[发明专利]一种高炉炉料分布实时预报系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉炉料分布数字模拟技术领域，特别涉及一种高炉炉料分布实时预报系统及方法。

背景技术

高炉冶炼是一个连续的生产过程，全过程是炉料自上而下，煤气自下而上的相互接触过程中完成的。炉料从炉顶装入炉内，从风口鼓入由热风炉加热到1000～1300℃的热风，炉料中焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应，产生高温还原气体，在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料，并还原铁矿石中的铁氧化物为金属铁。矿石升到一定温度后软化，熔融滴落，矿石中未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。已熔化的渣铁聚集在炉缸内，发生诸多反应，最后调整铁的成分和温度达到终点，定期从炉内排放炉渣和生铁。

高炉生产过程特点有：

1)过程的复杂性。高炉是目前为止最复杂的一种冶金反应器，发生在高炉内部，特别是高炉下部的各种物理化学现象，至今还没有得到完全和充分的认识。

2)检测信息不完全。具体表现在检测点少，且多局限于过程的边界(炉顶、渣铁、风口、炉身静压力等)，高炉整个冶炼过程的炉内反应和变化无法直接观察，检测手段和方法受到一定的限制。

3)生产过程大滞后，被控过程的响应速度缓慢。

4)可控范围狭窄。这有两方面的含义，一是因为铁水质量必须满足炼钢等用户的严格要求，使得高炉的各种控制参数的可调范围相对比较小；二是炉况必须早调、小调，才不至于发生过大的波动，否则炉况将会急剧恶化导致失控。

高炉的这些特点，使得高炉的过程控制，特别是实时在线控制成为一项特别复杂的工作。虽然生产人员已经在自动化过程控制方面积累了相当多的经验，也取得了一定的成效，但是由于炼铁工艺的要求越来越精细，使得如何进行科学布料成为生产过程中重要的关键技术问题。

研究高炉布料分布规律，并建立相应的高炉布料数学模型，对于企业可以增加产量、节能、降低燃料消耗、提高煤气利用率、提高生铁质量、降低生铁成本、延长一代炉龄寿命等；对于社会可以减少CO₂的排放量从而减少对环境的影响；必将产生巨大的经济效益和社会效益。

目前高炉配有专家系统，具有炉料控制、出铁管理等功能，但还没有炉料的料层实时分布状况进行预报模型，无法得到准确的矿焦分布，无法判断炉料下降、煤气气流分布及料层塌落等因素对料层分布的影响，因此，开发炉料分布模型，对维护高炉炉型、提高高炉合理布料、降低燃料比，都是非常必要的。关于炉料分布模型已有许多，模拟手段多采用几何方法，大都只针对炉喉区域半边料层进行模拟，对于整个炉体区域料层实时分布状况研究的很少，不能满足现场复杂炉料分布情况的数值模拟要求。北京首钢自动化提出的一种基于智能算法的高炉布料数值模拟方法(申请号：201210055516.9)提给出了炉喉区料层分布的数值模拟问题，该方法在计算中采用的三段法料面形状，该方法在远离炉喉区的位置与实际的偏差较大，而且对于某些炉况特殊时期的加料方法形成的料层形状的计算存在不足；北京科技大学的程树森提出了基于光学栅格的三维料面显示(无钟高炉布料测试新技术及料面三维图像重建)无法给出由炉喉至炉体上部的其他多层料面的形状。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高炉炉料分布实时预报系统及方法。

本发明的技术方案是：

一种高炉炉料分布实时预报系统，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；