CN104694680A - 一种高炉料层结构径向分布的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉料层结构径向分布的控制方法，包括建立径向料层结构分布模型，其中炉喉料层厚度部分使用一元三次方程描述料面铺撒后的形状，并将其数学特征与料面的物理特性相结合，同时建立了焦炭坍塌的模型。然后用实验方法测量得到不同送风参数下料面物理特性参数，并建立起不同布料和送风参数下坍塌的焦炭量的函数关系。将这些关系用在实际高炉操作条件变化时模型的自修正。模型根据当前实际布料过程中料罐重量和溜槽倾动角度的变化得到校正后的布料矩阵设置并进行自修正。可以根据理想矿焦比分布以及由探尺得到的料层厚度来调整布料矩阵的设置直到满意的矿焦比分布，并用于实际的布料操作。

Description

一种高炉料层结构径向分布的控制方法

技术领域

本发明属于冶金行业过程控制技术领域，特别涉及一种高炉料层结构径向分布的控制方法。

背景技术

高炉为一密封的高温高压容器，炉内的情况对于操作人员来说为一“黑盒子”，为打开这个黑盒子，高炉操作者和研究人员发明了一些料面检测设备来检测高炉布料后的料面形状，然而这些设备只能检测布完料后的料面形状，无法检测到布矿过程中焦炭坍塌行为，以及坍塌行为对料面径向分布的影响。另外人们还通过建立数学模型来预测焦炭和矿石径向料层结构。但由于建模方法的原因，以及高炉实际操作比较复杂，对布料过程的影响因素较多，模型的应用非常有限。

美国专利US.4466825，中国专利CN103131809A以及中国专利CN104133945A都采用用两段直线组合来描述每个档位所布物料形成的形状，其中中国专利CN104133945A将该模型与探尺的数据结合来控制实际高炉的布料。但两个直线段的组合易形成锯齿形料面，不符合实际炉料的铺撒行为，另外都没有考虑到焦炭坍塌对料面结构的影响，更为重要的是没有考虑实际高炉操作参数的变化导致的对料面堆积过程的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉料层结构径向分布的控制方法，定量描述当前布料条件下焦炭和矿石在高炉径向的层厚分布情况，显示理想矿焦比和当前矿焦比的分布，明确调整的方向；使高炉操作人员能够根据目标矿焦比分布来进行布料矩阵的设计并用于实际的布料操作。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高炉料层结构径向分布的控制方法，包括建立高炉料层结构径向分布模型；根据冷布料模型实验建立不同风量下焦炭和矿石的入射角与溜槽倾动角度的函数关系；建立风量、矿批、焦批及料线对于焦炭坍塌量的函数关系；采集实际布料过程中料罐里焦炭和矿石重量以及溜槽倾动角度的变化，得到焦炭和矿石在各个档位上实际布料的质量，根据以上关系模型进行自修正；用探尺测得生产过程的焦炭和矿石层在测量位置的厚度，以此来验证料层分布模型的准确性，并用理想矿焦比分布来重新设计布料矩阵直到计算的矿焦比分布在合理范围，并以此进行布料操作。

优选的，高炉料层结构径向分布模型的建模的步骤包括：

(1)给定操作条件，包括布料矩阵的设置和送风大小，料线以及炉顶布料系统尺寸；然后将该模型计算分成四个部分：料罐底部到旋转溜槽，旋转溜槽上，炉喉空区，炉喉料面。对各个部分的物理运动特性建立数学方程并进行求解，其中前面三个部分中把料流假设成一个质点并以此建立物理方程，最后一部分中料流具有一定体积和宽度。

(2)求解颗粒落到溜槽上表面后沿溜槽方向的速度v₀。颗粒在料罐出口初速度为0，并进行自由落体运动，落到溜槽表面后无动能损失，则落到溜槽表面沿溜槽方向的速度：

$v_0=k_f\·\sqrt{2\mathrm{gh}}\text{,}$

$h=h_f+\frac{e}{\sin \mathrm{\θ}},$

其中h为料罐底部到溜槽上表面的垂直距离，h_f为料罐底部到溜槽悬挂点的垂直距离m，e为溜槽悬挂点到溜槽底部垂直距离m，θ为溜槽倾角，k_f为修正系数对下降过程中的碰撞和摩擦造成的速度衰减进行修正，k_f在0-1之间，由实验确定。

(3)求解颗粒在溜槽末端的速度v₁和位置(r₁，z₁)。颗粒落到旋转溜槽的轴心上，即忽略其圆周方向上的偏析，并且认为在低速运转的情况下忽略溜槽产生的侧压力和摩擦力。

颗粒在溜槽末端的速度：

$v_1=\sqrt{{\mathrm{\ω}}^2\sin \mathrm{\θ}(\sin \mathrm{\θ}-\mathrm{\μ}\cos \mathrm{\θ}){L_e}^2+2g(\cos \mathrm{\θ}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\θ})L_e+{v_0}^2},$

颗粒所在位置为(r₁，z₁)：r₁＝L_e·sinθ，z₁＝H-L_e·cosθ-e/sinθ，

其中ω为溜槽旋转速度rad/s，θ为溜槽倾角，L_e为颗粒在溜槽的有效行驶距离m，H为溜槽悬挂点到0料线的距离m，e为溜槽悬挂点到溜槽底部垂直距离m，μ为摩擦系数在0-1之间，由实验确定。

(4)求解颗粒在炉喉空区的运动轨迹。忽略气流的拖拽力，认为是自由落体运动，可以计算出不同倾角下颗粒在空中的运动轨迹z＝Ar²+Br+C，其中z为竖直方向高度，r为径向距离，A，B，C在给定操作条件下可以计算出来。

(5)求解各个档位的料面方程，每一档位所布的料都为一元三次方程z＝ar³+br²+cr+d，由入射角α，拐角θ，中心角γ组成，其中，此一元三次方程在其与高炉中心线交点处的斜率定义为料面中心角γ，一元三次方程的拐点处的斜率定义为料面堆角β，一元三次方程在其与运动轨迹方程处的斜率定义为入射角α，α，β，γ由实物模型实验测得。以r为变量，对每个档位布料后的方程和布料前的方程进行体积积分直到与给定的体积相等，确定方程的系数a，b，c，d。

(6)求解焦炭坍塌后的料面形状，

中心部位焦炭增加厚度：ΔL_C＝3.49×10^-4×E_M-136，

所布矿石的动能与势能之和：

ΔL_C:中心部位增加的焦炭厚度mm，E_M：所布矿石的动能与势能之和kgm²s^-2，M_i表示所布矿石质量kg，V_i表示所布矿石到达焦炭料面的速度m/s，H_i表示所布矿石在焦炭料面的落点到中心部位焦炭料面的高度m，n₁，n₂分别表示焦炭开始和结束坍塌时溜槽旋转的圈数。

(7)确定最终料面方程。假设原始料面К为N段曲线(一元三次方程)组成，其中N为布料矩阵的档位个数。分别对焦炭进行各档位体积积分计算直到最后一个档位布完，形成最终料面Кc；将Кc下降到料线位置，对焦炭进行各档位体积积分计算直到最后一个档位布完，形成最终料面К′，比较K和К′的差别，如果超出给定误差σ(0.0001-1)将К′赋给К进行下一次循环计算，直到满足误差要求。

优选的，所述的高炉料层结构径向的控制方法，在炉喉料层部分，每一档位所布的料：

z＝ar³+br²+cr+d，

其中，此一元三次方程在其与高炉中心线交点处的斜率定义为料面中心角γ，一元三次方程的拐点处的斜率定义为料面堆角β，一元三次方程在其与运动轨迹方程处的斜率定义为入射角α，α，β，γ由实验测得。

优选的，所述的高炉料层结构径向的控制方法，在炉喉料层部分，各个档位的焦炭都布完后，坍塌过后的焦炭形状：

ΔL_C＝3.49×10^-4×E_M-136，

$E_M=\underset{n_1}{\overset{n_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{V_i}^2+M_{i}g{H}_i,$

其中，ΔL_C:中心部位增加的焦炭厚度mm，E_M：所布矿石的动能与势能之和kgm²s^-2，M_i表示所布矿石质量kg，V_i表示所布矿石到达焦炭料面的速度m/s，H_i表示所布矿石在焦炭料面的落点到中心部位焦炭料面的高度m，n₁，n₂分别表示焦炭开始和结束坍塌时溜槽旋转的圈数。

优选的，所述的高炉料层结构径向的控制方法，对各个档位的焦炭和矿石布前和布后的方程进行体积积分，并和给定体积比较，确定各个方程的系数a，b，c，d；布完矿石后，形成料面К′，比较初始料面形状K和К′，若小于设定的误差σ(0.0001-1)计算终止，若大于σ，将К′的值付给К进行下一轮计算直到收敛。

优选的，所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，要根据冷布料模型实验建立不同风量下，焦炭和矿石的入射角与溜槽倾动角度的函数关系，根据高炉当前的风量修正各个档位料面的堆角，实现炉料径向分布结构的自修正。

优选的，所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，要根据冷布料模型实验分别建立风量、矿批、焦批及料线对于焦炭坍塌量的函数关系，并根据高炉当前的操作参数实现炉料径向分布结构的自修正。

优选的，所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，要采集实际布料过程中料罐里焦炭和矿石重量以及溜槽倾动角度的变化，得到焦炭和矿石在各个档位上实际布料的质量，反馈给料层结构模型，得到校正后的布料矩阵设置，并得到实际的料层结构分布。

优选的，所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，要比较当前布料矩阵下矿焦比分布与理想矿焦比的径向分布，以及探尺得到的焦炭和矿石层在测量位置的厚度与模型计算得到的厚度，如果在允许的误差范围外，可以调整布料矩阵设置到矿焦比在合理范围，并按此矩阵进行布料操作。

与现有技术相比，本发明至少有以下有益效果：本发明提供一种从炉顶料罐到高炉炉喉料层的全面建模方法，用一元三次方程描述炉料铺撒后的形状，考虑高炉实际操作过程中的布料和送风参数对布料过程中的料面铺撒和焦炭坍塌的影响，能够准确模拟在高炉实况下焦炭和矿石径向料层分布结构，充分考虑高炉操作参数变化对于布料过程中炉料堆积角度及焦炭坍塌的影响，以及实际布料过程中的各个档位重量误差对模型本身进行自修正；用实际高炉操作的探尺数据计算得到的焦炭和矿石厚度来验证模型的准确性，具有可靠性；供操作人员可以按照理想矿焦比分布方向来设计合适的布料矩阵并用来控制高炉的布料。

附图说明

通过结合附图进行描述，本发明的目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1为控制径向矿焦比分布的逻辑图；

图2为料罐到溜槽的模型示意图；

图3为从溜槽到料面的模型示意图；

图4为料面方程系数求解示意图；

图5为得到收敛的料面示意图；

图6为计算得到的焦炭和矿石各个档位的运动轨迹和实测的运动轨迹对比；

图7为计算与实验测得的各档位料面形状的对比；

图8为实验所测得的不同风量下各档位焦炭和矿石入射角的分布；

图9为布矿过程中焦炭发生坍塌的示意图；

图10为实验测得的风量，矿焦比及料线对中心部位增加的焦炭厚度的影响；

图11为高炉实际布料过程中料罐的重量及溜槽倾动角度随时间的变化；

图12为计算的焦炭层厚度与实际高炉探尺得到的厚度对比；

图13为计算的矿石层厚度与实际高炉探尺得到的厚度对比；

图14为计算得到矿焦比径向分布以及理想矿焦比分布；

图15为计算的四个操作时期的料面结构径向分布；

图16为计算的四个操作时期的矿石层厚比分布。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述，控制径向矿焦比分布的逻辑图如图1所示，但实施例不应理解为对本发明的限制。

(1)首先给定操作条件，包括布料矩阵的设置如下表所示和炉顶煤气流速1.0m/s，料线1.6m以及炉底布料系统尺寸；然后将该模型计算分成四个部分：料罐底部到旋转溜槽，旋转溜槽上，炉喉空区，炉喉料层。对各个部分分布建立物理和数学方程进行求解，其中前面三个部分中把料流假设成一个质点并以此建立物理方程，最后一部分中料流具有一定体积和宽度。

表1 布料矩阵的设置

档位	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
														角度	48	46	44	41.5	39	36	33.5	30	27	23.5	20	16.5	11
焦炭圈数	5	4	2	2	2	2	2	2				4
														矿石圈数	2	4	4	4	4	3	2

(2)求解颗粒落到溜槽上表面后沿溜槽方向的初速度v₀

颗粒在料罐出口初速度为0，并进行自由落体运动，落到溜槽表面后无动能损失，如图2所示，则落到溜槽表面后沿溜槽方向的速度：

$v_0=k_f\·\sqrt{2\mathrm{gh}},h=h_f+\frac{e}{\sin \mathrm{\θ}},$

其中h为料罐底部到溜槽上表面的垂直距离，h_f为料罐底部到溜槽悬挂点的垂直距离7.3m，k_f为修正系数对下降过程中的碰撞和摩擦造成的速度衰减进行修正，k_f在0-1之间，由实验确定。

(3)求解颗粒在溜槽末端的速度v₁和位置(r₁，z₁)

颗粒落到旋转溜槽的轴心上，即忽略其圆周方向上的偏析。颗粒在溜槽上受到重力，离心力，惯性科氏力和摩擦力，如图3所示，经典受力方程如下：

m为颗粒质量，为颗粒在溜槽上的加速度，为颗粒在溜槽上受到的重力，为溜槽的旋转角速度，为颗粒离溜槽旋转中心的距离，为颗粒在溜槽上的速度，为颗粒在溜槽上受到的摩擦力。在溜槽速度不高的情况下，颗粒在溜槽上的运动方程可以简写为：

$v_1=\sqrt{{\mathrm{\ω}}^2\sin \mathrm{\θ}(\sin \mathrm{\θ}-\mathrm{\μ}\cos \mathrm{\θ}){L_e}^2+2g(\cos \mathrm{\θ}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\θ})L_e+{v_0}^2},$

r₁＝L_e·sinθ，

z₁＝H-L_e·cosθ-e/sinθ，

式中ω为溜槽旋转速度7.5s/圈，θ为溜槽倾角，Le为颗粒在溜槽的有效行驶距离，H为溜槽悬挂点到0料线的距离6.1m，μ为摩擦系数在0-1之间，由实验确定。

(4)求解颗粒在炉喉空区的运动轨迹z＝A·r²+B·r+C

忽略气流的拖拽力，认为是自由落体运动，在溜槽末端将颗粒的速度v₁分解到x，y，z三个方向上，如图3所示：v_x＝v₁·sinθ,v_y＝2πωL_esinθ,v_z＝v₁·cosθ，则溜槽运动轨迹可表示为z＝A·r²+B·r+C的形式，系数A，B，C的计算如下：

$A=-\frac{1}{2}g/(v_x^2+v_y^2),$

$B=g\·r_0/(v_x^2+v_y^2)-v_z/\sqrt{v_x^2+v_y^2},$

$C=z_0-\frac{1}{2}g\·r_0^2/(v_x^2+v_y^2)+v_z\·r_0/\sqrt{v_x^2+v_y^2}$

图4为计算得到的焦炭和矿石料流轨迹与在模型和实际高炉测得的料流轨迹对比。

(5)求解各个档位的料面方程z＝ar³+br²+cr+d

每一档位所布的料都为一元三次方程z＝ar³+br²+cr+d，由入射角α，拐角β，中心角γ组成，如图3所示，其中α，β，γ由实验测得。a，b，c，d都可以用r来表示。

$b=\frac{\tan \mathrm{\α}-\tan \mathrm{\β}}{r}[-1+\mathrm{sqrt}(1-\frac{\tan \mathrm{\α}-\tan \mathrm{\γ}}{\tan \mathrm{\α}-\mathrm{tan\β}})];$

c＝tanα；

$a=\frac{b^2}{3(c-\tan \mathrm{\β})};$

d＝Ar²+Br+C-(a·r³+b·r²+c·r)

如图5所示，设X₁，X₂…X₈为原始料面，倾动角度θ₁的布料后料面更新为z＝p(r)由节点M₁，M₂，M₃，T₂，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈构成，则当倾动角度θ₂的布料后料面更新为z＝q(r)，由节点M₁，M₂，M₃，M₄，X₆，X₇，X₈构成。以r为变量，对每个档位布料后的方程和布料前的方程进行体积积分直到与给定的体积V相等，确定方程的系数a，b，c，d。

${\∫}_0^{2\mathrm{\π}}{\∫}_{M_4}^{M_3}[q\left(r\right)-p\left(r\right)]\mathrm{rdr}=V$

(6)求解焦炭坍塌后的料面形状，根据中心部位焦炭增加厚度△L_C：

ΔL_C＝3.49×10^-4×E_M-136，

$E_M=\underset{n_1}{\overset{n_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{V_i}^2+M_{i}g{H}_i,$

ΔL_C:中心部位增加的焦炭厚度mm，E_M：所布矿石的动能与势能之和kgm²s^-2，M_i表示所布矿石质量kg，V_i表示所布矿石到达焦炭料面的速度m/s，H_i表示所布矿石在焦炭料面的落点到中心部位焦炭料面的高度m，n₁，n₂分别表示焦炭开始和结束坍塌时溜槽旋转的圈数。焦炭坍塌的示意图见图6。坍塌后的焦炭料面形状用一段直线和一段一元三次方程来描述，并利用体积守恒V₁＝V₂来最终确定坍塌后的料面方程。

(7)确定最终料面方程。由实验给定焦炭坍塌料函数z＝f(r)。假设原始料面К为N段曲线(X₁，X₂…X_N)组成，其中N为布料矩阵的档位个数。先对焦炭进行各档位体积积分计算直到最后一个档位布完，形成最终料面Кc(M₁，M₂…M_N)；然后计算坍塌后的料面形状Kc′将Кc′下降到料线位置，对矿石进行各档位体积积分计算直到最后一个档位布完，形成最终料面К′(N₁，N₂…N_N)，如图7所示，比较K和К′的差别，如果超出给定误差σ(0.0001-1)将К′赋给К进行下一次循环计算，直到满足误差要求。

(8)通过模型试验，以测量得到的各个档位的料面形状为基础确定焦炭和矿石在不同倾动角度下的入射角α，拐角β，中心角γ，如图8所示。其中不同风量下的入射角α，见图9。

(9)通过模型试验确定风量，矿焦比和料线与焦炭中心部位增加的高度的函数关系，见图10。

(10)由于料流阀开度设置存在误差，实际布料过程存在偏差，将高炉实际布料过程中料罐的重量以及溜槽倾动角度随时间的变化进行分析，得到各个档位实际布的料重量，如图11。

将(8)-(10)的结果代入(4)重新进行循环计算，并与高炉实际生产过程中探尺得到的料层厚度进行对比，如图12，13所示。

计算同时得到矿焦比径向分布和理想的矿焦比分布，其中理想矿焦比分布为历史上布料和送风条件和当前近似，且操作指标良好时的结果。操作人员可以此为目标重新设计布料矩阵并用于实际布料。如图14所示。

利用该方法分析5800m³高炉4种典型布料矩阵下的料面形状及矿焦比径向分布，如图15和16所示。A情况下中心部位矿焦比过低，使得煤气利用率过低，而B情况下中心矿焦比有所提高，煤气利用率提高，然而产量处于较低水平，从计算的矿焦比分布看，C和D情况较好，其利用率和产量都能保持较好指标，如下表所示。从对实际高炉生产的数据分析来看，使用该方法检测和控制高炉布料操作对于降低高炉燃耗同时保持较高的产量有很大的帮助。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。本领域的技术人员在本发明构思的启示下对本发明所做的任何变动均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：包括建立高炉料层结构径向分布模型；根据冷布料模型实验建立不同风量下焦炭和矿石的入射角与溜槽倾动角度的函数关系；建立风量、矿批、焦批及料线对于焦炭坍塌量的函数关系；采集实际布料过程中料罐里焦炭和矿石重量以及溜槽倾动角度的变化，得到焦炭和矿石在各个档位上实际布料的质量，根据以上关系模型进行自修正；用探尺测得生产过程的焦炭和矿石层在测量位置的厚度，以此来验证料层分布模型的准确性，并用理想矿焦比分布来重新设计布料矩阵直到计算的矿焦比分布在合理范围，并以此进行布料操作。

2.根据权利要求1所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：建模的步骤包括：

(1)给定操作条件，包括布料矩阵的设置和送风大小，料线以及炉顶布料系统尺寸；然后将该模型计算分成四个部分：料罐底部到旋转溜槽，旋转溜槽上，炉喉空区，炉喉料面，其中前面三个部分中把料流假设成一个质点并以此建立物理方程，最后一部分中料流具有一定体积和宽度；

(2)炉料从料罐底部运动到溜槽表面的速度：

$v_0=k_f\·\sqrt{2\mathrm{gh}},$

$h=h_f+\frac{e}{\sin \mathrm{\θ}},$

其中h为料罐底部到溜槽上表面的垂直距离m，h_f为料罐底部到溜槽悬挂点的垂直距离m，e为溜槽悬挂点到溜槽底部垂直距离m，θ为溜槽倾角，k_f为修正系数，在0-1之间，由实验确定；

(3)颗粒在溜槽末端的速度：

$v_1=\sqrt{{\mathrm{\ω}}^2\sin \mathrm{\θ}(\sin \mathrm{\θ}-\mathrm{\μ}\cos \mathrm{\θ}){L_e}^2+2g(\cos \mathrm{\θ}-\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\θ})L_e+{v_0}^2},$

颗粒所在位置为(r₁,z₁)：r₁＝L_e·sinθ，z₁＝H-L_e·cosθ-e/sinθ，

其中ω为溜槽旋转速度rad/s，θ为溜槽倾角，L_e为颗粒在溜槽的有效行驶距离m，H为溜槽悬挂点到0料线的距离m，e为溜槽悬挂点到溜槽底部垂直距离m，μ为摩擦系数在0-1之间，由实验确定；

(4)颗粒在炉喉空区部分的空中运动轨迹：

z＝Ar²+Br+C，

其中z为竖直方向高度m，r为径向距离m，A，B，C都是关于r₁，z₁，v₁，θ的表达式，根据实际高炉开炉前测量的各档位料流轨迹来确定模型中焦炭和矿石在各个档位的修正系数k_f以及摩擦系数μ的值；

(5)在炉喉料层部分，每一档位所布的料的料面方程：

z＝ar³+br²+cr+d，

其中，此一元三次方程在其与高炉中心线交点处的斜率定义为料面中心角γ，一元三次方程的拐点处的斜率定义为料面堆角β，一元三次方程在其与运动轨迹方程处的斜率定义为入射角α，α，β，γ由实验测得；

(6)在炉喉料层部分，各个档位的焦炭都布完后，坍塌过后的焦炭形状：

ΔL_C＝3.49×10^-4×E_M-136，

$E_M=\underset{n_1}{\overset{n_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{V}_i^2+M_{i}g{H}_i,$

其中，ΔL_C:中心部位增加的焦炭厚度mm，E_M：所布矿石的动能与势能之和kgm²s^-2，M_i表示所布矿石质量kg，V_i表示所布矿石到达焦炭料面的速度m/s，H_i表示所布矿石在焦炭料面的落点到中心部位焦炭料面的高度m，n₁，n₂分别表示焦炭开始和结束坍塌时溜槽旋转的圈数；

(7)最终料面方程：对各个档位的焦炭和矿石布前和布后的方程进行体积积分，并和给定体积比较，确定各个方程的系数a，b，c，d；布完矿石后，形成料面К′，比较初始料面形状K和К′，若小于设定的误差σ(0.0001-1)计算终止，若大于σ，将К′的值付给К进行下一轮计算直到收敛。

3.根据权利要求2所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：在炉喉料层部分，每一档位所布的料的料面方程：

z＝ar³+br²+cr+d，

其中，此一元三次方程在其与高炉中心线交点处的斜率定义为料面中心角γ，一元三次方程的拐点处的斜率定义为料面堆角β，一元三次方程在其与运动轨迹方程处的斜率定义为入射角α，α，β，γ由实验测得。

4.根据权利要求2所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：在炉喉料层部分，各个档位的焦炭都布完后，坍塌过后的焦炭形状：

ΔL_C＝3.49×10^-4×E_M-136，

$E_M=\underset{n_1}{\overset{n_2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{V_i}^2+M_{i}g{H}_i,$

其中，ΔL_C:中心部位增加的焦炭厚度mm，E_M：所布矿石的动能与势能之和kgm²s^-2，M_i表示所布矿石质量kg，V_i表示所布矿石到达焦炭料面的速度m/s，H_i表示所布矿石在焦炭料面的落点到中心部位焦炭料面的高度m，n₁，n₂分别表示焦炭开始和结束坍塌时溜槽旋转的圈数。

5.根据权利要求2所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：对各个档位的焦炭和矿石布前和布后的方程进行体积积分，并和给定体积比较，确定各个方程的系数a，b，c，d；布完矿石后，形成料面К′，比较初始料面形状K和К′，若小于设定的误差σ(0.0001-1)计算终止，若大于σ，将К′的值付给К进行下一轮计算直到收敛。

6.根据权利要求1所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：根据冷布料模型实验建立不同风量下，焦炭和矿石的入射角与溜槽倾动角度的函数关系，根据高炉当前的风量修正各个档位料面的堆角，实现炉料径向分布结构的自修正。

7.根据权利要求1所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：根据冷布料模型实验分别建立风量、矿批、焦批及料线对于焦炭坍塌量的函数关系，并根据高炉当前的操作参数实现炉料径向分布结构的自修正。

8.根据权利要求1所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：采集实际布料过程中料罐里焦炭和矿石重量以及溜槽倾动角度的变化，得到焦炭和矿石在各个档位上实际布料的质量，反馈给料层结构模型，得到校正后的布料矩阵设置，并得到实际的料层结构分布。

9.根据权利要求1所述的高炉料层结构径向分布的控制方法，其特征在于：比较当前布料矩阵下矿焦比分布与理想矿焦比的径向分布，以及探尺得到的焦炭和矿石层在测量位置的厚度与模型计算得到的厚度，如果在允许的误差范围外，可以调整布料矩阵设置到矿焦比在合理范围，并按此矩阵进行布料操作。