CN102181592A - 基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法 - Google Patents
基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102181592A CN102181592A CN 201110125524 CN201110125524A CN102181592A CN 102181592 A CN102181592 A CN 102181592A CN 201110125524 CN201110125524 CN 201110125524 CN 201110125524 A CN201110125524 A CN 201110125524A CN 102181592 A CN102181592 A CN 102181592A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ore
- cloth
- charge level
- distribution
- coke
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Iron (AREA)
Abstract
一种根据多点雷达测量所得无料钟高炉料面数据,计算炉料分布和矿焦比分布,自动改变布料矩阵的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法。其特点在于:利用多点雷达数据和布料模型准确估计料面形状;建立矿焦比分布数学模型,以便可以利用矿焦比分布代替煤气流分布;建立期望矿焦比分布数学模型,以便根据炉况信息设置期望矿焦比分布;在基于雷达数据开发的布料模型上,设置最优的布料矩阵,以使下次布料后形成的矿焦比分布达到期望;最后,实现闭环控制及煤气流分布始终合理的目的。
Description
技术领域
本发明的高炉炉顶布料闭环控制方法属于高炉炼铁自动化控制领域。
背景技术
炼铁领域占整个冶金行业总能耗的70%,是实现节能减排的重要领域。实现炼铁领域节能减排的一个关键因素是保障高炉炉内煤气流的合理分布。炉顶布料又是调节煤气流分布的重要手段。无料钟炉顶布料方式有单环布料、多环布料、扇形布料和定点布料等四种。扇形布料和定点布料属于在特殊情况下进行手动调节的布料方式。由于多环布料相对单环布料而言,调节手段丰富,更能充分发挥无钟炉顶布料的优越性,所以多环布料得到了越来越广泛的应用。然而,到目前为止,针对当前的煤气流分布,如何选择多环布料中的调节手段(环数、溜槽倾角和布料圈数等),即如何设置布料矩阵,一直都没有一个理论上较为严谨的选择方案。
为了提高煤气利用率、降低焦比并实现炉况长期稳定,重庆钢铁集团有限责任公司申请了专利《高炉溜槽多环布料方法》(CN101250602A)和《高炉无钟炉顶布料方法》(CN101285108A)。从这些专利中可以看出,在布料方式选择上,通常是根据炉长经验结合布料模型分析,进行布料矩阵选择的。事实上,目前我国高炉布料控制中,普遍都是采用依据现场数据、炉长经验及基于经验建立的专家***,进行布料操作的方式。值得肯定的是,专家***的使用在提高煤气利用率、降低焦比、避免高炉故障和保障正常生产等方面,起到了非常重要的作用。然而,使用这种方法进行布料操作,是不可能根据当前的煤气流分布信息进行实时反馈调节布料矩阵的。也就是说,高炉通常会长期采用同一个布料矩阵进行布料操作,只有当现场数据表明高炉煤气流分布趋于恶化时,炉长才会根据自身经验或专家***进行调节。这意味着,高炉煤气流分布并不始终处于合理的状态,而是处于“合理——恶化——合理”的反复状态。
因此,有必要设计一套高炉炉顶布料闭环控制方法,根据当前煤气流分布实时调节布料矩阵,使高炉煤气流分布始终处于合理,进一步提高煤气利用率和降低焦比,最终实现节能减排的目的。
发明内容:
本发明的目的是在多点雷达数据的基础上提供一套高炉布料闭环控制***设计方法,保障煤气流分布始终处于当前最佳的状态,实现炉况长期稳定顺行、提高煤气利用率、降低焦炭以及节能减排的目的。该设计方法可与多点雷达和布料执行机构相连,构成无料钟高炉炉顶布料闭环控制***。
本发明的具体方案如下:
基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法,包含如下步骤:
(1)基于雷达数据和布料模型准确估计料面形状;
(2)建立准确反映实际煤气流分布的矿焦比分布数学模型;
(3)建立期望矿焦比分布数学模型;
(4)根据期望矿焦比分布曲线,计算下次布料应达到的期望矿石料面形状和焦炭料面形状,然后依据布料矩阵设置策略,得到下次布料应达到的矿石布料矩阵和焦炭布料矩阵。
进一步的,所述技术方案中,所述步骤(1)中,同时利用布料模型和雷达数据,及多项式曲线拟合
f(x)=aρxρ+aρ-1xρ-1+...+a1x+a0
估计料面形状;然后利用雷达数据和料面下降曲线修正模型
对料面形状进行修正,使得估计所得料面形状在满足布料规律和料面下降规律的同时尽可能与雷达数据吻合,进而达到提高料面形状估计准确性的目的。
进一步的,所述技术方案中,其特征在于从与煤气流分布吻合程度出发,构建符合实际的矿焦比分布数学模型
进一步的,所述技术方案中,其特征在于建立期望矿焦比数学模型
式中[0,r1)表示炉心敞开区,[r2,R]表示边缘抑制区,表示大部分截面上最大程度利用煤气时的矿焦比,δ表示敞开中心煤气和抑制边缘煤气的程度。进一步的,所述技术方案中,其特征在于,所述步骤(4)具体步骤如下:
根据矿焦比数学模型和期望矿焦比数学模型,我们可计算出下次布料期望达到的矿石料面曲线和焦炭料面曲线然后,根据实际情况,设置下次布料应采取的矿石布料矩阵和焦炭布料矩阵;注意到一个布料矩阵由布料圈数、环数、溜槽倾角三个部分组成,我们的步骤是:
c)利用布料模型计算料面曲线的方法,反推出每个溜槽倾角φi对应的布料圈数αi,具体流程如图4所示;
e)基于同样的方法,可到下次应采用的焦炭布料矩阵。
本发明的充分利用雷达测量所得的料面数据,构建一种符合实际的矿焦比分布数学模型,从而绕开煤气流分布估计问题(即用矿焦比分布取代煤气流分布),建立一套切实可行的“料面形状-矿焦比分布-布料矩阵-料面形状”闭环控制线路。
附图说明
图1:高炉布料闭环控制方法流程图;
图2:理想矿焦比分布曲线图;
图3:布料圈数计算流程图。
具体实施方式
以下分析是建立在安装了6点雷达的宝钢2500m3高炉上的。
1)料面形状拟合
已知此次矿石布料矩阵,对矿石料面曲线进行估计。根据布料模型,可计算矿石参考料面曲线设该参考料面曲线有p个堆尖,且其堆尖、堆谷及曲线与炉心和炉墙的交点的坐标为i=1,2...,2p+1;设6点雷达测量数据为(xi,yi),i=1,2,...,6;用2p+2=ρ次多项式来拟合料面,即设料面曲线为
f(x)=aρxρ+aρ-1xρ-1+...+a1x+a0
2)料面下降对料面曲线的修正
考虑在下一次布矿前,料面下降对焦炭料面曲线g(x)的影响。经过大量炼铁专家的观察和研究,对料面下移的影响有如下两个结论:
●炉料在靠近炉墙地方炉料的下降速度较大,炉心处下降速度较慢;
●料面曲线在下降过程中渐趋平坦。
对上述结论进行数学分析,可得到如下数学模型。
3)矿焦比曲线数学模型
定义新的矿焦比曲线数学模型的目的,是希望矿焦比曲线能准确反映煤气流分布。炉顶布料对煤气流的影响,是整个软熔带以上固体料柱的共同作用的结果。基于这个事实,我们定义矿焦比为:
式中,和分别表示料柱最上面的矿石拟合料面曲线和拟合焦炭料面曲线,表示最上层考虑料面下降后的焦炭料面曲线。为了让矿焦比曲线准确反映煤气流分布,我们根据温度分布T(x)和煤气成分分布W(x)信息,对O/CN(x)中的参数进行辨识。即寻找参数m,λi和c,d使得如下等式的误差最小:
4)期望矿焦比曲线数学模型
经过众多冶金专家大量的观察和研究,认为理想的煤气流分布(或矿焦比分布)的大致形状应如图2所示。其数学模型可描述为:
式中[0,r1)表示炉心敞开区,[r2,R]表示边缘抑制区,表示大部分截面上最大程度利用煤气时的矿焦比,δ表示敞开中心煤气和抑制边缘煤气的程度。根据专家经验和数据挖掘方法,构建参数r1,r2,和δ与当前炉况信息(温度、煤气成分、矿焦比和顶压等)的关联规则,并建立小型的专家***。然后,便可根据当前的炉况信息(温度、煤气成分、顶压和矿焦比等),自动设置下次应达到的期望矿焦比曲线。
5)布料矩阵设置
根据矿焦比数学模型和期望矿焦比数学模型,我们可计算出下次布料期望达到的矿石料面曲线和焦炭料面曲线然后,根据实际情况,设置下次布料应采取的矿石布料矩阵和焦炭布料矩阵。注意到一个布料矩阵由布料圈数、环数、溜槽倾角三个部分组成。我们的步骤是:
f)令矿石布料矩阵的环数,等于期望矿石料面的堆尖的个数k;
h)利用布料模型计算料面曲线的方法,反推出每个溜槽倾角φi对应的布料圈数αi,具体流程如图3所示;
i)得到下次应采取的矿石布料矩阵
j)基于同样的方法,可到下次应采用的焦炭布料矩阵。
Claims (5)
1.基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法,包含如下步骤:
1.1基于雷达数据和布料模型准确估计料面形状;
1.2建立准确反映实际煤气流分布的矿焦比分布数学模型;
1.3建立期望矿焦比分布数学模型;
1.4根据期望矿焦比分布曲线,计算下次布料应达到的期望矿石料面形状和焦炭料面形状,然后依据布料矩阵设置策略,得到下次布料应达到的矿石布料矩阵和焦炭布料矩阵。
2.根据权利1所述的基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法,其特征在于:所述步骤11中,同时利用布料模型和雷达数据,及多项式曲线拟合
f(x)=aρxρ+aρ-1xρ-1+...+a1x+a0
估计料面形状;然后利用雷达数据和料面下降曲线修正模型
对料面形状进行修正,使得估计所得料面形状在满足布料规律和料面下降规律的同时尽可能与雷达数据吻合,进而达到提高料面形状估计准确性的目的。
5.根据权利1所述的基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法,其特征在于,所述步骤1.4具体步骤如下:
根据矿焦比数学模型和期望矿焦比数学模型,我们可计算出下次布料期望达到的矿石料面曲线和焦炭料面曲线然后,根据实际情况,设置下次布料应采取的矿石布料矩阵和焦炭布料矩阵;注意到一个布料矩阵由布料圈数、环数、溜槽倾角三个部分组成,我们的步骤是:
c)利用布料模型计算料面曲线的方法,反推出每个溜槽倾角φi对应的布料圈数αi;
e)基于同样的方法,可到下次应采用的焦炭布料矩阵。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201110125524 CN102181592A (zh) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | 基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201110125524 CN102181592A (zh) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | 基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102181592A true CN102181592A (zh) | 2011-09-14 |
Family
ID=44567878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201110125524 Pending CN102181592A (zh) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | 基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102181592A (zh) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102653801A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-09-05 | 北京科技大学 | 基于遗传算法建立的无料钟高炉炉顶布料控制方法 |
CN102978311A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-03-20 | 武汉钢铁(集团)公司 | 高炉闭环布料***的控制方法 |
CN105483305A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-04-13 | 北京科技大学 | 一种基于高炉雷达数据的料层分布可视化方法 |
CN106521059A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-03-22 | 武汉钢铁股份有限公司 | 用相控阵雷达测量高炉料面矿焦比来控制高炉气流分布的方法 |
CN107641669A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-30 | 武汉钢铁有限公司 | 一种利用扫描雷达实现4000m3高炉高效低耗冶炼的方法 |
CN110042184A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-23 | 武汉科技大学 | 一种监控高炉布料溜槽脱落的方法 |
CN111286570A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-06-16 | 武汉钢铁有限公司 | 利用扫描雷达调控异常操作炉型的方法 |
CN111575421A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-08-25 | 武汉钢铁有限公司 | 利用扫描雷达调整软融带形状的方法 |
CN113139275A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-20 | 浙江大学 | 一种基于多层矿焦比分布模型的高炉炉喉温度估计方法 |
CN114807468A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-07-29 | 武汉钢铁有限公司 | 一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法 |
CN114891937A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-08-12 | 东北大学 | 高钛、高铬型钒钛磁铁矿高炉冶炼与钒钛铬同步利用的工艺 |
CN116694837A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-05 | 山西建龙实业有限公司 | 一种高比例烟煤喷吹的布料方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101020933A (zh) * | 2007-03-16 | 2007-08-22 | 北京科技大学 | 高炉料面形状动态立体监测***及检测方法 |
CN101492750A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-07-29 | 北京科技大学 | 基于工业相控阵雷达的高炉料面测量与控制*** |
CN101845528A (zh) * | 2010-06-02 | 2010-09-29 | 首钢总公司 | 高炉无钟炉顶多环矩阵布料方法 |
-
2011
- 2011-05-16 CN CN 201110125524 patent/CN102181592A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101020933A (zh) * | 2007-03-16 | 2007-08-22 | 北京科技大学 | 高炉料面形状动态立体监测***及检测方法 |
CN101492750A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-07-29 | 北京科技大学 | 基于工业相控阵雷达的高炉料面测量与控制*** |
CN101845528A (zh) * | 2010-06-02 | 2010-09-29 | 首钢总公司 | 高炉无钟炉顶多环矩阵布料方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
《冶金自动化》 20090331 陈先中等 高炉雷达料面成像***的设计与实现 52-56 1-5 第33卷, 第2期 2 * |
《北京科技大学学报》 20110228 陈先中等 高炉雷达料面测量信号处理***改进 215-220 1-5 第33卷, 第2期 2 * |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102653801A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-09-05 | 北京科技大学 | 基于遗传算法建立的无料钟高炉炉顶布料控制方法 |
CN102978311A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-03-20 | 武汉钢铁(集团)公司 | 高炉闭环布料***的控制方法 |
CN105483305A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-04-13 | 北京科技大学 | 一种基于高炉雷达数据的料层分布可视化方法 |
CN106521059A (zh) * | 2016-09-23 | 2017-03-22 | 武汉钢铁股份有限公司 | 用相控阵雷达测量高炉料面矿焦比来控制高炉气流分布的方法 |
CN106521059B (zh) * | 2016-09-23 | 2018-07-10 | 武汉钢铁有限公司 | 用相控阵雷达测量高炉料面矿焦比来控制高炉气流分布的方法 |
CN107641669A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-30 | 武汉钢铁有限公司 | 一种利用扫描雷达实现4000m3高炉高效低耗冶炼的方法 |
CN110042184A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-23 | 武汉科技大学 | 一种监控高炉布料溜槽脱落的方法 |
CN111575421A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-08-25 | 武汉钢铁有限公司 | 利用扫描雷达调整软融带形状的方法 |
CN111286570A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-06-16 | 武汉钢铁有限公司 | 利用扫描雷达调控异常操作炉型的方法 |
CN111575421B (zh) * | 2020-03-27 | 2022-02-08 | 武汉钢铁有限公司 | 利用扫描雷达调整软融带形状的方法 |
CN113139275A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-20 | 浙江大学 | 一种基于多层矿焦比分布模型的高炉炉喉温度估计方法 |
CN113139275B (zh) * | 2021-03-22 | 2022-08-19 | 浙江大学 | 一种基于多层矿焦比分布模型的高炉炉喉温度估计方法 |
CN114807468A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-07-29 | 武汉钢铁有限公司 | 一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法 |
CN114807468B (zh) * | 2022-04-02 | 2023-10-24 | 武汉钢铁有限公司 | 一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法 |
CN114891937A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-08-12 | 东北大学 | 高钛、高铬型钒钛磁铁矿高炉冶炼与钒钛铬同步利用的工艺 |
CN116694837A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-09-05 | 山西建龙实业有限公司 | 一种高比例烟煤喷吹的布料方法 |
CN116694837B (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-13 | 山西建龙实业有限公司 | 一种高比例烟煤喷吹的布料方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102181592A (zh) | 基于多点雷达数据的无料钟高炉炉顶布料闭环控制方法 | |
Du et al. | Relationship of carbon emissions and economic growth in China's construction industry | |
Huang et al. | An overview of carbon dioxide emissions from China's ferrous metal industry: 1991-2030 | |
Hasanbeigi et al. | Retrospective and prospective analysis of the trends of energy use in Chinese iron and steel industry | |
CN101498554B (zh) | 高炉串罐自动喷煤控制***及方法 | |
Cheng et al. | Measuring CO2 emissions performance of China's construction industry: A global Malmquist index analysis | |
CN109242188B (zh) | 一种钢铁煤气***长期区间预测及其结构学习方法 | |
CN101498457A (zh) | 一种锅炉燃烧优化的方法 | |
CN104651559B (zh) | 一种基于多元在线序贯极限学习机的高炉铁水质量在线预报体系及预报方法 | |
CN109918702A (zh) | 一种高炉配料与操作的协同多目标优化方法 | |
CN102252343B (zh) | 一种多孔介质燃烧器燃烧优化的方法 | |
CN109001979A (zh) | 基于懒惰学习的高炉铁水质量自适应鲁棒预测控制方法 | |
CN103942422B (zh) | 一种基于粒度计算的冶金企业转炉煤气柜位长期预测方法 | |
CN104680012A (zh) | 一种烧结配料计算模型 | |
CN104133945A (zh) | 一种高炉布料过程径向矿焦比的控制方法 | |
CN110427715B (zh) | 基于时间序列和高炉多维度的炉缸热状态趋势预测的方法 | |
CN106779384A (zh) | 一种基于信息粒度最优分配的钢铁工业高炉煤气长期区间预测方法 | |
CN106957935B (zh) | 一种高炉内部软熔带形状的软测量方法 | |
Ailin et al. | Forecast of natural gas supply and demand in China under the background of “Dual Carbon Targets” | |
CN109359320A (zh) | 基于多采样率自回归分布滞后模型的高炉指标预测方法 | |
CN107203140A (zh) | 一种基于模糊综合的烧结生产过程性能评估方法 | |
CN102136037A (zh) | 基于主成分分析的灰色多因素MGM(1,n)模型的副产煤气发生量预测方法 | |
CN103995466A (zh) | 一种基于软约束的区间预测控制建模及优化方法 | |
CN107119159B (zh) | 一种存在整数规划问题的高炉布料过程布料矩阵的优化方法 | |
CN103116282A (zh) | 循环流化床脱硫剂预投入量多目标优化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110914 |