CN110796305A - 炉缸安全预警方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种炉缸安全预警方法、系统、设备及存储介质，该方法包括：实时采集炉缸的安全状态监测数据；结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；利用炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。本发明通过安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数，按照该安全预警参数定量评估炉缸安全运行状态，能够准确监测炉缸各方面参数，通过提前消除炉缸异常，提高了高炉的安全性，从而实现高效生产。
Description
技术领域
本发明涉及冶金炼铁技术领域，特别是涉及一种炉缸安全预警方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
高炉自身从上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹与炉缸，其中，炉缸呈圆筒形，作为高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排区域，承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部分，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。通过炉缸炉底的侵蚀损坏程度是判断高炉长寿的一个重要衡量标准，炉缸的运行状况直接影响了高炉炉龄的长短，但是由于高炉炉缸炉底区域连续地受到高温渣铁冲刷、侵蚀、高温及热应力破坏，这些恶劣的工作环境都加剧了炉缸炉底的侵蚀损坏，并会使炉缸发生侵蚀烧穿等异常事故。
然而，目前高炉操作人员对炉缸安全运行状况的判断，主要依靠安装在高炉炉缸炉底区域的热电偶和冷却壁传感器监测的温度点进行判断，这种监控方法是依靠温度点来实现对炉缸安全状况的监控，但由于相邻两热电偶之间存在一定的距离，因此该方法存在一定的监控盲区(如图1)，并且对于现代结构复杂的炉缸而言，单一的温度点炉缸预警标准已难以支撑现代高炉炉缸安全预警的需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种炉缸安全预警方法、系统、设备及存储介质，用于解决现有技术中炉缸预警监测不全面，导致炉缸安全预警可信度不高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面，本发明提供一种炉缸安全预警方法，包括：
实时采集炉缸的安全状态监测数据；
结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
本申请的第二方面，提供一种炉缸安全预警系统，包括：
采集模块，用于实时采集炉缸的安全状态监测数据；
安全预警参数生成模块，用于结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
安全预警状态评价参数计算模块，用于利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
诊断模块，用于根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
安全预警模块，用于根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
本申请的第三方面，提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行指令，所述一个或多个处理器执行所述执行指令使得所述电子设备执行上述的炉缸安全预警方法。
本申请的第四方面，提供一种存储介质，存储至少一种程序，其中，所述至少一种程序在被调用时执行上述的炉缸安全预警方法。
如上所述，本发明的炉缸安全预警方法、系统、设备及存储介质，具有以下有益效果：
本发明通过安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数(即炉缸安全预警标准)，按照该安全预警参数定量评估炉缸安全运行状态，能够准确监测炉缸各方面参数，通过提前消除炉缸异常，提高了高炉的安全性，从而实现高效生产。
附图说明
图1显示为本发明实施例提供的炉缸24个扇区温度监控图；
图2显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警方法流程图；
图3显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警方法完整流程图；
图4显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警流程图；
图5显示为本发明实施例提供的炉缸安全诊断结果视图；
图6显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警参数评分视图；
图7显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警系统结构框图；
图8显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警系统完整结构框图；
图9显示为本发明实施例提供的炉缸安全预警设备结构框图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一预设阈值可以被称作第二预设阈值，并且类似地，第二预设阈值可以被称作第一预设阈值，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一预设阈值和预设阈值均是在描述一个阈值，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个预设阈值。相似的情况还包括第一音量与第二音量。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
请参阅图2，为本发明实施例提供的炉缸安全预警方法流程图，包括：
步骤S1，实时采集炉缸的安全状态监测数据；
其中，所述安全状态监测数据包括炉底区域的热电偶与冷却壁传感器的温度点，借助PLC自动化控制系统和OPC接口完成炉缸区域温度点的实时采集。例如，利用温度监测元件完成炉缸炉底区域温度点的采集，实现炉缸段重点温度点、关键炉缸碳砖温度趋势曲线、炉缸段冷却壁热负荷的点、线、面的全方位的监控体系。
步骤S2，结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
其中，所述炉缸安全预警参数包括炉芯温度、炉芯温度偏差趋势、炉缸冷却壁温度、炉缸冷却壁温度偏差、炉缸水温差、炉缸热负荷、凝铁层厚度、碳砖厚度和气隙厚度。
具体地，炉缸侵蚀模型(即，侵蚀曲线，以炉底区域的热电偶与冷却壁传感器的温度点(安全状态监测数据)为基础，利用有限元和设计优化相结合得到炉缸温度场的计算与侵蚀曲线的搜索；参数化建模，利用有限元方法进行温度场计算，确定侵蚀曲线的搜索方法并实现对侵蚀曲线的确定，实时计算凝铁层厚度、碳砖厚度最小值和气隙厚度)；传热学机理(利用传导、对流和热辐射，传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，在无外功输入时，净的热流方向总是由高温处向低温处流动)，其中，在传热学机理基础上安全状态监测数据至少包括炉芯温度、炉芯温度偏差趋势、炉缸冷却壁温度、炉缸冷却壁温度偏差、炉缸水温差、炉缸热负荷。
步骤S3，利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
其中，利用炉缸安全预警状态评价参数S＝Σ(X1*Q1+···+X9*Q9)/9，对炉缸安全运行状况进行定量评定，其中，X为炉缸安全预警参数百分制得分，Q为炉缸安全预警参数对应的权重系数。
步骤S4，根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
其中，对于计算得到的炉缸安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数(即四个炉缸安全预警状态分数)进行匹配，确定诊断结果中的状态等级(安全、平衡、预警或异常)。
步骤S5，根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
其中，按照诊断结果是否有异常参数进行安全预警，从而对异常参数进行预警显示，用于提醒工作人员做出及时响应。
在本实施例中，按照该安全预警参数定量评估炉缸安全运行状态，能够准确监测炉缸各方面参数，通过提前消除炉缸异常，提高了高炉的安全性，从而实现高效生产。
请参阅图3，为本发明实施例提供的炉缸安全预警方法完整流程图，包括：
步骤S1，实时采集炉缸的安全状态监测数据；
步骤S2，结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
步骤S0，根据所述炉缸安全影响程度对所述炉缸安全预警参数划分权重系数；利用所述炉缸的运行状态划分所述炉缸安全预警状态的状态等级，并按照所述状态等级设置炉缸安全预警状态分数；
步骤S3，利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
步骤S4，根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
步骤S5，根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
其中，步骤S0中分析炉缸安全预警参数对炉缸安全的影响程度给出权重，将炉缸安全预警参数权重划分为四个评价等级，详见表1。
该步骤S0中以百分制等级划分炉缸安全预警参数和状态，根据现场炉缸运行状态将炉缸安全预警状态划分为四个等级，依次为安全状态、平衡状态、预警状态和异常状态；例如，安全状态分数大于或等于85分、平衡状态分数大于等于70且小于85分、预警状态大于等于35且小于70分、异常状态小于或等于35分。另外，将炉缸安全预警参数和状态进行百分制等级划分，并对预警参数做判别范围标准，参数判别范围标准针对不同高炉具有差异性，需分别确定。
表1炉缸安全预警参数百分制等级划分
在本实施例中，通过炉缸安全预警参数的百分制等级划分，不仅能够衡量每种参数的状态等级，而且通过炉缸安全预警参数百分制得分X1乘以该参数的权重占比Q1，再对剩余炉缸安全预警参数进行求和，计算得到炉缸安全预警状态评价参数S＝Σ(X1*Q1+···+X9*Q9)/9，采用加权值求和的方式得到炉缸的安全状态等级，便于工作人员全方面的掌控炉缸的工作状态。
请参阅图4，为本发明实施例提供的炉缸安全预警流程图，包括：
采用上述实施例的步骤流程；通过炉缸安全监测元件从炉缸点、线、面全方位监测，读取各个监测点的温度，依据热传学激励得到相应的理论依据，确定出炉缸侵蚀模型，从而在理论依据、各个监测点的温度预警和侵蚀在线预警相结合的前提下得到所述炉缸安全预警参数，利用炉缸安全预警状态评价参数公式对炉缸安全预警参数进行计算，得到相应的分数实现状态分级，从而实现炉缸安全预警目的。
详见图5，为本发明实施例提供的监控炉缸安全状态图，即采用上述实施例的方式对其状态评分，将涉及的异常参数进行显示，例如，图中碳砖厚度最小值为0.89，为异常数据，其正常范围为1.425～2.215，其对应的得分为35，属于异常状态，在此不一一赘述。
详见图6，为图5中监控的炉缸安全预警参数评分画面，按照炉缸安全预警参数采用不同分数阶段使用不同颜色段进行显示，每种炉缸安全预警参数各自对应一条直线，采用在直线上圈点的方式显示各个炉缸安全预警参数的分数值，能够直观地反应出各个炉缸安全预警参数的分数值，便于管理人员监控和查看。
在本实施例中，通过安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警标准，按照该安全预警参数定量评估炉缸安全运行状态，能够准确监测炉缸各方面参数，通过提前消除炉缸异常，提高了高炉的安全性，从而实现高效生产。
请参阅图7，为本发明实施例提供的炉缸安全预警系统结构框图，包括：
采集模块1，用于实时采集炉缸的安全状态监测数据；
安全预警参数生成模块2，用于结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
安全预警状态评价参数计算模块3，用于利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
诊断模块4，用于根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
安全预警模块5，用于根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
请参阅图8，为本发明实施例提供的炉缸安全预警系统完整结构框图，包括：
采集模块1，用于实时采集炉缸的安全状态监测数据；
安全预警参数生成模块2，用于结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
初始设置模块6，用于根据所述炉缸安全影响程度对所述炉缸安全预警参数划分权重系数；并利用所述炉缸的运行状态划分所述炉缸安全预警状态的状态等级，并按照所述状态等级设置炉缸安全预警状态分数；
安全预警状态评价参数计算模块3，用于利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
诊断模块4，用于根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
安全预警模块5，用于根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
在上述实施例中，炉缸安全预警系统和炉缸安全预警方法为一一对应关系，因此，其对应的技术细节与技术效果不在一一赘述。
请参阅图9，为本发明提供一种电子设备(即，炉缸安全预警设备)结构框图，包括：
一个或多个处理器81；
存储器82；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中62并被配置为由所述一个或多个处理器81执行指令，所述一个或多个处理器执行所述执行指令使得所述电子设备执行如上述的炉缸安全预警方法。
所述处理器81可操作地与存储器和/或非易失性存储设备耦接。更具体地，处理器81可执行在存储器和/或非易失性存储设备中存储的指令以在计算设备中执行操作，诸如生成图像数据和/或将图像数据传输到电子显示器。如此，处理器可包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或它们的任何组合。
适用于电子设备中，于实际的实施方式中，所述电子设备例如为包括但不限于笔记本电脑、平板电脑、移动电话、智能手机、媒体播放器、个人数字助理(PDA)、导航仪、智能电视、智能手表、数码相机等等，还包括其中两项或多项的组合。应当理解，本申请于实施方式中描述的电子设备只是一个应用实例，该设备的组件可以比图示具有更多或更少的组件，或具有不同的组件配置。所绘制图示的各种组件可以用硬件、软件或软硬件的组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。在本申请的具体实施方式中，将以所述电子设备为智能手机为例进行说明。
本申请另一实施例中，还公开一种计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质存储至少一种程序，所述至少一种程序在被调用时执行所述炉缸安全预警方法。其中，所述炉缸安全预警方法参阅图1及关于图1的相关描述，在此不加赘述。
另外需要说明的是，通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请的部分或全部可借助软件并结合必需的通用硬件平台来实现。
基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可包括其上存储有机器可执行指令的一个或多个机器可读介质，这些指令在由诸如计算机、计算机网络或其他电子设备等一个或多个机器执行时可使得该一个或多个机器根据本申请的实施例来执行操作。例如执行机器人的控制方法中的各步骤等。机器可读介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(紧致盘-只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。其中，所述存储介质可位于机器人也可位于第三方服务器中，如位于提供某应用商城的服务器中。在此对具体应用商城不做限制，如小米应用商城、华为应用商城、苹果应用商城等。
本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
综上所述，本发明通过安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数(即，炉缸安全预警标准)，按照该安全预警参数定量评估炉缸安全运行状态，能够准确监测炉缸各方面参数，通过提前消除炉缸异常，提高了高炉的安全性，从而实现高效生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种炉缸安全预警方法，其特征在于，包括：
实时采集炉缸的安全状态监测数据；
结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
2.根据权利要求1所述的炉缸安全预警方法，其特征在于，所述安全状态监测数据包括利用炉底区域的热电偶与冷却壁传感器采集的炉缸炉底区域温度点。
3.根据权利要求1所述的炉缸安全预警方法，其特征在于，在所述安全状态监测数据采集的炉缸炉底区域温度点的基础上，结合传热学机理所述炉缸侵蚀模型利用有限元和设计优化相结合得到炉缸安全预警参数。
4.根据权利要求1或3所述的炉缸安全预警方法，其特征在于，所述炉缸安全预警参数包括炉芯温度、炉芯温度偏差趋势、炉缸冷却壁温度、炉缸冷却壁温度偏差、炉缸水温差、炉缸热负荷、凝铁层厚度、碳砖厚度和气隙厚度。
5.根据权利要求1所述的炉缸安全预警方法，其特征在于，所述利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数的步骤之前，包括：根据所述炉缸安全影响程度对所述炉缸安全预警参数划分权重系数；利用所述炉缸的运行状态划分所述炉缸安全预警状态的状态等级，并按照所述状态等级设置炉缸安全预警状态分数。
6.一种炉缸安全预警系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于实时采集炉缸的安全状态监测数据；
安全预警参数生成模块，用于结合所述炉缸的安全状态监测数据、传热学机理与炉缸侵蚀模型建立炉缸安全预警参数；
安全预警状态评价参数计算模块，用于利用所述炉缸安全预警参数以及权重系数计算所述炉缸的安全预警状态评价参数；
诊断模块，用于根据量化的所述安全预警状态评价参数与预设的炉缸安全预警状态分数进行匹配，得到所述炉缸安全预警状态的诊断结果；
安全预警模块，用于根据所述诊断结果判断是否进行安全预警。
7.根据权利要求6所述的炉缸安全预警系统，其特征在于，所述采集模块采集的所述安全状态监测数据包括炉底区域的热电偶与冷却壁传感器的温度点。
8.根据权利要求6所述的炉缸安全预警系统，其特征在于，在所述安全状态监测数据采集的炉缸炉底区域温度点的基础上，结合传热学机理所述炉缸侵蚀模型利用有限元和设计优化相结合得到炉缸安全预警参数。
9.根据权利要求6或8所述的炉缸安全预警系统，其特征在于，所述炉缸安全预警参数包括
炉芯温度、炉芯温度偏差趋势、炉缸冷却壁温度、炉缸冷却壁温度偏差、炉缸水温差、炉缸热负荷、凝铁层厚度、碳砖厚度和气隙厚度。
10.根据权利要求6所述的炉缸安全预警系统，其特征在于，所述安全预警状态评价参数计算模块之前，还包括：
初始设置模块，用于根据所述炉缸安全影响程度对所述炉缸安全预警参数划分权重系数；利用所述炉缸的运行状态划分所述炉缸安全预警状态的状态等级，并按照所述状态等级设置炉缸安全预警状态分数。
11.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器；
以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行指令，所述一个或多个处理器执行所述执行指令使得所述电子设备执行如权利要求1～5任一项所述的炉缸安全预警方法。
12.一种存储介质，其特征在于，存储至少一种程序，其中，所述至少一种程序在被调用时执行如权利要求1-5中任一所述的炉缸安全预警方法。
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