專(zhuān)利名稱(chēng)：基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法屬于高爐煉鐵自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煉鐵領(lǐng)域占整個(gè)冶金行業(yè)總能耗的70%，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)煉鐵領(lǐng)域節(jié)能減排的一個(gè)關(guān)鍵因素是保障高爐爐內(nèi)煤氣流的合理分布。爐頂布料又是調(diào)節(jié)煤氣流分布的重要手段。無(wú)料鐘爐頂布料方式有單環(huán)布料、多環(huán)布料、扇形布料和定點(diǎn)布料等四種。扇形布料和定點(diǎn)布料屬于在特殊情況下進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)的布料方式。由于多環(huán)布料相對(duì)單環(huán)布料而言，調(diào)節(jié)手段豐富，更能充分發(fā)揮無(wú)鐘爐頂布料的優(yōu)越性，所以多環(huán)布料得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，到目前為止，針對(duì)當(dāng)前的煤氣流分布，如何選擇多環(huán)布料中的調(diào)節(jié)手段(環(huán)數(shù)、溜槽傾角和布料圈數(shù)等)，即如何設(shè)置布料矩陣，一直都沒(méi)有一個(gè)理論上較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x擇方案。為了提高煤氣利用率、降低焦比并實(shí)現(xiàn)爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定，重慶鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司申請(qǐng)了專(zhuān)利《高爐溜槽多環(huán)布料方法》(CN101250602A)和《高爐無(wú)鐘爐頂布料方法》 (CN101285108A)。從這些專(zhuān)利中可以看出，在布料方式選擇上，通常是根據(jù)爐長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合布料模型分析，進(jìn)行布料矩陣選擇的。事實(shí)上，目前我國(guó)高爐布料控制中，普遍都是采用依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、爐長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)及基于經(jīng)驗(yàn)建立的專(zhuān)家系統(tǒng)，進(jìn)行布料操作的方式。值得肯定的是，專(zhuān)家系統(tǒng)的使用在提高煤氣利用率、降低焦比、避免高爐故障和保障正常生產(chǎn)等方面，起到了非常重要的作用。然而，使用這種方法進(jìn)行布料操作，是不可能根據(jù)當(dāng)前的煤氣流分布信息進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)布料矩陣的。也就是說(shuō)，高爐通常會(huì)長(zhǎng)期采用同一個(gè)布料矩陣進(jìn)行布料操作，只有當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)表明高爐煤氣流分布趨于惡化時(shí)，爐長(zhǎng)才會(huì)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜蚁到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這意味著，高爐煤氣流分布并不始終處于合理的狀態(tài)，而是處于“合理——惡化——合理”的反復(fù)狀態(tài)。因此，有必要設(shè)計(jì)一套高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，根據(jù)當(dāng)前煤氣流分布實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)布料矩陣，使高爐煤氣流分布始終處于合理，進(jìn)一步提高煤氣利用率和降低焦比，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提供一套高爐布料閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，保障煤氣流分布始終處于當(dāng)前最佳的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定順行、提高煤氣利用率、降低焦炭以及節(jié)能減排的目的。該設(shè)計(jì)方法可與多點(diǎn)雷達(dá)和布料執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，構(gòu)成無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的具體方案如下基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，包含如下步驟(1)基于雷達(dá)數(shù)據(jù)和布料模型準(zhǔn)確估計(jì)料面形狀；(2)建立準(zhǔn)確反映實(shí)際煤氣流分布的礦焦比分布數(shù)學(xué)模型；
(3)建立期望礦焦比分布數(shù)學(xué)模型；(4)根據(jù)期望礦焦比分布曲線，計(jì)算下次布料應(yīng)達(dá)到的期望礦石料面形狀和焦炭料面形狀，然后依據(jù)布料矩陣設(shè)置策略，得到下次布料應(yīng)達(dá)到的礦石布料矩陣和焦炭布料矩陣。進(jìn)一步的，所述技術(shù)方案中，所述步驟(1)中，同時(shí)利用布料模型和雷達(dá)數(shù)據(jù)，及多項(xiàng)式曲線擬合f (x) = apx^ap^x^1+. . . +aj+a。估計(jì)料面形狀；然后利用雷達(dá)數(shù)據(jù)和料面下降曲線修正模型g(x) = P2(g(x) + plx + Yl) + r2對(duì)料面形狀進(jìn)行修正，使得估計(jì)所得料面形狀在滿足布料規(guī)律和料面下降規(guī)律的同時(shí)盡可能與雷達(dá)數(shù)據(jù)吻合，進(jìn)而達(dá)到提高料面形狀估計(jì)準(zhǔn)確性的目的。進(jìn)一步的，所述技術(shù)方案中，其特征在于從與煤氣流分布吻合程度出發(fā)，構(gòu)建符合實(shí)際的礦焦比分布數(shù)學(xué)模型
ν- η (x) — SN-m-\ (x)
i
=0 OICn(X) = YjA1
OI N
Sn-tu ( x) - Ν- Η ( χ)式中，=1，I(X)和^x)分別表示料柱最上面的礦石擬合料面曲線和擬
合焦炭料面曲線，K—表示最上層考慮料面下降后的焦炭料面曲線。進(jìn)一步的，所述技術(shù)方案中，其特征在于建立期望礦焦比數(shù)學(xué)模型
權(quán)利要求
1.基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，包含如下步驟1.1基于雷達(dá)數(shù)據(jù)和布料模型準(zhǔn)確估計(jì)料面形狀；1. 2建立準(zhǔn)確反映實(shí)際煤氣流分布的礦焦比分布數(shù)學(xué)模型；1.3建立期望礦焦比分布數(shù)學(xué)模型；1.4根據(jù)期望礦焦比分布曲線，計(jì)算下次布料應(yīng)達(dá)到的期望礦石料面形狀和焦炭料面形狀，然后依據(jù)布料矩陣設(shè)置策略，得到下次布料應(yīng)達(dá)到的礦石布料矩陣和焦炭布料矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于所述步驟11中，同時(shí)利用布料模型和雷達(dá)數(shù)據(jù)，及多項(xiàng)式曲線擬合f (χ) = apxp+ap_1xp . . +a^+ao估計(jì)料面形狀；然后利用雷達(dá)數(shù)據(jù)和料面下降曲線修正模型 Pl^ix) + Pix+Yl) + 2對(duì)料面形狀進(jìn)行修正，使得估計(jì)所得料面形狀在滿足布料規(guī)律和料面下降規(guī)律的同時(shí)盡可能與雷達(dá)數(shù)據(jù)吻合，進(jìn)而達(dá)到提高料面形狀估計(jì)準(zhǔn)確性的目的。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于從與煤氣流分布吻合程度出發(fā)，構(gòu)建符合實(shí)際的礦焦比分布數(shù)學(xué)模型式中，Σ 。Λ =1，I(X)和I(X)分別表示料柱最上面的礦石擬合料面曲線和擬合焦炭料面曲線，gN (X)表示最上層考慮料面下降后的焦炭料面曲線。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于建立期望礦焦比數(shù)學(xué)模型w-δ, χ e [O,T1) OI N" (χ) = < ζσ, xe [C2) w jT δ, χ e [r2,R]式中Wd1)表示爐心敞開(kāi)區(qū)，[r2，R]表示邊緣抑制區(qū)，C7表示大部分截面上最大程度利用煤氣時(shí)的礦焦比，S表示敞開(kāi)中心煤氣和抑制邊緣煤氣的程度。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的基于多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法，其特征在于，所述步驟1. 4具體步驟如下根據(jù)礦焦比數(shù)學(xué)模型和期望礦焦比數(shù)學(xué)模型，我們可計(jì)算出下次布料期望達(dá)到的礦石料面曲線和焦炭料面曲線，然后，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置下次布料應(yīng)采取的礦石布料矩陣和焦炭布料矩陣；注意到一個(gè)布料矩陣由布料圈數(shù)、環(huán)數(shù)、溜槽傾角三個(gè)部分組成，我們的步驟是a)令礦石布料矩陣的環(huán)數(shù)，等于期望礦石料面(X)的堆尖的個(gè)數(shù)k；b)設(shè)/^1(X)的堆尖位置坐標(biāo)為，然后用堆尖計(jì)算公式反推出堆尖叫對(duì)應(yīng)的溜槽傾角Φ ；c)利用布料模型計(jì)算料面曲線的方法，反推出每個(gè)溜槽傾角Φ應(yīng)的布料圈數(shù)Cii ；d)得到下次應(yīng)采取的礦石布料矩陣O、e)基于同樣的方法，可到下次應(yīng)采用的焦炭布料矩陣。
全文摘要
一種根據(jù)多點(diǎn)雷達(dá)測(cè)量所得無(wú)料鐘高爐料面數(shù)據(jù)，計(jì)算爐料分布和礦焦比分布，自動(dòng)改變布料矩陣的無(wú)料鐘高爐爐頂布料閉環(huán)控制方法。其特點(diǎn)在于利用多點(diǎn)雷達(dá)數(shù)據(jù)和布料模型準(zhǔn)確估計(jì)料面形狀；建立礦焦比分布數(shù)學(xué)模型，以便可以利用礦焦比分布代替煤氣流分布；建立期望礦焦比分布數(shù)學(xué)模型，以便根據(jù)爐況信息設(shè)置期望礦焦比分布；在基于雷達(dá)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的布料模型上，設(shè)置最優(yōu)的布料矩陣，以使下次布料后形成的礦焦比分布達(dá)到期望；最后，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制及煤氣流分布始終合理的目的。
文檔編號(hào)C21B5/00GK102181592SQ20111012552
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者尹怡欣, 祝喬, 陳先中 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)