高爐布料的料面形狀控制方法及控制系統的製作方法

2023-07-29 05:02:26 1

專利名稱：高爐布料的料面形狀控制方法及控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及冶金技術控制領域，尤其涉及一種高爐布料的料面形狀控制方法及控制系統。
背景技術：
鋼鐵工業是重要的基礎工業部門，是發展國民經濟與國防建設的物質基礎。而煉鐵過程是一個十分複雜的化學反應過程，並且高爐內部生產條件非常嚴酷。如何更好地利用已有理論和監測信息實現高爐冶煉過程的在線控制成為鋼鐵行業者十分關心急迫的事情。高爐冶煉過程與爐內料面形狀有著十分緊密的關係。通過監視料面形狀可以很好地掌握冶煉的過程，進而得到準確的操作方式，最終使得爐缸活躍、高爐順行、降低焦比、節約能源、穩定聞廣、減少爐壁侵蝕和延長聞爐壽命，對聞爐煉鐵生廣效益的提聞有著十分重要的價值。目前料面檢測的方法很多，主要有機械探尺測量法，間接料面判斷法，高爐視頻監測系統，以及較為先進的微波雷達料位測量技術等。但無論用哪種方法檢測料面都沒有實現高爐布料的控制。以高爐料面為控制對象，通過理想的料面形狀與實際料面形狀之間的誤差來判斷爐況，從而不斷調節布料參數和布料矩陣達到高爐布料的優化控制還屬首創。目前用於高爐料面方面的技術主要有通過各類傳感器對料面進行檢測，然後利用得到的信息進行料面的重構等，但這種料面檢測得到的信息一般很少且料面的重構也存在誤差，單憑重構的料面無法達到控制的要求。bm, CN1453669，題為「基於計算智能的鍋爐燃燒在線優化控制系統」，揭示了一種基於計算智能的鍋爐燃燒在線優化控制系統。它是通過鍋爐集散控制系統的下載接口從集散控制系統下載鍋爐的運行參數，從鍋爐尾部煙氣組分在線監測系統獲得鍋爐的排煙組分，並從鍋爐尾部安裝的飛灰含炭量監測儀獲得鍋爐的飛灰含炭量，鍋爐的運行參數，排煙組分和飛灰含炭量數據存貯於燃燒在線優化控制系統的中央處理計算機的資料庫中進行學習並建立非線性模型和全局優化計算。本發明可以獲得最小鍋爐汙染物排放時的鍋爐優化運行方案，或者獲得一定鍋爐汙染物排放限下的最大鍋爐效率為尋優目標，也可以實現多目標優化的運行方案。該申請提出的方案基於計算智能的鍋爐燃燒在線優化控制系統，在計算機的資料庫中進行學習並建立非線性模型和全局優化計算，結果通過DCS的上傳接口進入鍋爐集散控制系統實現鍋爐的在線優化控制，發明雖然利用一些建模方法建立控制系統的模型，但存在一定誤差，沒有涉及修正。CN1844409，題為「基於紅外圖像的溫度場與料面分布檢測方法及監測系統」揭示了基於紅外圖像的溫度場與料面分布檢測方法及監測系統，本發明針對高爐溫度場與料面分布難檢測的問題，以在線反映高爐煤氣流變化趨勢與料面分布變化為目標，利用紅外圖像處理和高爐狀態信息建立高爐溫度場模型與料面分布模型。在此基礎上建立溫度場與料面分布在線監測系統，用戶根據溫度場模型能判斷煤氣流分布及偏心程度，根據料面分布模型分析布料對煤氣流發展的影響，從而優化布料制度。基於該方法的監測系統具有投資少、操作直觀、可靠的特點，為高爐冶煉過程中判斷煤氣流與料面分布提供了客觀、量化的依據。該申請涉及的方案利用紅外圖像和高爐狀態信息，建立高爐溫度場模型與料面分布模型系統。它可以在線反映高爐煤氣流變化趨勢和料面分布變化，利用專家經驗對信息進行融合，並以機械探尺測量的數據修正料面形狀，但是其擬合出的料面精度不夠，無法在線實時測量，更達不到控制的要求。CN101020933，題為「高爐料面形狀動態立體監測系統及檢測方法」揭示了一種高爐料面形狀動態立體監測系統及檢測方法，屬於電子測量技術及計算機三維技術領域。系統包括雷達、套筒、閥門、套筒、高爐，雷達安裝至連接套筒的法蘭處；一套雷達數據採集單元包括24路信號接入端子板，以及和端子板相連接的安裝於工控機總線上的數據採集卡；一臺工控計算機，及其配套的高爐料面立體監測軟體組成成像系統。檢測步驟為雷達與數據採集單元實時通訊，計算機將傾斜測量到的數值轉化成高爐料面的垂直高度值，並送入到計算機成像系統,結合高爐內部的尺寸參數,生成所需3D料層的曲面數據。該申請研究了利用多雷達進行高爐料面形狀檢測的方法，系統以多個雷達換算的高度數據為準，以機械探尺所測得的高度數據為參考，但該系統僅僅是測量系統，以六點雷達作為料面形 成的關鍵數據，起到料面重構的作用，雷達沒有參與料面的控制。

發明內容
本發明的目的在於提供一種以料面形狀為控制對象的高爐布料優化控制系統。通過調節布料矩陣使得料面形狀達到理想的料面形狀，達到高爐布料的優化控制。根據本發明的一方面，提出一種高爐布料的料面形狀控制方法，包括使用雷達測量料面上6個指定點的高度變化；當雷達測量到料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值；基於布料設備的當前布料參數計算理想料面形狀，其中該理想料面形狀包括6個指定點的理想的料面高度值；基於理想料面形狀產生布料矩陣；基於6個指定點，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數；基於修正後的布料設備的布料參數並進行布料。其中，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正包括計算6個指定點的理想的料面高度值與當前的料面高度值之差的累計值e ;設定累計值e的閾值，噹噹前的累計值e的絕對值超過閾值時，調整布料矩陣並產生新的布料參數，根據新的布料參數重新計算得到6個指定點的理想的料面高度值；重複上述的步驟直至當前的累計值e的絕對值小於閾值，將此時的布料矩陣和布料設備的布料參數作為修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數。其中的累計值e計算為e = E(6個指定點的理想的料面高度值累計值)_E(6個指定點的當前的料面高度值累計值)。通常，閾值設定為O. I米。根據本發明的另一方面，提出一種高爐布料的料面形狀控制系統，包括雷達探尺、布料設備、料面形狀計算模塊、修正模塊和優化模塊。雷達探尺包括6個雷達，測量料面上6個指定點的高度變化，其中雷達探尺在料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值。布料設備包括一個溜槽，布料設備根據布料參數進行布料。料面形狀計算模塊連接到布料設備，基於布料設備的布料參數計算理想料面形狀並產生布料矩陣，其中該理想料面形狀包括所述6個指定點的理想的料面高度值。修正模塊連接到雷達探尺和料面形狀計算模塊，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣。優化模塊連接到料面形狀計算模塊、修正模塊和布料設備，產生修正後的布料參數，並由布料設備進行布料。其中雷達探尺的雷達包括高頻發射接收天線、環形器、收發單元、混頻器和數據處理電路，根據射頻回波信號測量料面上6個指定點的高度數據。修正模塊設定累計值e的閾值並計算6個指定點的理想的料面高度值與當前的料面高度值之差的累計值e，噹噹前的累計值e的絕對值超過閾值時，由料面形狀計算模塊和優化模塊調整布料矩陣並產生新的布料參數，由料面形狀計算模塊根據新的布料參數重新計算得到6個指定點的理想的料面高度值再次計算累計值e ;重複上述的步驟直至當前的累計值e的絕對值小於所述閾值，將此時的布料矩陣作為修正後的布料矩陣。
其中的累計值e計算為e = E(6個指定點的理想的料面高度值累計值)_E(6個指定點的當前的料面高度值累計值)。通常，閾值設定為O. I米。本發明的高爐布料的料面形狀控制方法和控制系統對料面的探測更加準確，並且能夠根據當前料面的狀況對布料程序進行調整，使得布料過程更加優化，減少料面波動，實現穩定生產和節能降耗。


圖I揭示了根據本發明的高爐布料的料面形狀控制方法的流程圖。圖2揭示了根據本發明的高爐布料的料面形狀控制系統的結構圖。
圖3揭示了採用本發明的高爐布料的料面形狀控制方法和控制系統得到的優化控制效果。
具體實施例方式在傳統的高爐布料的料面形狀控制方法中，主要採用機械探尺布料控制主要以一把機械探尺為依據，機械探尺以接觸的方式跟隨料面下降，由於冶煉的進行，料面持續下降，料面降到一個設定高度後，提起機械探尺，開始加料，加完人工事先設定好批次的爐料後，繼續降下機械探尺，開始新一輪的加料過程。傳統的方法是當高爐料面發生變化時，選取料面上的機械探尺檢測點數據為依據，根據機械探尺的數據採取相應的控制操作。這種方法以一點的值作為被控對象，控制料面的方式十分粗糙，存在較大的誤差。而在本發明的高爐布料的料面形狀控制方法和控制系統中，採用雷達探尺，以非接觸的方式測量料面下降，由於冶煉的進行，料面持續下降，料面降到設定高度後，開始加料，加完由計算機根據雷達數據生成的批次爐料後，繼續雷達測量，開始新一輪的加料過程。參考圖I所示，揭示了根據本發明的一個實施例的高爐布料的料面形狀控制方法的流程圖，該方法包括如下的步驟S10.使用雷達測量料面上6個指定點的高度變化。Sll.當雷達測量到料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值。S12.基於布料設備的當前布料參數計算理想料面形狀，其中該理想料面形狀包括6個指定點的理想的料面高度值。S13.基於理想料面形狀產生布料矩陣。S14.基於6個指定點，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數。在一個實施例中，步驟S14中根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正包括如下的步驟計算6個指定點的理想的料面高度值與當前的料面高度值之差的累計值e ;設定累計值e的閾值，噹噹前的累計值e的絕對值超過閾值時，調整布料矩陣並產生新的布料參數，根據新的布料參數重新計算得到6個指定點的理想的料面高度 值。重複上述的兩個步驟直至當前的累計值e的絕對值小於所述閾值，將此時的布料矩陣和布料設備的布料參數作為修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數。累計值e的計算方式如下e = E(6個指定點的理想的料面高度值累計值)-E(6個指定點的當前的料面高度值累計值)。通常閾值設定為O. I米。S15.基於修正後的布料設備的布料參數並進行布料。參考圖2，揭示了根據本發明的一實施例的一種高爐布料的料面形狀控制系統，包括雷達探尺20、布料設備21、料面形狀計算模塊22、修正模塊23和優化模塊24。雷達探尺20包括6個雷達，測量料面上6個指定點的高度變化，其中雷達探尺在料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值。布料設備21包括一個溜槽，布料設備21根據布料參數進行布料。料面形狀計算模塊22連接到布料設備21，基於布料設備2 I的布料參數計算理想料面形狀並產生布料矩陣，其中該理想料面形狀包括6個指定點的理想的料面高度值。在一個實施例中，料面形狀計算模塊22包括料形計算仿真軟體，該軟體以布料矩陣為核心，以爐料的運動過程為模型依據，通過布料矩陣的輸入實現料面的計算顯示。料形計算仿真軟體還具有料面顯示界面，通過設定當前布料參數，輸入布料矩陣即可顯示當前料面形狀。修正模塊23連接到雷達探尺20和料面形狀計算模塊22，修正模塊23根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣。優化模塊24連接到料面形狀計算模塊22、修正模塊23和布料設備21，優化模塊24產生修正後的布料參數，並由布料設備21進行布料。在一個實施例中，雷達探尺20的雷達包括高頻發射接收天線、環形器、收發單元、混頻器和數據處理電路，雷達探尺20根據射頻回波信號測量料面上6個指定點的高度數據。修正模塊23設定累計值e的閾值並計算6個指定點的理想的料面高度值與當前的料面高度值之差的累計值e，噹噹前的累計值e的絕對值超過閾值時，由料面形狀計算模塊22和優化模塊24調整布料矩陣並產生新的布料參數，由料面形狀計算模塊22根據新的布料參數重新計算得到6個指定點的理想的料面高度值再次計算累計值e。重複上述的步驟直至當前的累計值e的絕對值小於閾值，將此時的布料矩陣作為修正後的布料矩陣。其中，累計值e計算為
e = E(6個指定點的理想的料面高度值累計值)-E (6個指定點的當前的料面高度值累計值)。通常，閾值被設定為O. I米。與傳統的機械探尺檢測方式相比較，本發明的高爐布料的料面形狀控制方法和控制系統具有如下的特點和優勢傳統機械探尺以一把探尺為料面控制依據，而發明以六把雷達探尺為料面控制依
據。 傳統控制方法的控制點為以料尺到達一個固定不變的設定高度時，即認為滿足設定條件，開始下一輪布料。本發明對料面的控制比較精確，它以六點雷達的綜合設定高度為依據，以爐料的料形計算加六點雷達為控制參數，控制方式精確。可以看出，探尺測量本質是控制一個點，而基於六個點的料形計算仿真軟體和雷達相結合的方法，控制的是一個面。在控制過程中增加了料面仿真計算、雷達修正和優化控制三個環節，通過雷達測量料面形狀和理想料面形狀之間的控制誤差，來調節高爐煉鐵操作，實現高爐布料的控制。總結而言，傳統的布料方式以一點機械探尺為布料基礎，人為憑經驗設定布料矩陣。本發明是基於雷達和模擬計算的布料方式，以複合控制為核心，根據設定的理想料面形狀和當前布料矩陣下料面的實際形狀之間的誤差為調節對象，通過調節布料矩陣使得料面形狀達到理想的料面形狀，從而達到高爐布料的優化控制。圖3揭示了採用本發明的高爐布料的料面形狀控制方法和控制系統得到的優化控制效果。如圖3所示，最上方的曲線為設定的理想料面形狀，最下方的曲線為採用本發明的高爐布料的料面形狀控制方法或者控制系統得到的實際料面形狀，可以看出，基於的雷達測量料面形狀和理想料面形狀高度差的新的複合控制方式，通過縮小料面形狀誤差e，即不斷調節布料矩陣使得料面形狀e進行改變，越來越接近理想的料面形狀，當與設定的控制誤差滿足限定值時，布料結束，達到優化控制布料的目的。本發明的高爐布料的料面形狀控制方法和控制系統對料面的探測更加準確，並且能夠根據當前料面的狀況對布料程序進行調整，使得布料過程更加優化，減少料面波動，實現穩定生產和節能降耗。
權利要求
1.一種高爐布料的料面形狀控制方法，其特徵在於，包括 使用雷達測量料面上6個指定點的高度變化； 當雷達測量到料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值； 基於布料設備的當前布料參數計算理想料面形狀，其中該理想料面形狀包括所述6個指定點的理想的料面高度值； 基於所述理想料面形狀產生布料矩陣； 基於所述6個指定點，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數； 基於修正後的布料設備的布料參數並進行布料。
2.如權利要求I所述的高爐布料的料面形狀控制方法，其特徵在於，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正包括 計算6個指定點的理想的料面高度值與當前的料面高度值之差的累計值e ； 設定累計值e的閾值，噹噹前的累計值e的絕對值超過閾值時，調整布料矩陣並產生新的布料參數，根據新的布料參數重新計算得到6個指定點的理想的料面高度值； 重複上述的步驟直至當前的累計值e的絕對值小於所述閾值，將此時的布料矩陣和布料設備的布料參數作為修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數。
3.如權利要求2所述的高爐布料的料面形狀控制方法，其特徵在於，累計值e計算為 e = E(6個指定點的理想的料面高度值累計值)-E^個指定點的當前的料面高度值累計值)。
4.如權利要求3所述的高爐布料的料面形狀控制方法，其特徵在於，所述閾值為O.I米。
5.一種高爐布料的料面形狀控制系統，其特徵在於，包括 雷達探尺，包括6個雷達，測量料面上6個指定點的高度變化，其中雷達探尺在料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值； 布料設備，包括一個溜槽，布料設備根據布料參數進行布料； 料面形狀計算模塊，連接到所述布料設備，基於布料設備的布料參數計算理想料面形狀並產生布料矩陣，其中該理想料面形狀包括所述6個指定點的理想的料面高度值； 修正模塊，連接到雷達探尺和料面形狀計算模塊，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣； 優化模塊，連接到所述料面形狀計算模塊、修正模塊和布料設備，產生修正後的布料參數，並由布料設備進行布料。
6.如權利要求5所述的高爐布料的料面形狀控制系統，其特徵在於， 所述雷達探尺的雷達包括高頻發射接收天線、環形器、收發單元、混頻器和數據處理電路，根據射頻回波信號測量料面上6個指定點的高度數據。
7.如權利要求5所述的高爐布料的料面形狀控制系統，其特徵在於，所述修正模塊設定累計值e的閾值並計算6個指定點的理想的料面高度值與當前的料面高度值之差的累計值e， 噹噹前的累計值e的絕對值超過閾值時，由料面形狀計算模塊和優化模塊調整布料矩陣並產生新的布料參數，由料面形狀計算模塊根據新的布料參數重新計算得到6個指定點的理想的料面高度值再次計算累計值e ； 重複上述的步驟直至當前的累計值e的絕對值小於所述閾值，將此時的布料矩陣作為修正後的布料矩陣。
8.如權利要求7所述的高爐布料的料面形狀控制系統，其特徵在於，累計值e計算為 e = E(6個指定點的理想的料面高度值累計值)-E^個指定點的當前的料面高度值累計值)。
9.如權利要求8所述的高爐布料的料面形狀控制系統，其特徵在於，所述閾值為O.I米。
全文摘要
本發明揭示了一種高爐布料的料面形狀控制方法，包括使用雷達測量料面上6個指定點的高度變化；當雷達測量到料面上的6個指定點的高度達到預定高度時，採集當前該6個指定點的料面高度值；基於布料設備的當前布料參數計算理想料面形狀，其中該理想料面形狀包括6個指定點的理想的料面高度值；基於理想料面形狀產生布料矩陣；基於6個指定點，根據6個指定點的當前料面高度值與理想料面高度值的差值對理想料面形狀進行修正，得到修正後的布料矩陣和布料設備的布料參數；基於修正後的布料設備的布料參數並進行布料。本發明對料面的探測更加準確，使得布料過程更加優化，減少料面波動，實現穩定生產和節能降耗。
文檔編號C21B7/24GK102732659SQ20111009052
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者儲濱, 吳曉東, 杜洪縉, 肖陽, 陳先中 申請人:北京科技大學, 寶山鋼鐵股份有限公司