[发明专利]一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统，通过建立静坐标系和动坐标系，求取U型旋转溜槽的角速度和角加速度、炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度、以及求取炉料相对静坐标系的绝对加速度,建立炉料相对U型旋转溜槽的运动轨迹数学模型，并根据运动轨迹数学模型，获取炉料的运动位置和运动速度，解决了现有针对炉料在U型旋转溜槽上的运动模型没有考虑溜槽水平回转和倾斜旋转的角速度及角加速度的变化，导致难以精确计算炉料的运动位置和运动速度的技术问题，能实现高炉U型溜槽上炉料运动轨迹的精准建模，还能精确计算炉料的运动位置和运动速度以及实现溜槽转速及倾斜角度动态变化下的布料。

技术领域

本发明主要涉及高炉冶炼技术领域，特指一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统。

背景技术

高炉炼铁是一个连续鼓风、分批布料、周期性出铁、包含大量物理变化和化学反应的高度复杂的生产过程，是世界炼铁的主要方法。高炉布料制度是高炉四大操作制度中最灵活最常用的调剂手段，在整个高炉操作中起到主导作用，其直接决定了炉内的炉料颗粒分布状况，进而影响炉内煤气流分布，对促进高炉稳定顺行、提高煤气利用率、降低燃料比、保证铁水质量等具有重要意义。为实现准确控制炉料分布，需要了解炉内的炉料分布情况，由于高炉是一个密闭的大型反应器，其内部环境恶劣，现有检测设备难以在此环境下长期稳定检测料面形状。因此需要分析炉料运动过程的受力情况，基于牛顿第二定律建立炉料运动轨迹数学模型。

炉料的运动轨迹分为以下五个步骤：首先炉料以某一初速度离开称量料灌的节流阀；然后在重力的作用下竖直向下经过中心喉管落到旋转溜槽上；接着在重力、支持力、摩擦力、离心力以及科氏力的作用下在旋转溜槽上做三维运动；紧接着以某一速度离开旋转溜槽在炉喉空区运动；最后落到料面形成新的料层。目前关于炉料运动轨迹的模型已经很多，但针对炉料在U型旋转溜槽上的运动模型没有考虑溜槽水平回转和倾斜旋转的角速度及角加速度的变化，且进行了简化，难以精确计算炉料在某一时刻的运动位置和运动速度。

申请号201110375531.5 申请日2011.11.23

申请公布号CN103131809A 申请公布号日2013.06.05

CN 103131809 A高炉无料钟多环布料数学模型

该发明综合考虑了料线位置、炉料在溜槽上运动距离随溜槽倾斜角度变化而变化等因素影响，并定量分析炉料在炉内的初始分布，提出了炉料通过中心喉管与溜槽碰撞速度模型、炉料离开溜槽运动速度模型、炉料在炉喉空区中运动受力模型等，实现无钟高炉多环布料。

但该发明实质上是在保持溜槽旋转速度及倾斜角度固定的情况下建立的单环布料模型，通过多次改变转速和倾斜角度以实现多环布料，难以计算溜槽水平回转和倾斜旋转的角速度和角加速度发生改变时的炉料运动轨迹。

申请号201410178468.X 申请人2014.04.29

申请公布号CN103966373A 申请公布日2014.08.06

CN103966373A一种高炉稳定顺行的无钟布料方法

该发明在保证模型中给的颗粒以及实际高炉的颗粒在旋转溜槽中的运动均满足同一方程的情况下，进行冷布料模型实验，以提供一种保护焦炭层中间薄弱带的布料方法。

但该发明中所建颗粒在旋转溜槽中的运动模型是在溜槽转速及倾斜角度恒定的情况下成立，并未考虑溜槽运动状态改变的情况，难以实现溜槽转速及倾斜角度动态变化下的布料。

发明内容

本发明提供的高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及装置，解决了现有针对炉料在U型旋转溜槽上的运动模型没有考虑溜槽水平回转和倾斜旋转的角速度及角加速度的变化，导致难以精确计算炉料的运动位置和运动速度的技术问题。