第1期 苗亮亮等：基于雷达的高炉料线形状融合测量与补偿算法 ·83· 光等作为检测装置得到多点检测值，再用数值拟合 方法直接重构料线；应用颗粒物质力学性质采 用离散元方法重构料线形状6-) 应用布料规律进行重构料线往往基于单检测 点，该检测点的位置、测量值误差和检测延时会对重 构料线造成较大误差：纯理论的近似算法及统一的 假定料线形状对不同炉况下的料线矿焦平台难以描 图1颗粒物质堆积示意图 述：应用多检测值，单纯从数据拟合的角度对料线进 Fig.1 Diagram of granular matter accumulation 行重构，会使得重构得到料线形状与高炉布料实际 炉心侧)，由于中心煤气流作用，炉料发生滑坡，形 情况不符并且与颗粒物质堆积特性不符：应用颗粒 成中心漏斗，滑坡产生的角度为内堆角α.内堆角 物质力学性质重构料线形状，如离散单元法，其运动 模型、接触力模型等都采用了一些假设，其次在计算 与自然堆积角的关系如下0： 中每个时步上都要进行接触力的判别而其中煤气流 tan a tan o-K- (1) R 对每一颗粒接触力影响难以判定，这些都将导致最 式中，R为炉喉半径，K为系数，h为料线深度 上层的料线形状的重构不够准确 在平台外侧（靠近炉墙侧），由于边缘煤气流和 本文在高炉多环布料的基础上，提出了基于布 炉墙共同作用，形成外堆角B.本文应用经验公式计 料规律、物理堆积法及多检测点融合来重构高炉料 算外堆角@ 线形状方法：(1)不采用传统接触力模型自下而上 焦炭： 的计算方式得到料面表面，而是根据颗粒物质堆积 B=73.12-1.97ak (2) 性质，直接对炉料堆积的表面进行计算，简洁直观， 烧结矿： 成像速度快：(2)综合料线六点雷达的检测点数据， B=79.77-2.04a4. (3) 以及高炉布料初始条件和颗粒物质堆积特性知识， 式中，a4为n档溜槽倾角. 对料线形状进行融合重构，使获得的料面形状分辨 (2)平台位置料堆内、外侧堆角修正.由于多 率提高成为可能. 环布料是溜槽旋转将粉料分散到炉内，溜槽旋转 高炉炉料堆积原理及高炉布料规律计算 产生离心力，使堆尖外侧的堆角变小，形成非对称 理论料形 的炉料分布（图2）.p>p',外侧料面堆角比较平 坦，这种差异随溜槽转速增加而增大，称为溜槽旋 1.1堆积原理 转效应) 高炉炉料由矿石和焦炭形成，两种物质均为块 状或球状颗粒物质并且都满足颗粒物质堆积特性. 1.1.1颗粒物质堆积特性 当炉料颗粒物质堆积时，缓慢竖直地从上方添 加颗粒，颗粒自由堆积成圆锥体形状，无论堆多高， 其锥体所能形成的自由表面与水平面形成夹角Po, 如图1所示.在这个角度形成后，再往上堆加这种 散料，就会自然溜下，保持这个角度，只会增高，同时 加大底面积，这个堆角即为自然堆角) 1.1.2堆角修正 高炉不同布料方式可以看成是颗粒物质的不同 堆积方式，本文主要针对高炉多环布料进行了研究 高炉多环布料方式是依炉喉直径不同，将炉喉断面 图2溜槽旋转效应示意图 分成均匀的8~11等份，溜槽角度对应于每等份，分 Fig.2 Diagram of chute rotating effect 成8~11个角度，依这些角度，制定具体的装料 制度. 当料堆受外力作用而变形时，在料堆内各部分 (1)料线内外堆角的修正.在高炉内侧（靠近 之间产生内力.当无布料作用时，料堆能够保持不第 1 期 苗亮亮等: 基于雷达的高炉料线形状融合测量与补偿算法 光等作为检测装置得到多点检测值，再用数值拟合 方法直接重构料线［4--5］; 应用颗粒物质力学性质采 用离散元方法重构料线形状［6--7］． 应用布料规律进行重构料线往往基于单检测 点，该检测点的位置、测量值误差和检测延时会对重 构料线造成较大误差; 纯理论的近似算法及统一的 假定料线形状对不同炉况下的料线矿焦平台难以描 述; 应用多检测值，单纯从数据拟合的角度对料线进 行重构，会使得重构得到料线形状与高炉布料实际 情况不符并且与颗粒物质堆积特性不符; 应用颗粒 物质力学性质重构料线形状，如离散单元法，其运动 模型、接触力模型等都采用了一些假设，其次在计算 中每个时步上都要进行接触力的判别而其中煤气流 对每一颗粒接触力影响难以判定，这些都将导致最 上层的料线形状的重构不够准确． 本文在高炉多环布料的基础上，提出了基于布 料规律、物理堆积法及多检测点融合来重构高炉料 线形状方法: ( 1) 不采用传统接触力模型自下而上 的计算方式得到料面表面，而是根据颗粒物质堆积 性质，直接对炉料堆积的表面进行计算，简洁直观， 成像速度快; ( 2) 综合料线六点雷达的检测点数据， 以及高炉布料初始条件和颗粒物质堆积特性知识， 对料线形状进行融合重构，使获得的料面形状分辨 率提高成为可能． 1 高炉炉料堆积原理及高炉布料规律计算 理论料形 1. 1 堆积原理 高炉炉料由矿石和焦炭形成，两种物质均为块 状或球状颗粒物质并且都满足颗粒物质堆积特性． 1. 1. 1 颗粒物质堆积特性 当炉料颗粒物质堆积时，缓慢竖直地从上方添 加颗粒，颗粒自由堆积成圆锥体形状，无论堆多高， 其锥体所能形成的自由表面与水平面形成夹角 φ0， 如图 1 所示． 在这个角度形成后，再往上堆加这种 散料，就会自然溜下，保持这个角度，只会增高，同时 加大底面积，这个堆角即为自然堆角［8--9］． 1. 1. 2 堆角修正 高炉不同布料方式可以看成是颗粒物质的不同 堆积方式，本文主要针对高炉多环布料进行了研究． 高炉多环布料方式是依炉喉直径不同，将炉喉断面 分成均匀的 8 ～ 11 等份，溜槽角度对应于每等份，分 成 8 ～ 11 个 角 度，依 这 些 角 度，制 定 具 体 的 装 料 制度． ( 1) 料线内外堆角的修正． 在高炉内侧( 靠近 图 1 颗粒物质堆积示意图 Fig． 1 Diagram of granular matter accumulation 炉心侧) ，由于中心煤气流作用，炉料发生滑坡，形 成中心漏斗，滑坡产生的角度为内堆角 α． 内堆角 与自然堆积角的关系如下［1］: tan α = tan φ0 － K hk Ｒ ． ( 1) 式中，Ｒ 为炉喉半径，K 为系数，hk 为料线深度． 在平台外侧( 靠近炉墙侧) ，由于边缘煤气流和 炉墙共同作用，形成外堆角 β． 本文应用经验公式计 算外堆角［10］． 焦炭: β = 73. 12 － 1. 97αk ． ( 2) 烧结矿: β = 79. 77 － 2. 04αk ． ( 3) 式中，αk 为 n 档溜槽倾角． ( 2) 平台位置料堆内、外侧堆角修正． 由于多 环布料是溜槽旋转将粉料分散到炉内，溜槽旋转 产生离心力，使堆尖外侧的堆角变小，形成非对称 的炉料分布( 图 2) ． φ ＞ φ'，外侧料面堆角比较平 坦，这种差异随溜槽转速增加而增大，称为溜槽旋 转效应［1］． 图 2 溜槽旋转效应示意图 Fig． 2 Diagram of chute rotating effect 当料堆受外力作用而变形时，在料堆内各部分 之间产生内力． 当无布料作用时，料堆能够保持不 ·83·