一种高炉布料过程布料矩阵优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种高炉布料过程布料矩阵优化方法及系统，该方法包括：设定理想料面形状；以最小化下一批炉料的料面形状与理想料面形状的偏差为目标，优化布料矩阵；优化得到的最优布料矩阵作为下一批炉料的布料矩阵。该系统包括：设定单元、优化单元、输出单元。本发明专利技术为高炉布料矩阵的调节提供了依据，操作人员可根据本发明专利技术提供的方法及系统所优化得到的布料矩阵，实现高炉布料操作中布料矩阵的调节，本发明专利技术优化所得布料矩阵下的料面形状接近于理想料面形状。使高炉煤气流合理分布，提高原料利用率，达到高炉高产、高效的效果。

Method and system for optimizing distribution matrix of blast furnace burden distribution process

The present invention provides a process of blast furnace burden distribution matrix optimization method and system, the method includes: setting the ideal surface shape; to surface shape and surface shape deviation of ideal minimization under a burden as the goal, to optimize the fabric matrix; optimal cloth matrix are used as the next batch of burden distribution matrix. The system comprises a setting unit, an optimization unit and an output unit. The invention provides a basis for regulating the distribution matrix of the blast furnace, the operator can according to the method and system provided by the optimization of cloth matrix, realize the regulation of blast furnace operation in the material matrix, the matrix under the optimized material charge shape close to the ideal surface shape. The blast furnace gas flow is rationally distributed, and the utilization ratio of raw material is improved, and the effect of high yield and high efficiency of blast furnace is achieved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高炉冶炼自动控制
，特别涉及一种高炉布料过程布料矩阵优化方法及系统。
技术介绍
布料操作是高炉炼铁四大基本操作制度之一，决定着料面的形状和高炉内部炉料的层状分布。直接影响高炉上部的煤气流分布、煤气利用率。通过布料制度来调整料面形状，使高炉内部煤气流合理分布，增加煤气的利用率，达到高产高效的效果，对高炉的稳定顺行有着深远的意义。然而，高炉是一个伴随着高温、高压、密闭的大型反应器，由于测量仪器的限制，现今正常生产中难以直接对高炉内部进行观察。因而，由布料操作调节布料矩阵得到的料面形状也无法预知。现今操作人员主要根据探尺高度和十字测温温度结合自身经验间接估计料面形状，具有极强的主观性和偶然性，导致时常无法进行合理的布料操作。因此，必须建立准确的数学模型，得到不同布料矩阵下的料面形状，指导操作人员进行合理的布料操作。专利公开号CN106011350A提出了一种高炉布料的料面形状的估计方法，已经可以得到不同布料矩阵下的料面形状，在一定程度上实现了料面形状的可视化。然而，该方法还无法实现指导操作人员对布料矩阵进行调整，使调整后的布料矩阵下的料面形状达到理想料面形状。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种高炉布料过程布料矩阵优化方法及系统，使优化所得布料矩阵下的料面形状接近于理想料面形状，最终使高炉达到稳定、顺行、高产、高效的效果。本专利技术的技术方案是：一种高炉布料过程布料矩阵优化方法，包括：设定理想料面形状；以最小化下一批炉料的料面形状与理想料面形状的偏差为目标，优化布料矩阵；优化得到的最优布料矩阵作为下一批炉料的布料矩阵。采用粒子群算法优化布料矩阵：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置，粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。所述采用粒子群算法优化布料矩阵，包括：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置；获取下一批炉料的布料过程参数、炉料参数和粒子当前位置所对应的布料矩阵；计算下一批炉料根据粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状；以粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。所述计算下一批炉料根据粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状，包括：根据下一批炉料的布料过程参数计算炉料离开节流阀的初始速度；根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；根据炉料在溜槽末端的速度计算粒子当前位置所对应的布料矩阵中的各溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；计算粒子当前位置所对应的布料矩阵中的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即下一批炉料在粒子当前位置所对应的布料矩阵下的料面形状。本专利技术还提供一种高炉布料过程布料矩阵优化系统，包括：设定单元：设定理想料面形状；优化单元：以最小化下一批炉料的料面形状与理想料面形状的偏差为目标，优化布料矩阵；输出单元：优化得到的最优布料矩阵作为下一批炉料的布料矩阵输出。所述优化单元，采用粒子群算法优化布料矩阵：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置，粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。所述优化单元，包括：初始化模块：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置；获取模块：获取下一批炉料的布料过程参数、炉料参数和粒子当前位置所对应的布料矩阵；料面形状计算模块：计算下一批炉料根据粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状；迭代优化模块：以粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。所述料面形状计算模块，包括：第一计算模块：根据下一批炉料的布料过程参数计算炉料离开节流阀的初始速度；第二计算模块：根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；第三计算模块：根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；第四计算模块：根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；第五计算模块：根据炉料在溜槽末端的速度计算粒子当前位置所对应的布料矩阵中的各溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；第六计算模块：计算粒子当前位置所对应的布料矩阵中的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即下一批炉料在粒子当前位置所对应的布料矩阵下的料面形状。有益效果：本专利技术为高炉布料矩阵的调节提供了依据，操作人员可根据本专利技术提供的方法及系统所优化得到的布料矩阵，实现高炉布料操作中布料矩阵的调节，本专利技术优化所得布料矩阵下的料面形状接近于理想料面形状。使高炉煤气流合理分布，提高原料利用率，达到高炉高产、高效的效果。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中理想料面形状图；图2为本专利技术具体实施方式中基本料面形状截面图；图3为本专利技术具体实施方式中第一个溜槽倾角下料面形状截面图；图4为本专利技术具体实施方式中多环布料料面的增长机理截面图；图5为本专利技术具体实施方式中当前料面形状与理想料面形状比较图；图6为本专利技术具体实施方式中优化过程迭代图；图7为本专利技术具体实施方式中优化效果图；图8为本专利技术具体实施方式中高炉布料过程布料矩阵优化方法流程图；图9为本专利技术具体实施方式中高炉布料过程布料矩阵优化方法步骤2流程图；图10为本专利技术具体实施方式中高炉布料过程布料矩阵优化方法步骤2-3流程图；图11为本专利技术具体实施方式中高炉布料过程布料矩阵优化系统框图；图12为本专利技术具体实施方式中优化单元框图；图13为本专利技术具体实施方式中料面形状计算模块框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细说明。本实施方式中针对串罐无钟式高炉实施本专利技术的方法及系统，炉料经传送带依次到达上料罐、下料罐、中心喉管和旋转溜槽，最终炉料布向炉喉内部。该高炉布料过程布料矩阵优化方法，如图8所示，包括：步骤1、结合给料信息和当前炉况设定理想料面形状；串罐无钟式高炉的炉喉位置料面形状在理想料面下是可以保证良好的煤气流分布和原料利用率。通常理想料面形状中心程“漏斗”型，两边为“平台”型，如图1所示，设定的径向理想料面形状γb(x)表达式为：其中，为炉料的内堆角，为炉料的外堆角，x为到高炉中心的距离，R为炉喉半径；步骤2、以最小化下一批炉料的料面形状与理想料面形状的偏差为目标，优化布料矩阵；设定目标函数为：约束条件为：其中，ψ(x，αi，mi)为料面形状函数，αi为第i个溜槽倾角，mi为第i个溜槽倾角所对应的旋转圈数；i＝1，2，……n，其中n为布料过程中设定的布料档位数，n通常取4～7。本实施方式中采用粒子群算法优化布料矩阵：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置，粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。所述采用粒子群算法优化布料矩阵，如图9所示，包括：步骤2-1、随机产生的布料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高炉布料过程布料矩阵优化方法，其特征在于，包括：设定理想料面形状；以最小化下一批炉料的料面形状与理想料面形状的偏差为目标，优化布料矩阵；优化得到的最优布料矩阵作为下一批炉料的布料矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种高炉布料过程布料矩阵优化方法，其特征在于，包括：设定理想料面形状；以最小化下一批炉料的料面形状与理想料面形状的偏差为目标，优化布料矩阵；优化得到的最优布料矩阵作为下一批炉料的布料矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用粒子群算法优化布料矩阵：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置，粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用粒子群算法优化布料矩阵，包括：随机产生的布料矩阵作为种群中粒子的初始位置；获取下一批炉料的布料过程参数、炉料参数和粒子当前位置所对应的布料矩阵；计算下一批炉料根据粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状；以粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状与理想料面形状之间的偏差的平方和作为适应值，迭代优化粒子位置，求得的种群最优位置即下一批炉料的最优布料矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算下一批炉料根据粒子当前位置所对应的布料矩阵所形成的料面形状，包括：根据下一批炉料的布料过程参数计算炉料离开节流阀的初始速度；根据炉料离开节流阀的初始速度计算炉料在中心喉管末端的速度；根据炉料在中心喉管末端的速度计算炉料到达溜槽时的速度；根据炉料到达溜槽时的速度计算炉料在溜槽末端的速度；根据炉料在溜槽末端的速度计算粒子当前位置所对应的布料矩阵中的各溜槽倾角档位下炉料所形成料堆堆尖点横坐标；计算粒子当前位置所对应的布料矩阵中的最后一个溜槽倾角下的料面形状，即下一批炉料在粒子当前位置所对应的布料矩阵下的料面形状。5.一种高炉布料过程布料矩阵优化系统，其特征在于，包括：设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：周平，刘记平，尤磊，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21