CN114074849A - 一种一次料场的预均化料堆方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一次料场的预均化料堆方法及***，包括，初步规划料堆场地使用与料堆几何参数；通过确定所述料堆几何参数的料堆限高和对料堆进行分层设计来确定下料点位；完成所述下料点位确认之后，结合所采用的每一个下料点堆放过程中固定堆料机端部位置的堆料方式，确定堆料轨迹。本发明通过预均化的堆料方式能均化原料成分，减少质量波动，为工厂提供长期稳定的原料，也可以在堆场内对不同组分的原料进行配料使其成为欲配料堆场为稳定生产和提高设备运转率创造条件。

Description

一种一次料场的预均化料堆方法及***

技术领域

本发明涉及自动控制的技术领域，尤其涉及一种一次料场的预均化料堆方法及***。

背景技术

在炼铁工业烧结矿生产中，原料混匀是把多类原料按配比加以混匀，使整体成分与粒度均匀化，对提高烧结矿产量质量、降低能耗、持续生产具有重要意义，是确保高炉生产顺行，保障优质高产、节能减排技术指标的重要条件。特别是在现在钢铁行业产能严重过剩、矿石资源日趋贫化大形势下，优质矿物资源日渐稀缺，为降低生产成本，各钢铁企业均一定程度上采购成分相对复杂且具波动性、价格相对低廉的矿石进行混匀生产。而目前混匀、混取装置搭建费用高昂，维护成本高，对架设场地要求较严，特别是对于大梯度粒度层级、大成分波动的各原料处理更加繁琐。

多数钢铁企业将混匀工艺的关注点与指标控制侧重在二次料场的堆料方法上，对于一次料场的研究并不密集，而将二次料场的成功方法直接应用于一次料场生产性价比过低。对于常见的一次矩形料场，传统一次料场堆料过程中采用固定点位一次性堆到预设最大高度，之后移动堆料机继续堆料的方式，该方法势必造成物料粒偏析度严重。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种一次料场的预均化料堆方法，能够实现散料粒度预均化，细化生产全过程，分摊单一工序堆积的指标实现压力。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，

初步规划料堆场地使用与料堆几何参数；通过确定所述料堆几何参数的料堆限高和对料堆进行分层设计来确定下料点位；完成所述下料点位确认之后，结合所采用的每一个下料点堆放过程中固定堆料机端部位置的堆料方式，确定堆料轨迹。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述确定下料点位包括，根据预均化思路，对一次性堆至限高的原有方法进行优化，将大料堆一次堆放过程，拆分为多次小料堆堆放过程；利用散料的自然堆积角、料场面积、堆取料机工作高程限度等因素确定料堆限高H；对所述小料堆进行分层设计，定义层数为K，因此局部小料堆的高度如下式：

h＝H/K

利用散料自然堆积角θ，确定小料堆锥体底面半径r＝h/tanθ。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述预均化包括，通过水平分层堆放和垂直切割的方法，均化堆料成分。作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述散料自然堆积角包括，所述散料在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度；在所述角度形成后，再往上堆加所述散料，就会自然溜下。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述下料点，还包括，利用对料场场地的尺寸信息测量并在料场内构建三维坐标系，确定各下料点位在该坐标系内的相对坐标；结合通过GPS设备测得的料场坐标系基准参考点的地理坐标信息；利用坐标转换对各下料点位于WGS-84坐标系的坐标加以求解；在堆料机下料端部加装实时差分GPS设备，从而实现下料点位的实时定位控制。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述WGS-84坐标系包括，原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH定义的地极方向。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述堆料机包括，在堆料机下料端部加装固态激光雷达设备，实现对料面的实时扫描，将画面传回操作室监控屏幕上反馈至操作人员。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述堆料点轨迹包括，在不改变原有下料点分布和轨迹设计逻辑的基础上，将标准行列分布的下料点阵列设计，简改为以堆料机基座为中心轴旋转堆料臂，形成行向呈弧形的堆料点排布方案。

作为本发明所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一种优选方案，其中：所述定位控制包括，通过在主架旋转轴上安装同轴测角码盘，辅助对下料点位的进一步控制。

本发明还提供如下技术方案：一种一次料场的预均化料堆***的一种优选方案，包括，规划模块，用于对料堆场地使用与料堆几何参数进行初步规划；下料点确定模块连接所述规划模块，其用于确定下料点在平面坐标系(X,Y)中的平面坐标；堆料轨迹模块连接所述下料点确定模块，其用于进行堆料机下料端部轨迹规划，并根据规划逻辑完成堆料，简化模块连接堆料轨迹模块，其用于简化下料点轨迹的设计和下料点位的定位控制方案。

本发明的有益效果：本发明通过一种新的预均化堆料方式能均化原料成分，减少质量波动，对粘湿物料适应性强；为工厂提供长期稳定的原料，也可以在堆场内对不同组分的原料进行配料使其成为欲配料堆场为稳定生产和提高设备运转率创造条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的一种一次料场的预均化料堆方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的一种一次料场的预均化料堆方法的一次料堆下料点位及轨迹设计示意三视图；

图3为本发明第二个实施例所述的一种一次料场的预均化料堆***的一次料堆下料点位及轨迹简化设计分层示意图；

图4为本发明第二个实施例所述的一种一次料场的预均化料堆***的一次料堆下料点位及轨迹简化设计分层示意图；

图5为本发明第二个实施例所述的一种一次料场的预均化料堆***的模块结构分布示意图；

图6为本发明第二个实施例所述的一种一次料场的预均化料堆***的网络拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图2，为本发明的第一个实施例，本发明的第一个实施例提供了一种一次料场的预均化料堆方法，包括：

S1：通过料场实地条件、散料物性参数和散料总量对料堆场地使用与料堆几何参数进行初步规划。

S2：通过确定料堆限高和对料堆进行分层设计来确定下料点位。

根据预均化思路，即通过水平分层堆放和垂直切割的方法，均化堆料成分，对一次性堆至限高的原有方法进行优化，将大料堆一次堆放过程，拆分为多次小料堆堆放过程；

利用散料的自然堆积角、料场面积、堆取料机工作高程限度等因素确定料堆限高H；

对所述小料堆进行分层设计，定义层数为K，因此局部小料堆的高度如下式：

h＝H/K

利用散料自然堆积角θ，确定小料堆锥体底面半径r＝h/tanθ。

需要说明的是，散料自然堆积角θ为所述散料在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度；

在所述角度形成后，再往上堆加所述散料，就会自然溜下。

具体的，通过图2进一步说明，结合散料自然堆积角θ(本发明如图2以θ＝60°为例)，确定小料堆锥体底面半径

结合料场宽度W(本发明如图2以W＝8r为例)，从而，在图2所示平面坐标系(X,Y)中，第一层高度h，其中第一行的下料点平面坐标为(r,r),(3r,r),(5r,r),(7r,r)；第二层高度2h，其中第一行的下料点平面坐标为(2r,2r),(4r,2r),(6r,2r)；第三层高度3h，其中第一行的下料点平面坐标为(3r,3r),(5r,3r)；第四层高度4h，其中第一行的下料点平面坐标为(4r,4r)，以此类推。

S3：完成所述下料点位确认之后，结合所采用的每一个下料点堆放过程中固定堆料机端部位置的堆料方式，确定堆料轨迹。

利用对料场场地的尺寸信息测量并在料场内构建三维坐标系，确定各下料点位在该坐标系内的相对坐标；

结合通过GPS设备测得的料场坐标系基准参考点的地理坐标信息；

利用坐标转换对各下料点位于WGS-84坐标系的坐标加以求解；

需要说明的是在WGS-84坐标系中，原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH定义的地极方向。

在堆料机下料端部加装实时差分GPS设备，从而实现下料点位的实时定位控制。

在堆料机下料端部加装固态激光雷达设备，实现对料面的实时扫描，将画面传回操作室监控屏幕上反馈至操作人员。

在不改变原有下料点分布和轨迹设计逻辑的基础上，将标准行列分布的下料点阵列设计，简改为以堆料机基座为中心轴旋转堆料臂，形成行向呈弧形的堆料点排布方案。

通过在主架旋转轴上安装同轴测角码盘，辅助对下料点位的进一步控制。

具体的，以料层数量K＝4为例，故堆至第四层至少需要确保最底层小料堆沿X轴与Y轴数量均不小于4。其路线如图2中数字标号顺序所示，首先将堆料机高度设为h对第一层进行堆放，沿X轴逐点定位完成第一行堆放之后(标号1至4)，沿Y轴移动至该层第二行(标号4至5)，并沿X轴逆向堆料完成第二行(标号5至8)，以此类推，至第四行堆完(标号8至9，9至12，12至13，13至16)。完成第一层最小行数的小料堆堆放后，升高堆料机至2h，就近移动堆料机端部至第二层的第一行沿X轴开始堆料(标号16至17)，从而避免同层内堆料时发生堆料机臂架碰撞料面问题，同理于第一层规则完成第二层堆料(标号17至19，19至20，20至22，22至23，23至25)，以此类推，逐步升高堆料机完成第三、四层堆料(标号25升至26，26顺次至29，29升至30)。后续沿Y轴方向贴近料堆三角形端面展开堆料，降低堆料机高度至h重新从第一层开始(标号30降至31)，堆完一行后(标号31至34)，就近提升堆料机至第二层(标号34至35)，完成第二层堆料(标号35至37)，以此类推，完成第三、四层堆料(标号37至40)。进而，依上述堆料逻辑完成堆料。

表1：磁铁矿的含量测定结果对比。

样品编号	1	2	3	4	5
						预均化组	93.5％	95％	94.1％	94.3％	98.5％
传统组	80.7％	93.4％	81％	91.5％	82.6％

测定值在91％～96％之间为合格，此时预均化组的合格率为80％，传统组的合格率为40％，由此可见，产品的质量得到了很大的提升。

优选的是，本发明保证了均衡稳定生产，对于提高产品质量及生产效率，降低能耗，长期安全运转起着重要作用。采用预均化技术可以利用过去难以利用的堆料，扩大资源利用范围，且物料偏析度明显降低，同时避免了同层内堆料时发生堆料机臂架碰撞料面问题。

实施例2

参照图3～图6，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种一次料场的预均化料堆***，包括：

规划模块100用于对料堆场地使用与料堆几何参数进行初步规划；

下料点确定模块200连接所述规划模块100，其用于确定下料点在平面坐标系(X,Y)中的平面坐标；

堆料轨迹模块300连接所述下料点确定模块200，其用于进行堆料机下料端部轨迹规划，并根据规划逻辑完成堆料。

简化模块400连接堆料轨迹模块300，其用于简化下料点轨迹的设计和下料点位的定位控制方案。

具体的，如图3所示以总层数K＝4为例，第一行第一个点位是以r为半径、与XY两轴相切的小圆圆心(标号1对应下料点)，同行向的堆料点沿以M为圆心、以料臂长度R为半径的圆弧分布(如第一行中，标号1、2、3、4分布在以M11为圆心、以点画线R为半径的圆弧上)，每两个堆料点圆心之间距离2r(如第一行中，标号1、2、3、4之间两两间距为2r)。同层堆料过程中，每完成一次行向堆料后，堆料机基座沿Y轴移动2r(如第一层中，M11、M12、M13、M14、M15之间两两间距2r)，就近开始同层下一个行向的堆料(如第一层中，标号4至5、8至9、12至13)。切换至相邻上层料面堆料时(如第一、二层中，标号16升高h并移至17)，因料臂长度不变，基座起始点位选定同理之前方法，基座起始点位沿Y轴距下层料面的起始点位距离为r(如第一、二层中，M11、M21间距为r)，从而保证了相邻料层之间堆料弧形轨迹的相互穿插，完成料堆填充和粒度偏析抑制。每层左上角最靠近坐标中心o点的下料点位置，如第一层第一行起始下料点，均布于当前层第一行的大圆弧上，根据当前层层号k，从大圆弧与Y轴交点，作k次长度为r的割线段，进而得到该下料点位置(如第二层中，标号17对应下料点为虚线小圆与大圆弧交点，其中，虚线小圆圆心位于大圆弧上、半径为r且与Y轴相切)。以此类推，可以完成最小的四层料堆堆放(标号1至30)。后续堆料，同理之前方案，沿Y轴方向贴近料堆凹面三角形端面展开堆料(标号30降至31，逐层完成31至34、34升至35、35至37、37升至38、38至39、39升至40)。

简化设计方案同原方案之间，主要差别在于堆料机基座移动频率相对较少，同行堆料中，料臂围绕堆料机基座主支架旋转进行点位切换。

优选的是，本发明针对于设备相对陈旧的部分一次料场，对下料点轨迹进行简化设计，减少了堆料机在轨道上频繁移动而带来的设施耗损加重，提高了堆料机的堆料效率以及设施的使用年限。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“***”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地***、分布式***中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它***进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：包括，

初步规划料堆场地使用与料堆几何参数；

通过确定所述料堆几何参数的料堆限高和对料堆进行分层设计来确定下料点位；

完成所述下料点位确认之后，结合所采用的每一个下料点堆放过程中固定堆料机端部位置的堆料方式，确定堆料轨迹。

2.如权利要求1所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述确定下料点位包括，

根据预均化思路，对一次性堆至限高的原有方法进行优化，将大料堆一次堆放过程，拆分为多次小料堆堆放过程；

利用散料的自然堆积角、料场面积、堆取料机工作高程限度等因素确定料堆限高H；

对所述小料堆进行分层设计，定义层数为K，因此局部小料堆的高度如下式：

h＝H/K

利用散料自然堆积角θ，确定小料堆锥体底面半径r＝h/tanθ。

3.如权利要求2所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述预均化包括，

通过水平分层堆放和垂直切割的方法，均化堆料成分。

4.如权利要求3所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述散料自然堆积角包括，

所述散料在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度；

在所述角度形成后，再往上堆加所述散料，就会自然溜下。

5.如权利要求4所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述下料点，还包括，

利用对料场场地的尺寸信息测量并在料场内构建三维坐标系，确定各下料点位在该坐标系内的相对坐标；

结合通过GPS设备测得的料场坐标系基准参考点的地理坐标信息；

利用坐标转换对各下料点位于WGS-84坐标系的坐标加以求解；

在堆料机下料端部加装实时差分GPS设备，从而实现下料点位的实时定位控制。

6.如权利要求5所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述WGS-84坐标系包括，

原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH定义的地极方向。

7.如权利要求6所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述堆料机包括，

在堆料机下料端部加装固态激光雷达设备，实现对料面的实时扫描，将画面传回操作室监控屏幕上反馈至操作人员。

8.如权利要求7所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述堆料点轨迹包括，

在不改变原有下料点分布和轨迹设计逻辑的基础上，将标准行列分布的下料点阵列设计，简改为以堆料机基座为中心轴旋转堆料臂，形成行向呈弧形的堆料点排布方案。

9.如权利要求8所述的一次料场的预均化料堆方法，其特征在于：所述定位控制包括，

通过在主架旋转轴上安装同轴测角码盘，辅助对下料点位的进一步控制。

10.一种一次料场的预均化料堆***，其特征在于：包括，

规划模块(100)，用于对料堆场地使用与料堆几何参数进行初步规划；

下料点确定模块(200)连接所述规划模块(100)，其用于确定下料点在平面坐标系(X,Y)中的平面坐标；

堆料轨迹模块(300)连接所述下料点确定模块(200)，其用于进行堆料机下料端部轨迹规划，并根据规划逻辑完成堆料。

简化模块(400)连接堆料轨迹模块(300)，其用于简化下料点轨迹的设计和下料点位的定位控制方案。

Images