CN113621747A

CN113621747A - 一种高炉布料调剂方法

Info

Publication number: CN113621747A
Application number: CN202110959299.3A
Authority: CN
Inventors: 李佳; 陈帅; 唐志文; 罗石元
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2021-11-09

Abstract

本发明公开了一种高炉布料调剂方法。该方法采用一种高炉布料调剂系统进行监控调剂，所述高炉布料调剂系统包括溜槽、雷达测量组件、驱动电机、计算机控制单元，所述雷达测量组件在驱动电机控制下可自由转动，所述计算机控制单元分别与雷达测量组件、驱动电机相连，所述雷达测量系统置于炉顶椎台内侧；该系统及方法可以实现高炉关键参数可视化，加快炉料和煤气流之间的还原效率，这将极大加快高炉回复的速度与质量。

Description

一种高炉布料调剂方法

技术领域

本发明涉及高炉测量设备技术领域，具体地说是一种高炉布料调剂方法。

背景技术

高炉炉顶是利用无料钟装置实现高炉布料控制的，无料钟设备用齿轮箱通过溜槽将炉料布入炉内，布料时一般采用矿-焦模式，也就是焦炭、矿石分别交替布入炉内，炉料进入炉内后会在炉顶形成一个带平台的“V”型料面形状，一般而言，料面形状比较规整、均衡，料面高度基本统一，但因各种原因料面形状有时也会发生变形，如偏料、滑料、管道、崩料等都会破坏料面的均衡，一旦料面均衡受到破坏，就会改变炉内煤气流分布，恶化高炉冶炼的顺利进行，处理高炉异常的有效手段之一就是尽快将料面形状恢复到正常料面。

目前料面调整一般借助于一些监测信息进行。文献1是一种借助于炉顶上升管温度特征来进行料面调剂的技术，该技术首先对4根上升管温度曲线进行模式识别，评估上升管温度的状态，间接评价炉料料面状况，从而实现料面的调整，这个过程一般很缓慢，只有4个上升管温度曲线差异很大时才会采取一些布料的小调整，因难以确定具体的偏差位置，即使调整布料效果也是很有限。

文献2中描述了一种利用十字测温调整布料的方法，十字测温只能测量料面以上2m左右的煤气流温度，煤气流温度分布和料面状况之间很难有确定的对应关系，这是一种基于经验的料面调整模式，只能评估大的状态，对于布料的真实状况难以把握。

文献3中描述了一种利用机械扫描雷达实现料面评估的方法，该方法只能在规定炉喉半径上实现扫描，对于异常炉况、异常料面而言，测量结果往往和实际状况差异巨大。

文献4提供了一种利用相控阵雷达实现料面测量的技术，相控阵技术可以实现整个料面的测量，应该可以据此进行料面测量，并及时进行料面调整，可惜的是该技术仍处于研发试验阶段，技术可行性没问题，但在工程化的过程中仍有很多问题需要解决，如雷达天线伸入炉内的冲刷、保护、粉尘黏附等问题，都需要进行认真研究，该技术投入商业运行仍有时日。

如文献1，文献2，文献3、文献4中所示，目前及时修复均衡料面面临着两个困难，其一是检测评估难。在实际的高炉操作中，高炉是个密闭的“黑匣子”，其料面分布难以定位，只能通过炉顶上升管温度分布、十字测温、或有限的炉顶红外信息评估炉顶气流分布状况，这些方法费时、费力，一旦料面出现异常，难以借助这些方法实现及时的料面修正。其二是处理难，无料钟理论上具有单环、多环、定点、扇形等布料模式，在日常操作中只使用了一种多环布料，单环布料用得极少，定点、扇形更是几乎不用，关键还是定位难。

在现实布料过程中即使发生了料面变形，调整模式也是利用正常布料，加快布料节奏，用布料的自然属性实现布料料面的自修正，这种模式费时，延迟了高炉恢复正常状态的时间，对于大的失常，高炉一般需要经过8个小时以上才能实现高炉的基本恢复。

上述诸多技术问题，是该技术领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种利高炉布料调剂方法。该装置及方法可以实现高炉关键参数可视化，加快炉料和煤气流之间的还原效率，这将极大加快高炉回复的速度与质量。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种高炉布料调剂方法，采用一种高炉布料调剂系统进行监控调剂，

所述高炉布料调剂系统包括溜槽、雷达测量组件、驱动电机、计算机控制单元，所述雷达测量组件在驱动电机控制下可自由转动，所述计算机控制单元分别与雷达测量组件、驱动电机相连，所述雷达测量组件置于高炉炉体上部椎台处；

所述高炉布料调剂方法包括以下步骤：

步骤一：高炉通过焦炭、矿石交替装入炉顶，形成待观测的料面分布；

步骤二：设定雷达要观测料面时的扫描轨迹，正常布料状态下，每过一个间隔周期，用雷达测量组件设定轨迹的进行扫描，每次扫描过程中，雷达均以不同半径的圆为轨迹，来测定高炉圆周方向的料面形状；

步骤三：保存扫描获取的料面三维坐标，将坐标连成空间曲线，作为观测的料面结果；

步骤四：评估料面特征，当发现料面不均匀程度超过临界值，认定为料面异常变形，并确定料面变形的位置、程度；

步骤五：对认定为异常变形的料面，采用定区域的扇形布料方式在塌落部位集中布料，填充料面变形，一方面补齐塌落的料面，另一方面用焦炭来补充因塌落而造成的能量及还原负担；

步骤六：进行定向布料调剂后，再用雷达进行圆周方向的扫描，用扫描结果评估料面调整效果，如果料面变形未超过临界值，则停止料面修正，转入正常布料，否则继续进行料面修正，直到料面恢复正常后，开启正常布料模式，每过一个间隔周期，用雷达测量组件进行监控扫描。

进一步地，所述雷达测量组件包括轨迹发生单元、链接机构、喇叭天线单元，所述轨迹发生单元与链接机构相连，所述链接机构与喇叭天线单元，所述轨迹发生单元通过链接机构驱动喇叭天线单元的旋转运动。

进一步地，所述轨迹发生组件包括曲柄摇杆机构，包括机架、摇杆、连杆、曲柄，驱动电机控制摇杆转动，从而带动曲柄在一定范围摆动，所述曲柄内设有滑槽；

所述喇叭天线单元底部设有信号收发器，喇叭天线单元中部设有万向节，所述喇叭天线单元上部设有滑移通道，喇叭天线单元以万向节为中心进行不同幅度的旋转，实现不同轨迹的扫描；

所述链接机构为杆状物，链接机构的顶部可滑动地置于曲柄的滑槽内，所述链接机构底部可滑动地置于喇叭天线单元顶部；链接机构将曲柄的轨迹传递到喇叭天线单元。

进一步地，所述驱动电机为伺服电机。

进一步地，所述链接机构上部连有轻型马达与丝杆，并在轻型马达与丝杆的驱动下滑动于曲柄的滑槽内。

进一步地，所述步骤二中一个间隔周期为2小时。

该专利利用设定轨迹的机械扫描雷达来实现布料均衡形的评估，避免了利用炉顶十字测温、上升管温度、炉顶红外图像等所带来的模糊性及随意性，同时在精确评估料面变形的基础上，精确启用扇形布料功能，实现料面形状的精确修复，利用该专利可以在最短时间内补齐料面，从而可以使后续布料能以一种正常模式进行分布，确保O/C比分布的正常，一个正常的O/C比分布是可以确保高炉煤气流正常分布的，高炉操作必须节省焦炭消耗，较少炉况波动，提升能量利用效率，减少CO₂排放。

利用铰链四杆机构实现预定轨迹扫描机构；然后利用预定轨迹的机械扫描雷达实现对特定料面的扫描、定位。最后完成精确评估料面状态后，有针对性地采用定点、扇形等布料模式，可以在20-30min内实现高炉料面的调整，将料面调整到均衡状态，料面的分布决定了炉内气流分布的状态，只有均衡、稳定的料面才能实现可靠、均衡的气流分布，使煤气流与炉料发生合理接触，一方面加热炉料，另一方面研究与布料调剂密切的气流评估、炉型管理，实现高炉关键参数可视化，加快炉料和煤气流之间的还原效率，这将极大加快高炉回复的速度与质量。

附图说明

图1为本发明一种高炉布料调剂方法中高炉布料调剂系统的原理示意图；

图2为本发明中轨迹发生单元的结构示意图；

图3为本发明中雷达测量组件、链接机构、轨迹发生单元处的连接结构示意图；

图4为本发明中雷达测量组件的结构示意图；

图中附图标记如下：

1-溜槽；2-雷达测量组件；21-轨迹发生单元；211-机架；212-摇杆；213-连杆；214-曲柄；22-链接机构；23-喇叭天线单元；231-滑移通道；232-万向节；233-信号收发器；24-万向节支撑架；3-驱动电机；4-计算机控制单元；5-高炉炉体；6-料罐；7-料面。

具体实施方式

为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。

本发明一种高炉布料调剂方法，采用一种高炉布料调剂系统进行监控调剂，图1、图2、图3及图4中所示的是本发明所述一种高炉布料调剂方法中涉及的高炉布料调剂系统的结构及原理图。

所述高炉布料调剂系统包括溜槽1、雷达测量组件2、驱动电机3、计算机控制单元4，所述雷达测量组件2在驱动电机3控制下可自由转动，所述计算机控制单元4分别与雷达测量组件2、驱动电机3相连，所述雷达测量组件2置于高炉炉体5上部椎台处；料罐6置于高炉炉体5上方，溜槽1置于料罐6下方；

所述高炉布料调剂方法包括以下步骤：

步骤一：高炉通过焦炭、矿石交替装入炉顶，形成待观测的料面7分布；

步骤二：设定雷达要观测料面7时的扫描轨迹，正常布料状态下，每过一个间隔周期，用雷达测量组件2设定轨迹的进行扫描，每次扫描过程中，雷达测量组件2均以不同半径的圆为轨迹，来测定高炉圆周方向的料面形状；

步骤三：保存扫描获取的料面7三维坐标，将坐标连成空间曲线，作为观测的料面结果；

步骤四：评估料面特征，当发现料面7不均匀程度超过临界值，认定为料面7异常变形，并确定料面7变形的位置、程度；

步骤五：对认定为异常变形的料面，采用定区域的扇形布料方式在塌落部位集中布料，填充料面变形，一方面补齐塌落的料面7，另一方面用焦炭来补充因塌落而造成的能量及还原负担；

步骤六：进行定向布料调剂后，再用雷达测量组件2进行圆周方向的扫描，用扫描结果评估料面7调整效果，如果料面变形未超过临界值，则停止料面修正，转入正常布料，否则继续进行料面修正，直到料面恢复正常后，开启正常布料模式，每过一个间隔周期，用雷达测量组件2进行监控扫描。

所述雷达测量组件2可采用现有技术中多种技术组合，只要能实现雷达可控制其转动即可，例如，该雷达测量组件2可包括轨迹发生单元21、链接机构22、喇叭天线单元23，所述轨迹发生单元21与链接机构22相连，所述链接机构22与喇叭天线单元23，所述轨迹发生单元21通过链接机构驱动喇叭天线单元23的旋转运动。

所述轨迹发生组件21可以是曲柄摇杆机构，包括机架211、摇杆212、连杆213、曲柄214，可在图2中A处设置齿轮与驱动电机3连接，驱动电机3控制摇杆212转动，从而带动曲柄在一定范围摆动，所述曲柄214内设有滑槽；

所述喇叭天线单元23底部设有信号收发器233，喇叭天线单元23中部设有万向节232，所述喇叭天线单元23上部设有滑移通道231，喇叭天线单元23以万向节232为中心进行不同幅度的旋转，实现不同轨迹的扫描；万向节232可安装于万向节支撑架24处，而万向节支撑架24可置于高炉炉体5上部椎台处的雷达通道处。

所述链接机构22为杆状物，链接机构22的顶部可滑动地置于曲柄214的滑槽内，所述链接机构22底部可滑动地置于喇叭天线单元23顶部；链接机构22将曲柄214的轨迹传递到喇叭天线单元23。

所述驱动电机3可以采用伺服电机。

所述链接机构22上部可以动力装置，并在动力装置的驱动下滑动于曲柄214的滑槽内。该动力装置可以采用现有技术中的多种方式，例如采用轻型马达与丝杆。

所述步骤二中一个间隔周期可以根据实际需要而定，例如可以为2小时。

下面是关于高炉布料调剂方法的一个实施例，其中涉及高炉布料调剂方法的一些具体实践过程。

一个3200m³高炉，炉顶圆周半径4.5m，假设由于炉况失常造成了2m的料面偏差。

1.用机械扫描雷达对整个料面进行圆周扫描。

1.1每隔0.5m扫描一次，在4.0、3.5、3.0、2.5、2.0的位置共扫描5次，形成5条同心圆环形曲线。

1.2将这五条曲线连成三维曲面，作为实测曲面。

2.将高炉圆周方向8等分，分别计算每个扇形的不均衡系数α_ji，如下所示：

如α_ji(j＝1，2，...8；i＝1，2，...5)在一个可以接受的范围内，则料面正常。

这里将临界值δ取2.0m。

3.如果α_ji(j＝1，2，...8；i＝1，2，...5)＞δ(2.0m)

则需对j对应的位置进行补偿。

a<sub>ji</sub>＞8m	补偿80吨焦炭
		8m＞a<sub>ji</sub>＞5m	补偿50吨焦炭
5m＞a<sub>ji</sub>＞3m	补偿30吨焦炭
		3m＞a<sub>ji</sub>＞2m	补偿20吨焦炭

在j方位用扇形布料进行补偿。

4.如果α_ji(j＝1，2，...8；i＝1，2，...5)＜2.0m，认定料面正常，则转入正常布料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高炉布料调剂方法，其特征在于：采用一种高炉布料调剂系统进行监控调剂，

所述高炉布料调剂方法包括以下步骤：

步骤二：设定雷达要观测料面时的扫描轨迹，正常布料状态下，每过一个间隔周期，用雷达测量组件设定轨迹的进行扫描，每次扫描过程中，雷达测量组件均以不同半径的圆为轨迹，来测定高炉圆周方向的料面形状；

步骤六：进行定向布料调剂后，再用雷达测量组件进行圆周方向的扫描，用扫描结果评估料面调整效果，如果料面变形未超过临界值，则停止料面修正，转入正常布料，否则继续进行料面修正，直到料面恢复正常后，开启正常布料模式，每过一个间隔周期，用雷达测量组件进行监控扫描。

2.根据权利要求1所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述雷达测量组件包括轨迹发生单元、链接机构、喇叭天线单元，所述轨迹发生单元与链接机构相连，所述链接机构与喇叭天线单元，所述轨迹发生单元通过链接机构驱动喇叭天线单元的旋转运动。

3.根据权利要求2所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述轨迹发生组件包括曲柄摇杆机构，包括机架、摇杆、连杆、曲柄，驱动电机控制摇杆转动，从而带动曲柄在一定范围摆动，所述曲柄内设有滑槽。

4.根据权利要求2所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述喇叭天线单元底部设有信号收发器，喇叭天线单元中部设有万向节，所述喇叭天线单元上部设有滑移通道，喇叭天线单元以万向节为中心进行不同幅度的旋转，实现不同轨迹的扫描。

5.根据权利要求3所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述链接机构为杆状物，链接机构的顶部可滑动地置于曲柄的滑槽内，所述链接机构底部可滑动地置于喇叭天线单元顶部。

6.根据权利要求2所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述链接机构上部连有马达与丝杆，并在马达与丝杆的驱动下滑动于曲柄的滑槽内。

7.根据权利要求1所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机。

8.根据权利要求1所述的高炉布料调剂方法，其特征在于：所述步骤二中一个间隔周期为2小时。