[发明专利]一种高炉炉料分布实时预报系统及方法

权利要求书

1.一种高炉炉料分布实时预报系统，其特征在于，包括采集数据器、数据处理器、初始料面设定器、同档位下新料面检测器、多档位下新料面检测器、料面下降模块、料面分布信息生成器和布料控制器；

采集数据器：获取当前高炉生产过程工艺数据，包括炉料重量及化验数据、料线信息、料流阀开度信息、高炉本体数据和布料矩阵；

炉料重量及化验数据包括：原料种类、原料体积、原料粒度、原料自然堆角和原料堆比重；

料线信息包括：探尺下降速度、矿石料线位置和焦炭料线位置；

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

高炉本体数据包括：溜槽固定点位置标高、中心喉管长度、炉喉平台位置标高、炉喉半径、炉身角、Y形管与水平方向的夹角、Y形管斜面长度、探尺零点位置标高、探尺距炉中心距离、溜槽长度、溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽旋转速度、溜槽摩擦系数和十字测温点水平坐标；

布料矩阵：布料档位和布料圈数，布料档位即溜槽与水平方向的倾角；

数据处理器：处理高炉生产过程工艺数据中的炉料重量及化验数据，包括缺失数据补齐和奇异数据校正；

初始料面设定器：采用N条线段组合而成的分段函数设定初始料面；

同档位下新料面检测器：根据获取的当前高炉生产过程工艺数据，构造相同布料档位下的新料面； 

多档位下新料面检测器：形成多档位下新料面，即在不同布料档位下构造相同布料档位下的新料面，形成多档位下新料面，其中在进行档位间切换时溜槽倾角每增加1°，两档位之间的过渡圈内包含Q圈炉料体积，该过渡圈内的体积占用下一档位体积总值；

料面下降模块：构造下降料面，即当炉料在炉喉区域时，垂直向下运动，运动距离等于炉料平移量；当炉料在炉身区域时，炉料沿炉身角方向运动，水平运动距离等于平移量水平分量，垂直运动距离等于平移量垂直分量；

料面分布信息生成器：计算料层分布信息并绘制料层分布图像，从而进行高炉炉料分布实时预报，料层分布信息包括径向矿焦比和料面特征信息；

布料控制器：根据高炉炉料分布实时预报的料层分布信息指导生产操作。

2.采用权利要求1所述的高炉炉料分布实时预报系统的高炉炉料分布实时预报方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取当前高炉生产过程工艺数据，包括炉料重量及化验数据、料线信息、料流阀开度信息、高炉本体数据和布料矩阵；

炉料重量及化验数据包括：原料种类、原料体积、原料粒度、原料自然堆角和原料堆比重；

料线信息包括：探尺下降速度、矿石料线位置和焦炭料线位置；

料流阀开度信息包括：矿石料流阀开度和焦炭料流阀开度；

高炉本体数据包括：溜槽固定点位置标高、中心喉管长度、炉喉平台位置标高、炉喉半径、炉身角、Y形管与水平方向的夹角、Y形管斜面长度、探尺零点位置标高、探尺距炉中心距离、溜槽长度、溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽旋转速度、溜槽摩擦系数和十字测温点水平坐标；

布料矩阵：布料档位和布料圈数，布料档位即溜槽与水平方向的倾角；

步骤2：处理高炉生产过程工艺数据中的炉料重量及化验数据，包括缺失数据补齐和奇异数据校正；

步骤3：设定初始料面；

步骤4：构造相同布料档位下的新料面；

步骤4.1：根据料流阀开度信息和原料粒度，构造炉料出料罐运动速度检测模型；

步骤4.2：根据炉料出料罐运动速度、Y形管与水平方向的夹角、Y形管斜面长度构造炉料出Y形管运动速度检测模型；

步骤4.3：根据炉料出Y形管运动速度、Y形管与水平方向的夹角、溜槽与水平方向的倾角、中心喉管长度构造炉料落入溜槽时的运动速度检测模型；

步骤 4.4：将料流作为质点，根据炉料落入溜槽时的运动速度、溜槽旋转速度、溜槽与水平方向的倾角、溜槽有效长度、溜槽倾动距、构造炉料出溜槽运动速度检测模型；

步骤4.5：构造分料流速度检测模型：在相同布料档位下将料流划分为m股，各股料流出溜槽时水平速度和垂直速度不相同，各股料流与水平方向倾角相同且与溜槽与水平方向的倾角相等，根据溜槽有效长度、溜槽倾动距、溜槽与水平方向的倾角、溜槽固定点位置标高、炉喉平台位置标高计算溜槽末端的坐标，根据每股料流间距、溜槽与水平方向的倾角以及溜槽末端的坐标计算第i股料流出溜槽的坐标，根据炉料出溜槽运动速度计算各股料流运动速度；

步骤4.6：根据炉料空区运动时间和各股料流运动速度构造各股料流的空区运动轨迹模型；

步骤4.7：构造新料面：将各股料流的空区运动轨迹与上次布料料面的交点作为当前料流的初始落点，根据每股料流的初始落点、内堆角、外堆角及上次布料料面各个线段的斜率形成不同的堆，直到形成的堆所围成的体积等于每股炉料实际撒落的体积，即得到新形成料面，完成该档位下布料；

步骤 5：形成多档位下新料面：在不同布料档位下重复步骤4，形成多档位下新料面，其中在进行档位间切换时溜槽倾角每增加1°，两档位之间的过渡圈内包含Q圈炉料体积，该过渡圈内的体积占用下一档位体积总值；

步骤 6：构造下降料面：当炉料在炉喉区域时，垂直向下运动，运动距离等于炉料平移量；当炉料在炉身区域时，炉料沿炉身角方向运动，水平运动距离等于平移量水平分量，垂直运动距离等于平移量垂直分量；

在相同时间内，在保证炉喉及炉身上半部每层炉料下降过程中体积不变的前提下，探尺对应的料面点的位移与速度之比等于半径方向上该料面上其余各点的位移与速度之比；

步骤7：计算料层分布信息并绘制料层分布图像，从而进行高炉炉料分布实时预报，料层分布信息包括径向矿焦比和料面特征信息；

步骤7.1：生成料面特征，包括料面漏斗宽度、料面平台宽度和料面漏斗深度；

步骤7.2：生成径向矿焦比：

步骤 8：根据高炉炉料分布实时预报的料层分布信息指导生产操作；

步骤8.1：根据生成的径向矿焦比设定径向矿焦比的上限、下限；

    步骤8.2：判断径向矿焦比是否超出设定的径向矿焦比的上限、下限：若边缘径向矿焦比低于设定的径向矿焦比的下限，则压边，即增加靠近高炉边缘档位的布料圈数；边缘径向矿焦比高于设定的径向矿焦比的上限，则松边，即减少靠近高炉边缘档位的布料圈数；漏斗径向矿焦比低于设定的径向矿焦比的下限，则抑制中心，即增加靠近高炉中心档位的布料圈数；漏斗径向矿焦比高于设定的径向矿焦比的上限，则疏导中心，即减少靠近高炉中心档位的布料圈数。