[发明专利]一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统，通过建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系，根据炉料在下料罐处的排出方式，建立炉料节流阀排出数学模型，建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型，根据炉料与溜槽碰撞的碰撞恢复系数，建立炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型，建立炉料在溜槽内的溜槽运动数学模型以及根据溜槽运动数学模型，获取单颗粒炉料从节流阀至溜槽末端的炉料运动轨迹数学模型，进而获得整个高炉炉顶炉料的运动轨迹数学模型，解决了现有高炉炉顶炉料运动轨迹计算精度低的技术问题，实现不同初始运动状态炉料颗粒在高炉炉顶的运动轨迹计算，提高了炉料运动轨迹的计算精度。

技术领域

本发明主要涉及高炉冶炼技术领域，特指一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统。

背景技术

高炉炼铁是钢铁生产流程的关键工序，是连续鼓风、分批布料、周期性出铁、伴随着复杂物理化学反应、剧烈的物质与相变转化、高强度能量转移和传递的生产过程。高炉炉顶料面三维形貌是优化调节高炉煤气流分布的最主要依据，也是辅助高炉冶炼专家及时发现异常炉况，适度调节布料制度，避免炉况进一步恶化的重要依据。而高炉炉顶炉料运动轨迹直接决定料面三维形貌，成功预测炉顶炉料三维运动轨迹对促进高炉稳定顺行、提高煤气利用率、保证铁水质量意义重大。由于高炉炉顶密闭、高温高压、高粉尘、弱光等恶劣环境，现有机械探尺、雷达探尺、激光探尺以及工业内窥镜难以在此环境下长期稳定检测料面形状。因此，需要基于炉料的运动机理，分析炉料从下料罐至料面的全流程运动情况，建立炉料运动轨迹三维数学模型，计算炉料在不同高炉布料操作参数下的运动轨迹及落点位置。

炉料从料仓传送至高炉内部会在高炉炉顶先后经过上料罐、下料罐、中心喉管、旋转溜槽，最后落到料面形成新的料面形状。在串罐式无钟高炉炉顶，炉料从上料罐至下料罐的运动过程几乎对炉料布料操作没有影响。因此，炉料在高炉炉顶的运动轨迹模型可以分为五个部分。首先是离开下料罐末端的节流阀排料模型；然后是在中心喉管的自由下落运动模型；接着是与溜槽碰撞模型；紧接着是旋转溜槽上的三维螺旋运动模型；最后是炉喉空区的斜抛运动模型。目前关于炉料运动轨迹模型较多，但均只将炉料视为质点进行受力分析，所获取的炉料运动轨迹为质点的运动轨迹，无法表征炉料离开溜槽时的位置分布和速度分布情况。因此，本发明提出了一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，实现高炉炉顶炉料运动轨迹精准计算，对高炉精准布料操作具有重要意义。

公开号为CN 103131809 A的专利公开了一种高炉无料钟多环布料数学模型，该发明综合考虑了料线位置、炉料在溜槽上运动距离随溜槽倾斜角度变化而变化等因素影响，并定量分析炉料在炉内的初始分布，提出了炉料通过中心喉管与溜槽碰撞速度模型、炉料离开溜槽运动速度模型、炉料在炉喉空区中运动受力模型等，实现无钟高炉多环布料。

但该发明将料流视为质点进行建模，所获取的料流运动轨迹为单点的运动轨迹，难以得到整个料流在溜槽末端的位置和速度分布情况；同时炉料在料面的落点也为单点，难以得到炉料在料面的分布情况。

公开号为CN112176136B的专利公开了一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统，该发明主要是针对U型溜槽上炉料运动轨迹的建模方法，建立了静坐标系和动坐标系，在U型溜槽内分析炉料的受力情况，并根据牛顿第二定律获取炉料相对U型旋转溜槽的运动轨迹数学模型。在设定好颗粒在U型溜槽上的初始运动状态后，能够获取炉料在U型溜槽上的运动轨迹。

但是该发明中炉料颗粒在溜槽内的初始运动状态为人为设定，没有考虑炉料在节流阀处初始位置对炉料运动轨迹的影响，难以实现高炉炉顶炉料运动轨迹的计算。

发明内容

本发明提供的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统，解决了现有高炉炉顶炉料运动轨迹计算精度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法包括：

建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系；