CN106011350A - 一种高炉布料过程料面形状估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉布料过程料面形状估计方法及系统，该方法包括获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；计算各溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；计算第一个溜槽倾角下的料面形状；根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，得到高炉布料过程料面形状估计结果。该系统包括采集模块、横坐标计算模块模块、第一料面形状计算模块、料面形状估计模块。本发明为不同布料制度下料面形状提供计算依据，根据本发明实现高炉内部料面形状准确估计，根据炉况实时调整布料制度，改变炉料分布，提高煤气利用率，使高炉稳定顺行。

Description

一种高炉布料过程料面形状估计方法及系统

技术领域

本发明属于高炉冶炼自动控制领域，特别涉及一种高炉布料过程料面形状估计方法及系统。

背景技术

高炉布料操作是高炉炼铁四大基本操作制度之一，决定着料面的形状和高炉内部炉料的层状分布。直接影响高炉上部的煤气流分布、煤气利用率。通过布料制度来调整料面形状，使高炉内部煤气流合理分布，增加煤气的利用率，达到高产高效的效果，对高炉的稳定顺行有着深远的意义。然而，高炉是一个伴随着高温高压的密闭反应器，正常生产中无法直接对高炉内部进行观察。因而，布料操作中由调节布料矩阵来对料面形状的调整也无法预知。为此，必须建立准确的数学模型，根据布料矩阵对料面形状进行估计，指导操作人员进行合理的布料操作。

专利公开号CN102732659A揭示了一种高炉布料的料面形状的控制方法，提供一种以料面形状为控制对象的高炉布料优化控制系统，通过调节布料矩阵使得料面形状达到理想的料面形状，达到高炉布料的优化控制。其对料面形状的估计采用6点雷达数据，缺陷在于6点雷达数据不能准确估计料面形状，并且目前大部分高炉仍未安装多点雷达装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高炉布料过程料面形状估计方法及系统。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种高炉布料过程料面形状估计方法，包括：

步骤1、获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；

步骤2、计算各溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；

步骤3、计算第一个溜槽倾角下的料面形状；

步骤4、根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，求得的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果。

所述高炉布料过程参数包括：炉料批重、中心喉管长度、节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉喉半径、溜槽长度、溜槽转速、溜槽倾动距、溜槽摩擦系数、料线深度和炉料通过节流阀的时间。

所述炉料参数包括：炉料的平均密度、炉料的内堆角和外堆角。

所述布料矩阵包括：溜槽倾角以及每个溜槽倾角所对应的溜槽旋转圈数。

所述步骤2计算各溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标，包括：

步骤2-1、根据节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉料的批重、炉料的密度、炉料通过节流阀的时间计算炉料离开节流阀的初始速度；

步骤2-2、根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；

步骤2-3、根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；

步骤2-4、根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；

步骤2-5、根据炉料在溜槽末端的速度计算当前溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标。

所述计算第一个溜槽倾角下的料面形状，包括：

步骤3-1、构建基本料面形状；

步骤3-2、构建料面形状与基本料面形状之间的关系即料面形状函数，料面形状函数所描述的料面形状为基本料面形状的叠加；

步骤3-3、构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分；

步骤3-4、根据第一个溜槽倾角下的布料体积约束条件，计算第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标；

步骤3-5、根据第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点坐标和料面形状函数，求解第一个溜槽倾角下的料面形状。

本发明还提供一种高炉布料过程料面形状估计系统，包括：

采集模块，用于获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；

横坐标计算模块模块，用于计算各溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；

第一料面形状计算模块，用于计算第一个溜槽倾角下的料面形状；

料面形状估计模块，用于根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，求得的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果。

所述横坐标计算模块，包括：

第一计算模块，用于根据节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉料的批重、炉料的密度、炉料通过节流阀的时间计算炉料离开节流阀的初始速度；

第二计算模块，用于根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；

第三计算模块，用于根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；

第四计算模块，用于根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；

第五计算模块，用于根据炉料在溜槽末端的速度计算当前溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标。

所述第一料面形状计算模块，包括：

第一构建模块，用于构建基本料面形状；

第二构建模块，用于构建料面形状与基本料面形状之间的关系即料面形状函数，料面形状函数所描述的料面形状为基本料面形状的叠加；

第三构建模块，用于构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分；

纵坐标计算模块，用于根据第一个溜槽倾角下的布料体积约束条件，计算第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标；

料面形状求解模块，用于根据第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点坐标和料面形状函数，求解第一个溜槽倾角下的料面形状。

有益效果：

本发明为不同布料制度下料面形状提供了计算依据，操作人员可根据本发明提供的方法及系统，实现高炉内部料面形状的准确估计，根据炉况实时调整布料制度，改变炉料的分布。提高煤气利用率，使高炉稳定顺行，高产高效。

附图说明

图1为串罐无钟高炉布料炉料运动过程示意图；

图2为本发明具体实施方式中基本料面形状截面图；

图3为本发明具体实施方式中第一个倾角下料面形状截面图；

图4为本发明具体实施方式中多环布料料面的增长机理截面图；

图5为本发明具体实施方式中多环布料料面形状估计仿真图；

图6为本发明具体实施方式中高炉布料过程料面形状估计方法流程图；

图7为本发明具体实施方式中步骤2流程图；

图8为本发明具体实施方式中步骤3流程图；

图9为本发明具体实施方式中高炉布料过程料面形状估计系统框图；

图10为本发明具体实施方式中高炉布料过程料面形状估计系统横坐标计算模块框图；

图11为本发明具体实施方式中高炉布料过程料面形状估计系统第一料面形状计算模块框图。

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。

针对如图1所示的2650m³串罐无钟式高炉，炉料经传送带依次到达上料罐、下料罐、中心喉管和旋转溜槽，最终炉料布向炉喉内部。将炉料运动过程看作质点流，应用牛顿力学进行分析，求出料堆的堆尖点横坐标。将高炉中心设为坐标原点，初始料面设为水平面。根据炉料的布料矩阵求出最终料面形状。

为保证计算的可行性，对布料过程中炉料的状态做如下假设：

1)炉料在运动过程中体积恒定；

2)炉料恰好在溜槽规定圈数内完成布料，即溜槽在每一圈所布炉料体积相等；

3)不考虑溜槽的螺线过程，即炉料在炉内沿圆周方向以环状成中心对称分布；

4)基本料面形状由两条线段组成；

5)忽略布料过程中炉料的下降；

6)忽略炉料颗粒大小不同对料面形状的影响；

本实施方式提供一种高炉布料过程料面形状估计方法，如图6所示，包括：

步骤1、获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；

高炉布料过程参数包括：炉料批重M、中心喉管长度H、节流阀开度κ、组成节流阀的半球形料阀的半径R₁、炉喉半径R、溜槽长度L、溜槽转速w、溜槽倾动距b、溜槽摩擦系数μ、料线深度h₀和炉料通过节流阀的时间T。

炉料参数包括：炉料的平均密度ρ、炉料的内堆角和外堆角

布料矩阵包括：溜槽倾角α＝[α₁，α₂，...，α_i，...α_n]，10°≤α_i≤45°以及每个溜槽倾角所对应的溜槽旋转圈数m＝[m₁，m₂，...，m_i，...m_n]。

步骤2、计算各溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；

具体步骤如图7所示，包括：

步骤2-1根据节流阀开度κ、组成节流阀的半球形料阀的半径R₁、炉料的批重M、炉料的密度ρ、炉料通过节流阀的时间T计算炉料离开节流阀的初始速度v₀；

S₀＝2R₁ ²sin²κ (1)

$v_0=\frac{M}{{\mathrm{\ρS}}_{0}T}---\left(2\right)$

式中，S₀为节流阀横截面积。

步骤2-2、根据炉料离开节流阀的初始速度v₀计算炉料在中心喉管末端的速度v₁；

炉料经过中心喉管可以近似看成炉料做自由落体运动，只受重力作用，下落高度为中心喉管长度H，满足如下关系：

$v_1=\sqrt{v_0^2+2gH}---\left(3\right)$

式中，g＝9.8m/s²为重力加速度。

步骤2-3、根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度v₂；

炉料在与溜槽撞击的过程中速度将有损失，且方向将发生变化，满足如下关系：

v₂＝k cosαv₁ (4)

式中，k为炉料碰撞速度衰减系数，k＝0.8。

步骤2-4、根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度v₃；

炉料在溜槽上运动时，分别受到自身重力、溜槽的支持力、摩擦力、科氏力以及由溜槽旋转引起的离心力，将这些力进行分解，炉料将沿溜槽方向做加速运动，满足如下关系：

$v_3=\sqrt{4{\mathrm{\π}}^2{w}^2(L-\frac{b}{tan\mathrm{\α}})(sin\mathrm{\α}+\mathrm{\μ}cos\mathrm{\α})+2g(L-\frac{b}{tan\mathrm{\α}})(cos\mathrm{\α}-\mathrm{\μ}sin\mathrm{\α})+v_2^2}---\left(5\right)$

步骤2-5、根据炉料在溜槽末端的速度计算当前溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标x_n。

炉料离开溜槽后受重力和上升煤气的拽力作用，在空区中做斜抛运动，由于煤气的拽力较小可忽略不记。故可近似认为炉料只受到重力。由运动学方程得到料堆堆尖点横坐标为：

$x_n=\frac{v_3^2{\sin }^2\mathrm{\α}}{g}(\sqrt{\frac{1}{{\tan }^2\mathrm{\α}}+\frac{2g}{v_3^2{\sin }^2\mathrm{\α}}\left(\right(L-\frac{b}{\tan \mathrm{\α}})(1-\cos \mathrm{\α})+h_0}-\frac{1}{\tan \mathrm{\α}})+(L-\frac{b}{\tan \mathrm{\α}})\sin \mathrm{\α}---\left(6\right)$

步骤3、计算第一个溜槽倾角下的料面形状；

具体步骤如图8所示，包括：

步骤3-1、构建基本料面形状；

如图2所示，炉料在炉喉中的料面形状的截面轮廓可近似看作由直线CB、CA组成，炉料的内外堆角为这两条直线与水平面的夹角。构建基本料面形状的函数为：

式中，m＝1为溜槽旋转圈数，线段BCA为基本料面形状，(x_n，y_h)为炉料所形成料堆堆尖点C坐标，r_L为直线CB与水平线OL交点的横坐标，r_R为直线CA与炉墙交点的横坐标。

步骤3-2、构建料面形状与基本料面形状之间的关系即料面形状函数，料面形状函数所描述的料面形状为基本料面形状的叠加；

料面形状主要由布料矩阵决定，最终的料面形状为基本料面形状的叠加，构建料面形状函数如下：

$\mathrm{\γ}\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\ψ}(x,{\mathrm{\α}}_i,m_i)---\left(8\right)$

式中，γ(x)为料面形状函数，α＝[α₁，α₂，...，α_i，...α_n]为溜槽倾角，m＝[m₁，m₂，...，m_i，...m_n]为对应溜槽倾角的溜槽旋转圈数。

步骤3-3、构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分；

由于炉料在运动过程中体积不发生变化，故输出的料面形状与初始料面形状(水平面)之间炉料的体积与炉料进入上料罐的体积相等，炉料体积满足如下约束：

V＝M/ρ (9)

$V={\∫}_0^{R}2\mathrm{\π}x\mathrm{\γ}\left(x\right)dx={\∫}_0^{R}2\mathrm{\π}x\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\mathrm{\ψ}(x,{\mathrm{\α}}_i,m_i)dx---\left(10\right)$

式中，V为炉料体积。

根据公式(9)、(10)构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分：

布料体积约束条件如下：

式中，m_i为第i个溜槽倾角下溜槽旋转圈数，γ_i(x)为第i个溜槽倾角下的料面形状。

步骤3-4、根据第一个溜槽倾角下的布料体积约束条件，计算第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标；

第一个溜槽倾角下炉料满足的体积约束如下：

随着布料的进行，料堆高度y_h1逐渐增加。布料完成时，通过迭代炉料堆尖高度y_h1，可求得第一个溜槽倾角下所形成料堆堆尖的高度y_h1即第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标，则堆尖点C₁ C₁(x_n1，y_h1)可唯一确定。又由于炉料的内外堆角不变，故直线C₁B₁和直线C₁A₁的斜率不变，已知直线上一点和其斜率可唯一确定一条直线。则可唯一求得左右料面与初始料面的交点B₁、A₁。即可得到其横坐标r_L1、r_R1。

步骤3-5、根据第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点坐标和料面形状函数，求解第一个溜槽倾角下的料面形状。

如图3所示，设定高炉中心为坐标原点，直线OL所在的水平面为初始料面，则根据公式(7)、(8)可得第一个溜槽倾角下的料面形状为：

式中，(x_n1，y_h1)为第一个溜槽倾角下所形成料堆堆尖点C₁的坐标，r_L1为直线C₁B₁与初始料面交点的横坐标，r_R1为直线C₁A₁与初始料面交点的横坐标。

步骤4、根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，求得的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果。

如图4所示，随着第二个溜槽倾角下布料的进行，料堆高度y_h2逐渐增加。通过不断改变炉料堆尖高度y_h2，使其满足公式(11)，可求得第二个溜槽倾角下炉料堆尖的高度y_h2即第二个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标，则堆尖点C₂(x_n2，y_h2)可唯一确定，又由于炉料的内外堆角不变，故直线C₂B₂和直线C₂A₂的斜率不变，则可唯一求得第二个溜槽倾角下炉料形成的左右料面与第一个溜槽倾角下料面的交点B₂、A₂。即可得到r_L2，r_R2。故可得第二个溜槽倾角下的料面形状γ₂(x)。同理，可依次求得第三到第n个溜槽倾角下的料面形状。

多环布料为每一个溜槽倾角下所布炉料料面形状的叠加，当前料面形状将作为下一圈布料的初始料面形状，即第一个溜槽倾角下的料面形状将作为第二圈布料的初始料面形状，以下为布完第二个溜槽倾角到布完第n个溜槽倾角后的料面形状。

第二个及第n个溜槽倾角下的料面形状分别为：

式中，(x_ni，y_ni)为第i个溜槽倾角下所形成料堆堆尖点坐标，γ_i(x)为第i个溜槽倾角下的料面形状。r_Li、r_Ri为第i个溜槽倾角下所布炉料与上一料面γ_i-1(x)在堆尖点(x_ni，y_ni)左右两侧交点B_i、A_i的横坐标。

最终估计的料面形状与最后一个溜槽倾角下的料面形状相同。

本实施方式还提供一种高炉布料过程料面形状估计系统，如图9所示，包括：

采集模块，用于获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；

横坐标计算模块模块，用于计算各溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；

第一料面形状计算模块，用于计算第一个溜槽倾角下的料面形状；

料面形状估计模块，用于根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，求得的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果。

如图10所示，所述横坐标计算模块，包括：

第一计算模块，用于根据节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉料的批重、炉料的密度、炉料通过节流阀的时间计算炉料离开节流阀的初始速度；

第二计算模块，用于根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；

第三计算模块，用于根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；

第四计算模块，用于根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；

第五计算模块，用于根据炉料在溜槽末端的速度计算当前溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标。

如图11所示，所述第一料面形状计算模块，包括：

第一构建模块，用于构建基本料面形状；

第二构建模块，用于构建料面形状与基本料面形状之间的关系即料面形状函数，料面形状函数所描述的料面形状为基本料面形状的叠加；

第三构建模块，用于构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分；

纵坐标计算模块，用于根据第一个溜槽倾角下的布料体积约束条件，计算第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标；

料面形状求解模块，用于根据第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点坐标和料面形状函数，求解第一个溜槽倾角下的料面形状。

本实施方式中炉料为焦炭，进行多环布料仿真，得出高炉布料过程料面形状估计结果。

如表1所示，炉料批重为14吨，焦炭的堆密度为ρ＝550kg/m³，布料时间及炉料通过节流阀的时间为75s。由布料矩阵和公式(1)～(6)可得每一个倾角下所布炉料堆尖位置的横坐标x_n。

表1高炉布料过程数据

多环布料仿真：

多环布料可以看为每一个倾角下所布炉料的叠加。给定布料矩阵，溜槽倾角为α＝[37，34，32，28，21]，对应溜槽倾角的溜槽旋转圈数m＝[3，2，2，2，1]，炉料批重为14吨，则溜槽共旋转10圈，则布料过程为75秒，原料为焦炭，以高炉中心为坐标原点，初始料面为水平面。

由公式(1)～(6)可得溜槽在第一个溜槽倾角37度时，所布炉料堆尖的横坐标x_n1为3.32m。

由公式(12)所述体积约束条件迭代出y_h1，则可得到第一个溜槽倾角下的所形成料堆堆尖点坐标C₁(x_n1，y_h1)。r_L1、r_R1可根据直线C₁B₁与直线C₁A₁与水平线的交点求得，则得到第一个溜槽倾角下的料面形状。

由公式(13)得第一个溜槽倾角下的料面形状为：

第二个到第五个溜槽倾角下的料面形状：

由布料矩阵和公式(1)～(6)可得第二个溜槽倾角下所形成料堆堆尖点横坐标x_n2为3.01m，初始料面为γ₁(x)，料面的形成过程如图4所示，炉料沿堆尖逐渐长大。根据公式(14)得第二个溜槽倾角下的料面形状

由体积约束条件迭代出y_h2。r_L2、r_R2可根据直线C₂B₂与直线C₂A₂与γ₁(x)的交点求得，由此可得第二个溜槽倾角下的料面形状。

同理，可求得第三到第五个溜槽倾角下的料面形状，得最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果为：

多环布料的料面形状如图5所示。

本发明提供的高炉布料过程料面形状估计方法及系统，可根据布料矩阵实时确定料面形状，对高炉布料操作具有重要的指导意义。

Claims (9)

1.一种高炉布料过程料面形状估计方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；

步骤2、计算各溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；

步骤3、计算第一个溜槽倾角下的料面形状；

步骤4、根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，求得的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉布料过程参数包括：炉料批重、中心喉管长度、节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉喉半径、溜槽长度、溜槽转速、溜槽倾动距、溜槽摩擦系数、料线深度和炉料通过节流阀的时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炉料参数包括：炉料的平均密度、炉料的内堆角和外堆角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述布料矩阵包括：溜槽倾角以及每个溜槽倾角所对应的溜槽旋转圈数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2计算各溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标，包括：

步骤2-1、根据节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉料的批重、炉料的密度、炉料通过节流阀的时间计算炉料离开节流阀的初始速度；

步骤2-2、根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；

步骤2-3、根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；

步骤2-4、根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；

步骤2-5、根据炉料在溜槽末端的速度计算当前溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3计算第一个溜槽倾角下的料面形状，包括：

步骤3-1、构建基本料面形状；

步骤3-2、构建料面形状与基本料面形状之间的关系即料面形状函数，料面形状函数所描述的料面形状为基本料面形状的叠加；

步骤3-3、构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分；

步骤3-4、根据第一个溜槽倾角下的布料体积约束条件，计算第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标；

步骤3-5、根据第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点坐标和料面形状函数，求解第一个溜槽倾角下的料面形状。

7.一种高炉布料过程料面形状估计系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于获取高炉布料过程参数、炉料参数和布料矩阵；

横坐标计算模块模块，用于计算各溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；

第一料面形状计算模块，用于计算第一个溜槽倾角下的料面形状；

料面形状估计模块，用于根据各溜槽倾角下炉料满足的体积约束、前一个溜槽倾角下的料面形状和基本料面的料面形状，依次迭代求出第二个溜槽倾角到布完第n个各溜槽倾角下的料面形状，求得的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即高炉布料过程料面形状估计结果。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述横坐标计算模块，包括：

第一计算模块，用于根据节流阀开度、组成节流阀的半球形料阀的半径、炉料的批重、炉料的密度、炉料通过节流阀的时间计算炉料离开节流阀的初始速度；

第二计算模块，用于根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；

第三计算模块，用于根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；

第四计算模块，用于根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；

第五计算模块，用于根据炉料在溜槽末端的速度计算当前溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一料面形状计算模块，包括：

第一构建模块，用于构建基本料面形状；

第二构建模块，用于构建料面形状与基本料面形状之间的关系即料面形状函数，料面形状函数所描述的料面形状为基本料面形状的叠加；

第三构建模块，用于构建每个溜槽倾角下的布料体积约束条件，即每个溜槽倾角下的布料体积等于该溜槽倾角下料面形状与上一溜槽倾角下料面形状间隔的体积积分；

纵坐标计算模块，用于根据第一个溜槽倾角下的布料体积约束条件，计算第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点纵坐标；

料面形状求解模块，用于根据第一个溜槽倾角下炉料所形成料堆堆尖点坐标和料面形状函数，求解第一个溜槽倾角下的料面形状。