D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.09.017 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 基于多点雷达和最小二乘法估计高炉料面形状 祝 乔12)区程汉卿，2》 尹怡欣12》陈先中12) 1)北京科技大学自动化学院，北京1000832)北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室，北京100083 区通信作者，E-mail:johnzon1:55@163.com 摘要利用多点雷达数据，使用最小二乘法对高炉的料面形状进行估计.首先，采用三段曲线描述料面形状，其中包括两段 直线一段二次曲线.其次，利用炉料分布规律对三段曲线的具体参数进行约束，使得料面形状的估计更为合理.然后，利用多 点雷达数据和最小二乘法估计料面形状，实现料面的实时动态显示，利用某钢厂的实际雷达测量数据，证实了该方法的有 效性. 关键词高炉；布料：料面测量仪；雷达测量：最小二乘法 分类号TF513:TM931 Estimating the burden surface profile of a blast furnace based on multi-radar measurement and least squares approximations ZHU Qiao),CHENG Han-qing,YIN Yi-xin),CHEN Xian-zhong2) 1)School of Automation Electrical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Key Laboratory of Advanced Control of Iron and Steel Process (Ministry of Education),University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China sCorresponding author,E-mail:johnzon155@163.com ABSTRACT Burden distribution in a blast furnace was estimated based on least squares approximations and multi-radar data.First- ly,a three-segment curve,which includes two straight lines and a quadratic curve,was used to describe the burden distribution.Sec- ondly,based on the burden distribution principles,some constraint equations were obtained to estimate parameters in the three-segment curve,which makes the burden surface profile more reasonable.Then,the burden distribution was estimated by using least squares ap- proximations and multi-radar data,and a real-timely display of the burden surface profile could be achieved.A numerical example with real multi-radar data obtained from a steel plant shows the effectiveness of the estimate method. KEY WORDS blast furnaces:burden:level meters;radar measurement:least squares approximations 高炉布料模型的研究一直都是高炉炼铁中的热 立了无钟布料的数学模型)：2006年刘云彩0理论 点。近些年，随着监测手段和计算能力的提高，许多 分析了高炉布料的过程，建立了布料方程，并对炉料 治金业的学者们在前辈的基础上对布料模型做了更 在炉内的实际堆角以及空区中煤气阻力对布料的影 进一步的研究.200l年Radhakrishnan等0对高炉 响进行了简要分析与归纳：陈令坤等因开发了武钢 无钟布料方式进行了建模，并做出了一定的预测控1号高炉在线控制模型；2007年日本学者M0等因 制：2003年Matsuzaki回建立了一个利用超声波测量 采用大规模的离散单元法(discrete element method, 料面形状、炉料堆角、炉料安息角及料面斜坡长度的 简称DEM)分析了布料及料面形成的过程并利用计 实验装置：经文波等根据炉料及其运动特性和高炉 算机形象逼真地模拟了炉料的分布 具体条件等，利用微元积分和数值迭代计算原理建 料面形状是料层分布的重要组成部分，建立准 收稿日期：201108-20 基金项目：中央高校基本科研业务费专项(FRF-AS-1O04B:FRF-TP-12-103A:FRF-SD-2O16A):教育部博士学科点专项科研基金资助 项目(20110006120034)：中国博士后科学基金资助项目(2011M500244):北京市重点学科共建项目(XK100080537)第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 基于多点雷达和最小二乘法估计高炉料面形状 祝 乔1，2) 程汉卿1，2) 尹怡欣1，2) 陈先中1，2) 1) 北京科技大学自动化学院，北京 100083 2) 北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室，北京 100083 通信作者，E-mail: johnzon155@ 163． com 摘 要 利用多点雷达数据，使用最小二乘法对高炉的料面形状进行估计． 首先，采用三段曲线描述料面形状，其中包括两段 直线一段二次曲线． 其次，利用炉料分布规律对三段曲线的具体参数进行约束，使得料面形状的估计更为合理． 然后，利用多 点雷达数据和最小二乘法估计料面形状，实现料面的实时动态显示． 利用某钢厂的实际雷达测量数据，证实了该方法的有 效性． 关键词 高炉; 布料; 料面测量仪; 雷达测量; 最小二乘法 分类号 TF513; TM931 Estimating the burden surface profile of a blast furnace based on multi-radar measurement and least squares approximations ZHU Qiao 1，2) ，CHENG Han-qing1，2) ，YIN Yi-xin1，2) ，CHEN Xian-zhong1，2) 1) School of Automation ＆ Electrical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Key Laboratory of Advanced Control of Iron and Steel Process ( Ministry of Education) ，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: johnzon155@ 163． com ABSTRACT Burden distribution in a blast furnace was estimated based on least squares approximations and multi-radar data． First￾ly，a three-segment curve，which includes two straight lines and a quadratic curve，was used to describe the burden distribution． Sec￾ondly，based on the burden distribution principles，some constraint equations were obtained to estimate parameters in the three-segment curve，which makes the burden surface profile more reasonable． Then，the burden distribution was estimated by using least squares ap￾proximations and multi-radar data，and a real-timely display of the burden surface profile could be achieved． A numerical example with real multi-radar data obtained from a steel plant shows the effectiveness of the estimate method． KEY WORDS blast furnaces; burden; level meters; radar measurement; least squares approximations 收稿日期: 2011--08--20 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项( FRF--AS--11--004B; FRF--TP--12--103A; FRF--SD--12--016A) ; 教育部博士学科点专项科研基金资助 项目( 20110006120034) ; 中国博士后科学基金资助项目( 2011M500244) ; 北京市重点学科共建项目( XK100080537) 高炉布料模型的研究一直都是高炉炼铁中的热 点． 近些年，随着监测手段和计算能力的提高，许多 冶金业的学者们在前辈的基础上对布料模型做了更 进一步的研究． 2001 年 Radhakrishnan 等［1］对高炉 无钟布料方式进行了建模，并做出了一定的预测控 制; 2003 年 Matsuzaki ［2］建立了一个利用超声波测量 料面形状、炉料堆角、炉料安息角及料面斜坡长度的 实验装置; 经文波等根据炉料及其运动特性和高炉 具体条件等，利用微元积分和数值迭代计算原理建 立了无钟布料的数学模型［3］; 2006 年刘云彩［4］理论 分析了高炉布料的过程，建立了布料方程，并对炉料 在炉内的实际堆角以及空区中煤气阻力对布料的影 响进行了简要分析与归纳; 陈令坤等［5］开发了武钢 1 号高炉在线控制模型; 2007 年日本学者 Mio 等［6］ 采用大规模的离散单元法( discrete element method， 简称 DEM) 分析了布料及料面形成的过程并利用计 算机形象逼真地模拟了炉料的分布． 料面形状是料层分布的重要组成部分，建立准 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.017