一種高爐布料過程料面輸出形狀的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高爐煉鐵過程控制領(lǐng)域，尤其涉及一種高爐布料過程料面輸出形狀的 建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爐布料是高爐煉鐵過程調(diào)節(jié)爐料在爐喉的分布的一種操作手段，爐料在爐喉的 料面分布形狀的合理與否對高爐生鐵產(chǎn)量，燃料消耗，高爐長壽以及爐況的穩(wěn)定順行有極 大的影響。布料矩陣是料面輸出形狀的因變量，是指布料器在布料過程中所遵循的規(guī)則，由 溜槽角度和布料圈數(shù)序列按一定的次序構(gòu)成。高爐布料過程的料面輸出形狀是密閉冶煉環(huán) 境中的一個由內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)構(gòu)成的分布函數(shù)，而非單點的數(shù)據(jù)信息。鑒于高爐布料過程料 面輸出形狀對高爐穩(wěn)定順行的關(guān)鍵性作用，以及現(xiàn)有料面輸出形狀建模技術(shù)手段的缺失， 從過程控制的角度出發(fā)構(gòu)建高爐布料過程輸出料面函數(shù)的模型，為高爐布料過程料面輸出 形狀的控制提供輸入輸出模型仍是高爐冶煉過程中一個未攻克的難題。
[0003] 公布號為CN104133945A的專利文獻公開了一種建立了高爐布料控制參數(shù)對料面 的模型關(guān)系，對于描述高爐布料模型，下料過程模型有一定的積極作用，但顯著缺點是需要 存在較多料面探尺高度檢測數(shù)據(jù)，并對料面高度數(shù)據(jù)的準確度有較高要求，而現(xiàn)實中料面 實時掃描檢測技術(shù)也是一個難題。與此同時，其忽略了布料矩陣中布料環(huán)數(shù)對料面輸出形 狀的影響，同時沒有考慮恒批重下動態(tài)料面輸出形狀的積分約束。因此，現(xiàn)有的檢測技術(shù)并 不能穿透爐墻獲取料面的掃描分布信息，高爐布料矩陣的輸出形狀一直以來靠探尺檢測， 并不能得到整個料面分布形狀的全貌，并且不利于布料過程輸出料面形狀的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高爐布料過程料面輸出形狀的建模方法，降低了建模 過程對檢測數(shù)據(jù)的要求，降低燃料比，能夠方便準確地獲得布料矩陣輸出的整個料面形狀 的全貌。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種高爐布料輸出料面形狀的建模方法， 其特征在于，包括如下步驟：
[0006] 步驟1 :構(gòu)建布料矩陣的溜槽傾角向量α和布料圈數(shù)向量κ
[0009] a和b分別表示溜槽傾角可調(diào)范圍的最小和最大值，m表示布料總環(huán)數(shù)，h為第i 環(huán)布料時在傾角ai下溜槽旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，kaS總布料圈數(shù)；
[0010] 步驟2 :根據(jù)所述溜槽傾角向量α和布料圈數(shù)向量κ，設(shè)置布料過程的輸出料面 形狀算法為：
[0011] γ(y) =f(y，α，κ)，〇 彡y彡r，
[0012]0和r分布表示高爐中心和邊界爐壁；
[0013]步驟3:以料面輸出的底部形狀為水平面作為參考基準，構(gòu)建輸出料面形狀函數(shù) 的積分約束
[0015] 步驟4 :構(gòu)建單圈布料的料批體積為：
[0016] Vu= V a/ Ka;
[0017] 步驟5 :設(shè)置單圈布料輸出料面的基函數(shù)為：
[0019] g(a )為布料傾角對應(yīng)的落點函數(shù)，ξ為修正參數(shù)，變量σ為形狀參數(shù)；
[0020] 步驟6 :構(gòu)建單位基函數(shù)的積分約束
[0022] 步驟7 :根據(jù)步驟6的積分約束求解步驟5的形狀參數(shù)〇的迭代解；
[0023] 步驟8 :由布料矩陣構(gòu)建第一環(huán)布料輸出函數(shù)：
[0025]步驟9 :由布料矩陣構(gòu)建第二環(huán)到第m環(huán)布料輸出函數(shù)為：
[0027]步驟10 :根據(jù)最后環(huán)位的布料輸出函數(shù)確定最終的料面輸出形狀為：
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出的實質(zhì)性特點：
[0030] 方法簡單，降低了建模過程對檢測數(shù)據(jù)數(shù)目的要求，為料面輸出形狀的控制提供 了計算模型，包括設(shè)定布料矩陣的溜槽傾角向量和布料圈數(shù)向量，設(shè)置布料過程的輸出料 面形狀函數(shù)，以料面輸出的底部形狀為水平面作為參考基準，構(gòu)建輸出料面形狀函數(shù)的積 分約束，通過設(shè)置單圈布料輸出料面的基函數(shù)，來構(gòu)建不同環(huán)位的布料輸出函數(shù)，并根據(jù)最 后環(huán)位的布料輸出函數(shù)確定最終的料面輸出形狀，能夠方便準確地獲得布料矩陣輸出的整 個料面形狀的全貌，實現(xiàn)了高爐布料矩陣的輸出料面形狀的圖形可視化，降低了燃料比，節(jié) 省了能耗，保證爐況穩(wěn)定順行、高爐穩(wěn)產(chǎn)、高爐延壽，避免高爐憋風、難行、坍塌以及崩料等 故障的出現(xiàn)，有利于實現(xiàn)高爐爐料輸出形狀的動態(tài)分布控制乃至整個高爐冶煉過程的自動 化。
【附圖說明】
[0031] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0032]圖1是本發(fā)明的高爐布料中的輸出料面形狀的示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明的離散α角與對應(yīng)的落點x計算結(jié)果的對比關(guān)系；
[0034] 圖3為本發(fā)明的動態(tài)變形參數(shù)所對應(yīng)的單位輸出基函數(shù)與定值單位輸出基函數(shù) 的對比關(guān)系圖；
[0035] 圖4為本發(fā)明的高爐布料輸出料面函數(shù)單環(huán)布料的對比圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明的高爐布料輸出料面函數(shù)單環(huán)布料與多環(huán)布料的對比圖；
[0037] 圖6為本發(fā)明的高爐布料矩陣輸出料面函數(shù)的兩個多環(huán)布料的對比圖。
【具體實施方式】
[0038] 本發(fā)明的高爐布料過程料面輸出形狀的建模方法，包括如下步驟：
[0039] 請參見圖1至圖6,高爐布料過程參數(shù)數(shù)據(jù)如下表：
[0040]
[0041] 根據(jù)高爐布料過程參數(shù)數(shù)據(jù)，將溜槽傾角在a和b區(qū)間以0. 01的精度等值離散 化，由高爐布料軌跡方程分別計算α的落點X，為爐料落點距離高爐中心的距離，α為溜槽 的布料角度：

[0046] x = g ( α ) = l0sin a+xy0
[0047] 將溜槽傾角在a和b區(qū)間以0. 01的精度等值離散化后，離散化的α角度對應(yīng)的 落點X離散數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。
[0048] 1單環(huán)布料實例：
[0049] 單環(huán)布料時，m= 1，構(gòu)成布料矩陣的溜槽傾角向量α和布料圈數(shù)向量κ即 為標量形式，溜槽傾角可以取溜槽傾角可調(diào)范圍內(nèi)的任意值，為了便于仿真對比，α取 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值，布料環(huán)數(shù)由布料時間周期決定，由于布料時間周期 75s，每圈布料時間7. 5秒，故總布料圈數(shù)ka= 10。
[0050] 給出單環(huán)布料過程的輸出料面形狀函數(shù) [0051 ]γ(y) =f(y，α，κ)，〇 彡y彡r，
[0052] 0和r分布表示高爐中心和邊界爐壁。
[0053] 假定ye(y) = 0,構(gòu)建輸出料面形狀函數(shù)的積分約束
[0055] 確定單圈布料的料批體積：Vu=Va/κa= 3m3
[0056] 給出單圈布料輸出料面的基函數(shù)
[0058]g(a)由布料軌跡方程計算，修正參數(shù)ξ=1;
[0059] 構(gòu)建單位基函數(shù)的積分約束
[0061] 由高斯賽德爾迭代方法根據(jù)積分約束求解所對應(yīng)的形狀參數(shù)σ的迭代解；α取 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值時基函數(shù)的計算機計算結(jié)果與定值形狀參數(shù)σ= 0. 2的對比如圖3所示。
[0062] 由于單環(huán)布料第一環(huán)也是最后一環(huán)，故料面輸出函數(shù)：
[0066] 根據(jù)積分約束求解α在15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值下的形狀參數(shù)〇 的迭代解；
[0067]單環(huán)布料時料面輸出形狀函數(shù)，
[0068] γ(y)=f(y,α,κ) =γ(y,α,σ),
[0069] 其計算機仿真數(shù)據(jù)的對比結(jié)果如圖4所示。
[0070] 2多環(huán)布料計算機仿真與單環(huán)的對比實例：
[0071] 單環(huán)料面輸出函數(shù)關(guān)系已經(jīng)計算得到，此環(huán)節(jié)重點計算多環(huán)布料的料面輸出函 數(shù)；
[0072]由給定布料矩陣α= [44·5,39·2,37·0,33·4,29·4]，κ= [3,4，1，1，1]，可知111 =5,布料總?cè)?shù)ka= 3+4+1+1+1 = 10 ;
[0073] 給出多環(huán)環(huán)布料過程的輸出料面形狀函數(shù)
[0074] γ(y) =f(y，α，κ)，〇 彡y彡r，
[0075] 假定ye(y)=0,構(gòu)建輸出料面形狀函數(shù)的積分約束
[0077] 確定單圈布料的料批體積：Vu=Va/κa=3m3
[0078] 給出單圈布料輸出料面的基函數(shù)
[0080]g(a)由布料軌跡方程計算，修正參數(shù)ξ=1;
[0081] 構(gòu)建單位基函數(shù)的積分約束
[0083] 由高斯賽德爾迭代學習方法根據(jù)所述積分約束求解對應(yīng)的形狀參數(shù)σ的迭代 解；α取15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值時基函數(shù)的計算機計算結(jié)果與定值形狀參 數(shù)〇 = 〇. 2的對比如圖3所示。
[0084] 由布料矩陣構(gòu)建第一環(huán)布料輸出函數(shù)：
[0088]根據(jù)積分約束求解形狀參數(shù)σi的迭代解；
[0089] 由布料矩陣構(gòu)建第二環(huán)到第5環(huán)布料輸出函數(shù)：

[0098] 根據(jù)積分約束分別求解形狀參數(shù)σi的迭代解；
[0099] 列寫最終的料面輸出形狀函數(shù)是