一種高爐布料過程料面輸出形狀的建模方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高爐煉鐵過程控制領域，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】
[0002] 高爐布料是高爐煉鐵過程調節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量，燃料消耗，高爐長壽以及爐況的穩定順行有極 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則，由 溜槽角度和布料圈數序列按一定的次序構成。高爐布料過程的料面輸出形狀是密閉冶煉環 境中的一個由內部狀態參數構成的分布函數，而非單點的數據信息。鑒于高爐布料過程料 面輸出形狀對高爐穩定順行的關鍵性作用，以及現有料面輸出形狀建模技術手段的缺失， 從過程控制的角度出發構建高爐布料過程輸出料面函數的模型，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對料面 的模型關系，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據，并對料面高度數據的準確度有較高要求，而現實中料面 實時掃描檢測技術也是一個難題。與此同時，其忽略了布料矩陣中布料環數對料面輸出形 狀的影響，同時沒有考慮恒批重下動態料面輸出形狀的積分約束。因此，現有的檢測技術并 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。
【發明內容】
[0004] 本發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 過程對檢測數據的要求，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] 為了解決上述技術問題，本發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 :構建布料矩陣的溜槽傾角向量α和布料圈數向量κ
[0009] a和b分別表示溜槽傾角可調范圍的最小和最大值，m表示布料總環數，h為第i 環布料時在傾角ai下溜槽旋轉的圈數，kaS總布料圈數；
[0010] 步驟2 :根據所述溜槽傾角向量α和布料圈數向量κ，設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，構建輸出料面形狀函數 的積分約束
[0015] 步驟4 :構建單圈布料的料批體積為：
[0016] Vu= V a/ Ka;
[0017] 步驟5 :設置單圈布料輸出料面的基函數為：
[0019] g(a )為布料傾角對應的落點函數，ξ為修正參數，變量σ為形狀參數；
[0020] 步驟6 :構建單位基函數的積分約束
[0022] 步驟7 :根據步驟6的積分約束求解步驟5的形狀參數〇的迭代解；
[0023] 步驟8 :由布料矩陣構建第一環布料輸出函數：
[0025]步驟9 :由布料矩陣構建第二環到第m環布料輸出函數為：
[0027]步驟10 :根據最后環位的布料輸出函數確定最終的料面輸出形狀為：
[0029]與現有技術相比，本發明具有以下突出的實質性特點：
[0030] 方法簡單，降低了建模過程對檢測數據數目的要求，為料面輸出形狀的控制提供 了計算模型，包括設定布料矩陣的溜槽傾角向量和布料圈數向量，設置布料過程的輸出料 面形狀函數，以料面輸出的底部形狀為水平面作為參考基準，構建輸出料面形狀函數的積 分約束，通過設置單圈布料輸出料面的基函數，來構建不同環位的布料輸出函數，并根據最 后環位的布料輸出函數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 省了能耗，保證爐況穩定順行、高爐穩產、高爐延壽，避免高爐憋風、難行、坍塌以及崩料等 故障的出現，有利于實現高爐爐料輸出形狀的動態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明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0032]圖1是本發明的高爐布料中的輸出料面形狀的示意圖；
[0033] 圖2為本發明的離散α角與對應的落點x計算結果的對比關系；
[0034] 圖3為本發明的動態變形參數所對應的單位輸出基函數與定值單位輸出基函數 的對比關系圖；
[0035] 圖4為本發明的高爐布料輸出料面函數單環布料的對比圖；
[0036] 圖5為本發明的高爐布料輸出料面函數單環布料與多環布料的對比圖；
[0037] 圖6為本發明的高爐布料矩陣輸出料面函數的兩個多環布料的對比圖。
【具體實施方式】
[0038] 本發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,高爐布料過程參數數據如下表：
[0040]
[0041] 根據高爐布料過程參數數據，將溜槽傾角在a和b區間以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區間以0. 01的精度等值離散化后，離散化的α角度對應的 落點X離散數據結果如圖2所示。
[0048] 1單環布料實例：
[0049] 單環布料時，m= 1，構成布料矩陣的溜槽傾角向量α和布料圈數向量κ即 為標量形式，溜槽傾角可以取溜槽傾角可調范圍內的任意值，為了便于仿真對比，α取 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值，布料環數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ka= 10。
[0050] 給出單環布料過程的輸出料面形狀函數 [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,構建輸出料面形狀函數的積分約束
[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
[0058]g(a)由布料軌跡方程計算，修正參數ξ=1;
[0059] 構建單位基函數的積分約束
[0061] 由高斯賽德爾迭代方法根據積分約束求解所對應的形狀參數σ的迭代解；α取 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值時基函數的計算機計算結果與定值形狀參數σ= 0. 2的對比如圖3所示。
[0062] 由于單環布料第一環也是最后一環，故料面輸出函數：
[0066] 根據積分約束求解α在15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值下的形狀參數〇 的迭代解；
[0067]單環布料時料面輸出形狀函數，
[0068] γ(y)=f(y,α,κ) =γ(y,α,σ),
[0069] 其計算機仿真數據的對比結果如圖4所示。
[0070] 2多環布料計算機仿真與單環的對比實例：
[0071] 單環料面輸出函數關系已經計算得到，此環節重點計算多環布料的料面輸出函 數；
[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,布料總圈數ka= 3+4+1+1+1 = 10 ;
[0073] 給出多環環布料過程的輸出料面形狀函數
[0074] γ(y) =f(y，α，κ)，〇 彡y彡r，
[0075] 假定ye(y)=0,構建輸出料面形狀函數的積分約束
[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
[0080]g(a)由布料軌跡方程計算，修正參數ξ=1;
[0081] 構建單位基函數的積分約束
[0083] 由高斯賽德爾迭代學習方法根據所述積分約束求解對應的形狀參數σ的迭代 解；α取15, 20, 25, 30, 35, 40, 45等7個對比值時基函數的計算機計算結果與定值形狀參 數〇 = 〇. 2的對比如圖3所示。
[0084] 由布料矩陣構建第一環布料輸出函數：
[0088]根據積分約束求解形狀參數σi的迭代解；
[0089] 由布料矩陣構建第二環到第5環布料輸出函數：
[0098] 根據積分約束分別求解形狀參數σi的迭代解；
[0099] 列寫最終的料面輸出形狀函數是