPM001为料面信息分析器，用来计算料面特征信息及布料控制策略。高炉炉料分布实时预报工艺如图4所示。

一种高炉炉料分布实时预报方法，如图2所示，包括以下步骤：

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

高炉布料制度数据如表1所示，炉料成分及比例数据如表2所示，高炉设备数据如表3所示；

表1 高炉布料制度(O/C：矿石/焦炭)

表2 炉料成分及比例

矿石成分	比例	焦炭成分	比例
				四烧	75.69％	中块	38.35％
峨球	22.48％	新焦炉	40.50％
				焦丁	1.84％	离石	21.15％

表3 高炉设备数据表

步骤3：采用N条线段组合而成的分段函数设定初始料面；

初始料面作为料面形状的起始，在经过一段时间布料过程之后，趋于最终稳定状态。模型应具有收敛性。

采用N条线段组合而成的分段函数来描述初始料面，如图5所示，通过设定A、B、C、D点的横纵坐标，线段BC与水平面夹角alfa，线段DE与水平面夹角beta，来设定多种初始料面。

料面可以表达为N条线段组合而成的分段函数，则当前要布料的料面函数y(x)表示如下形式：

y (x) = \{\begin{matrix} \frac{y_{2} - y_{1}}{x_{2} - x_{1}} (x - x_{1}) + y_{1}, & 0 = x_{1} \leq x < x_{2} \\ \frac{y_{3} - y_{2}}{x_{3} - x_{2}} (x - x_{2}) + y_{2}, & x_{2} \leq x < x_{3} \\ . . . & . . . \\ \frac{y_{N} - y_{N - 1}}{x_{N} - x_{N - 1}} (x - x_{N - 1}) + y_{N - 1}, & x_{N - 1} \leq x \leq x_{N} = r \end{matrix} - - - (1)

其中，{(x₁,y₁),…,(x_N,y_N)}是分段函数的端点坐标集合，x₁＝0表示当前要布料的料面函数起始端点在炉中心线上，x_N＝r表示当前要布料的料面函数末端点在炉墙上。

步骤4：构造相同布料档位下的新料面，如图3所示；

炉料出料罐的初速度v₀：

v_{0} = λ \sqrt{g \cdot (D - d) / 4} - - - (2)

其中：λ：原料系数；

D：料流阀开度(m)；

d：原料的粒度(m)；

设定原料为均匀混料，n种原料配比为p₁,p₂,……,p_n；原料粒度分别为d₁,d₂,……,d_n，则d＝p₁×d₁+p₂×d₂+……p_n×d_n；求出不同料流阀开度下，炉料出料罐的初速度v₀。

步骤4.2：根据炉料出料罐运动速度、Y形管与水平方向的夹角、Y形管斜面长度构造炉

料出Y形管运动速度检测模型；

炉料出Y形管运动速度v₁：

v_{1} = \sqrt{{(v_{0} \cdot \sin α_{Y})}^{2} + 2 g \cdot l_{Y} (\sin α_{Y} - μ \cdot \cos α_{Y})} - - - (3)

其中：v₀：炉料出料罐时的初速度；

α_Y：Y形管与水平方向的夹角；

l_Y：Y形管斜面长度；

μ：Y形管的摩擦系数；

步骤4.3：根据炉料出Y形管运动速度、Y形管与水平方向的夹角、溜槽与水平方向的

倾角、中心喉管长度构造炉料落入溜槽时的运动速度检测模型；

炉料以v₁从Y形管流出经过中心喉管落到溜槽上。在此过程里，炉料可能会与中心喉管发生碰撞；在接触溜槽时也会与溜槽发生碰撞，从而有速度衰减和变化，假设炉料碰撞溜槽后，只存在沿溜槽方向的速度。炉料在此过程受到重力作用，由炉料运动方程可以求出炉料落入溜槽时速度v₂。

v_{2} = \sqrt{{(k \cdot v_{1} \cdot \sin α_{Y})}^{2} + 2 g (H_{0} + b / \cos α)} - - - (4)

其中：v₁：炉料出Y形管时速度；

α_Y：Y形管与水平方向的夹角；

α：溜槽与水平方向的倾角；

H₀：中心喉管长度；

b：溜槽倾动距；

k：速度衰减系数；

炉料离开溜槽运动速度为v₃：

v_{3} = \sqrt{\begin{matrix} 2 g (\sin α - μ \cdot \cos α) (l_{c} - b \cdot \tan α) \\ + ω^{2} \cdot \cos α (\cos α + μ \cdot \sin α) {(l_{c} - b \cdot \tan α)}^{2} + {(v_{2} \cdot k \cdot \sin α)}^{2} \end{matrix}} - - - (5)

其中：v₂：炉料出中心喉管运动速度；

ω：溜槽旋转速度；

α：溜槽与水平方向的倾角；

l_c：溜槽有效长度；

b：溜槽倾动距；

μ：溜槽的摩擦系数；

k：速度衰减系数；

炉料离开溜槽末端时，在各方向的分速度分别为：

{\overset{&OverBar;}{v}}_{s} = \sqrt{{(v_{3} \cdot \cos α)}^{2} + {(ω \cdot y_{l})}^{2}} - - - (6)

{\overset{&OverBar;}{v}}_{h} = v_{3} \cdot \sin α

步骤4.5：构造分料流速度检测模型：在相同布料档位下将料流划分为m股，如图6所示，各股料流出溜槽时水平速度和垂直速度不相同，各股料流与水平方向倾角相同且与溜槽与水平方向的倾角相等，根据溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽与水平方向的倾角、溜槽固定点位置标高、炉喉平台位置标高计算溜槽末端的坐标，根据每股料流间距、溜槽与水平方向的倾角以及溜槽末端的坐标计算第i股料流出溜槽的坐标，根据炉料出溜槽运动速度计算各股料流运动速度；

模型考虑料流宽度对布料的影响，在相同档位下，将料流划分为m股。各料流出溜槽时档位相同，水平速度和垂直速度不相同。靠近炉喉中心处料流的速度慢，靠近炉墙料流速度快。第i股料流速度公式：

x₀＝l_c·cosα-b·sinα

y₀＝(g_c-g_h)-l_c·sinα-b·cosα

v_{si} = \frac{{\overset{&OverBar;}{v}}_{s}}{5} \cdot (\frac{a_{1}}{m} \cdot i + a_{2}) - - - (7)

v_{hi} = {\overset{&OverBar;}{v}}_{h} \cdot \frac{v_{si}}{{\overset{&OverBar;}{v}}_{s}}

x_i0＝x₀+i·dis·sinα

y_i0＝y₀

其中：

g_c：溜槽悬挂点标高；

g_h：炉喉平台标高；

α：溜槽与水平方向的倾角；

l_c：溜槽有效长度；

b：溜槽倾动距；

a_i：实际数据驱动参数；

v_si：第i股料流的水平速度；

v_hi：第i股料流的垂直速度；

dis：每股料流间距；

x₀：溜槽末端的水平坐标；

y₀：溜槽末端的垂直坐标；

x_i0：第i股料流出溜槽的水平坐标；

y_i0：第i股料流出溜槽的水平坐标；

炉料离开溜槽末端后的运动，在竖直方向上只受到重力作用。炉料粒子在只受重力的情况下走行轨迹为抛物线。以炉料空区运动时间为自变量的空区运动轨迹可表示为：

x＝x_i0+v_hi·t

y = y_{i 0} - (v_{si} \cdot t + \frac{g \cdot t^{2}}{2}) - - - (8)

其中：

x_i0：第i股料流出溜槽的水平坐标；

y_i0：第i股料流出溜槽的水平坐标；

t：炉料空区运动时间；

v_si：第i股炉料在空区垂直方向的运动速度；

v_hi：第i股炉料在空区水平方向的运动速度；

每股料流在空区运动后落在旧料面上，落点会随着炉料的不断撒落不断改变，直到该股炉料全部撒落。初始落点定义为步骤4.6中求得的炉料轨迹最先接触旧料面时的交点，根据每股炉料初始落点、内堆角、外堆角及旧料面各个线段的斜率可形成不同的堆，随着时间的推进，形成的堆不断变化，直到形成的堆所围成的体积等于每股炉料实际撒落的体积。此时就可得到新形成料面，并完成该档位下布料。

布料过程中料面实际上是不断连续下降的。并且由于受炉身角的影响，料面下降速度在炉喉半径方向上不一致：靠近炉中心线下降速度较慢；靠近炉墙下降速度较快。料面形状将在下降过程中趋于平坦。同时，料层厚度也由于炉身直径的增大而变薄。

根据体积守恒原则，料层厚度与炉身直径有关，料面点坐标与速度分布有关。当炉料在炉喉区域时，垂直向下运动，运动距离等于平移量；当炉料在炉身区域时，炉料沿炉身角方向运动，水平运动距离等于平移量水平分量，垂直运动距离等于平移量垂直分量。而平移量的计算根据体积守恒，由上至下逐层计算获得。其中，首层平移量根据探尺测量位置可知。

其中：s：料面向下平移量；

θ：炉身角；

根据料面在炉喉内的下降速度分布值，可计算炉料在下降过程中的平移量。下降速度可根据线性函数计算，也可根据历史数据拟合成二次函数计算。

s = \frac{v_{r}}{v_{t}} \cdot s_{t} - - - (10)

其中：s_t：探尺向下平移量；

v_t：探尺平均下降速度；

v_r：当前位置点r的下降速度；

v_r＝a₁′+a₂′·r′-a₃′·r′² (11)

其中：r′：半径方向上离高炉中心的距离；

R₀：炉喉半径；

R₁：探尺与炉中心线的距离；

v_p：炉料的平均下降速度；

a_i：实际数据驱动参数；

料面特征是描述线性料面的特征。根据各个料面点的坐标值计算相关信息。料面漏斗宽度是料面内侧峰值点与炉中心线之间的距离。料面平台宽度是料面内侧峰值点与料面外侧峰值点之间的距离。料面漏斗深度是料面内侧峰值点与漏斗中心之间的高度差。

r_wall ji＝last(p_ji)

r_cl ji＝first(p_ji)

r_terraceR ji＝front(r_wall ji) (12)

r_terraceL ji＝behind(r_cl ji)

twidth_ji＝r_terraceR ji-r_terraceL ji

fwidth_ji＝r_terraceL ji-r_cl ji (13)

fheight_ji＝z_terraceL ji-z_cl ji

其中：p_ji：料面点坐标集合；

r_wall ji：料面炉墙坐标点水平坐标；

r_cl ji：料面漏斗中心坐标点水平坐标；

r_terraceR ji：料面内侧峰值点水平坐标；

r_terraceL ji：料面外侧峰值点水平坐标；

twidth_ji：料面平台宽度；

fwidth_ji：料面中心漏斗宽度；

fheight_ji：料面中心漏斗深度；

步骤7.2：生成径向矿焦比：

模型中选用径向矿焦比衡量透气性。矿焦比定义如下：当最后几批炉料装入炉内后，在炉喉半径方向上各点处矿石层厚度与焦炭层厚度的比值与矿焦密度比的乘积，它反映了径向上的矿焦质量比例。

根据以档位划分的料面函数计算矿焦比值，可以对应十字测温点给出相应值。设最近n′批炉料，则可以求出矿焦比F_O/C(r′)：

F_{O / C} (r^{'}) = \frac{ρ_{o}}{ρ_{c}} \times Σ_{i = 1}^{n^{'}} \frac{(f_{o} {(r^{'})}_{i} - f_{c} {(r^{'})}_{i - 1})}{(f_{c} {(r^{'})}_{i} - f_{o} {(r^{'})}_{i})} - - - (14)

其中：f_o(r′)_i：第i层矿石料面函数；

f_c(r′)_i：第i层焦炭料面函数；

ρ_o：矿石堆比重；

ρ_c：焦炭堆比重；

n′：定义炉料批数；

r′：半径方向上离高炉中心的距离；

计算如下三类径向矿焦比值：边缘、平台和漏斗区域的径向矿焦比值(均值)；等面积区域(边缘、中间、中心)径向矿焦比值(均值)；十字测温位置对应点的径向矿焦比值。

{EqualAreal}_{O / C} = Average (F_{O / C} (r)) \frac{\sqrt{6}}{3} R_{0} \leq r \leq r_{wall}

{EqualArea 2}_{O / C} = Average (F_{O / C} (r)) \frac{\sqrt{3}}{3} R_{0} \leq r \leq \frac{\sqrt{6}}{3} R_{0}

{EqualArea 3}_{O / C} = Average (F_{O / C} (r)) r_{cl} \leq r \leq \frac{\sqrt{3}}{3} R_{0} - - - (15)

Border_O/C＝Average(F_O/C(r)) r_terraceR≤r≤r_wall

Terrace_O/C＝Average(F_O/C(r)) r_terraceL≤r≤r_terraceR

Funnel_O/C＝Average(F_O/C(r)) r_cl≤r≤r_terraceL

Temperature(i)_O/C＝F_O/C(r_Ti) r_Ti∈{r_T1,r_T2,…,r_T5}

本实施方式生成的料面特征如图7所示，其中(a)为按十字测温点位置计算矿焦比曲线，(b)为按等面积计算矿焦比曲线，(c)为按环位计算矿焦比曲线，(d)为漏斗的宽度和深度，(e)为平台宽度。

Claims

1.一种高炉炉料分布实时预报系统，其特征在于，包括采集数据器、数据处理器、初始料面设定器、同档位下新料面检测器、多档位下新料面检测器、料面下降模块、料面分布信息生成器和布料控制器；

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

2.采用权利要求1所述的高炉炉料分布实时预报系统的高炉炉料分布实时预报方法，其特征在于：包括以下步骤：

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

步骤3：设定初始料面；

步骤4：构造相同布料档位下的新料面；

步骤 4.4：将料流作为质点，根据炉料落入溜槽时的运动速度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角、溜槽有效长度、溜槽倾动距、构造炉料出溜槽运动速度检测模型；

步骤 5：形成多档位下新料面：在不同布料档位下重复步骤4，形成多档位下新料面，其中在进行档位间切换时溜槽倾角每增加1°，两档位之间的过渡圈内包含Q圈炉料体积，该过渡圈内的体积占用下一档位体积总值；

步骤 6：构造下降料面：当炉料在炉喉区域时，垂直向下运动，运动距离等于炉料平移量；当炉料在炉身区域时，炉料沿炉身角方向运动，水平运动距离等于平移量水平分量，垂直运动距离等于平移量垂直分量；

步骤7.2：生成径向矿焦比：

步骤 8：根据高炉炉料分布实时预报的料层分布信息指导生产操作；

3.根据权利要求2所述的高炉炉料分布实时预报方法，其特征在于：步骤3中采用N条线段组合而成的分段函数设定初始料面。

4.根据权利要求2所述的高炉炉料分布实时预报方法，其特征在于：缺失数据补齐采用均值的方法：计算前次布料时该数据的平均值，并作为当前该数据值。

5.根据权利要求2所述的高炉炉料分布实时预报方法，其特征在于：奇异数据校正采用上下界限定的方法：根据每项数据的物理特性和工艺要求，给定一个上界和下界，如果当前数据超出该项数据的上界与下界之间的范围，则采用前次布料时该数据的值进行校正。