一种基于风箱废气温度的烧结料层热状态识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于风箱废气温度的烧结料层热状态识别方法，属于烧结生产节 能降耗领域。
【背景技术】
[0002] 钢铁作为我国国民经济和国防军事工业发展的重要基础原料和战略物质，已广泛 应用于机械、建材、交通、航空航天等各个行业，在国民经济发展中具有十分重要的战略地 位。铁矿粉烧结是钢铁生产中重要的工艺环节之一，其将各种粉状含铁的矿石原料添加一 定量的燃料和溶剂，经过混合制粒后放到烧结机上点火烧结，使混合料在高温条件下发生 一系列物理化学反应，产生的优质含铁烧结矿是高炉生产的主要原料。烧结热状态指的是 烧结生产过程中混合料所处的高温环境。在钢铁生产中，热状态的好坏直接影响烧结矿产 量和质量，进而影响钢铁的产量质量，制约着企业经济生产效益的增长。烧结热状态识别方 法对降低生产能耗，提高烧结矿产量和质量具有非常重要的作用。
[0003] 烧结过程的工艺流程，一般包括:原燃料的接受、贮存及溶剂，燃料的准备，配料， 布料，点火烧结，热矿破碎，筛分及冷却，冷矿筛分及破碎，铺底料，成品烧结矿的贮存及运 出，返矿贮存等工艺环节。现在，烧结过程所用的烧结机一般都是带式抽风烧结机，由布料 机构、主机、点火器、大烟道、水封拉链机等组成。烧结过程流程图见附图1。
[0004] 烧结生产过程中，混合料中燃料燃烧提供的高温环境(热状态)是影响烧结矿产量 和质量最重要的过程参数，对其准确识别是提高烧结矿产量和质量的关键。烧结过程中混 合料所处环境温度的高低、高温环境保持时间的长短，都会对混合料之间物理化学反应产 生重大影响，进而影响烧结矿的成品率和质量。最直接的方法是在混合料层内部插入一系 列测温热电偶，用热电偶直接测量混合料在生产中各个时刻的温度，该测温方式能较全面、 及时地反映烧结热状态，但高温热电偶价格昂贵，同时由于烧结生产中台车是移动的，会使 得安装与维护成本过高。
[0005] 目前，烧结生产过程中工人主要是根据烧结终点位置和烧结终点位置处的风箱温 度来间接检测烧结过程的热状态，根据检测结果来调整燃料配入量和烧结机速度，但是这 种测量方式往往是在混合料烧结完成后才能检测，具有一定的滞后性，同时仅仅根据烧结 终点时刻的温度信息，不能够全面地反应混合料在整个烧结过程中的热状态。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于风箱废气温度的烧结料层热状 态识别方法，该方法通过分析某烧结厂的风箱废气温度数据，结合实际生产的机理与工艺， 实现对烧结料层热状态信息的准确识别，对稳顺烧结生产、提高烧结矿产量和质量等起到 关键作用。
[0007] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种基于风箱废气温度的 烧结料层热状态识别方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一:选定一个采样周期对烧结机的各个风箱废气温度进行测量，然后对实际 测量的风箱废气温度数据进行时序配准和平均值法处理，通过拟合法对经过时序配准和平 均值法处理的风箱废气温度数据进行多阶次拟合得到拟合函数，最后改变采样周期并重复 上述过程以验证所选择的拟合函数具有合理性；
[0009] 步骤二:在拟合函数具有合理性的基础上求出拟合函数的系数值，然后将系数值 代入拟合函数中，通过微分求极值法，求取温度曲线的最高值，即得到在烧结机的机身长度 范围内最高风箱废气温度；
[0010]步骤三:从烧结机的各个风箱废气温度中，挑选1个值作为高温温度，代入确定的 拟合函数中，并根据拟合函数曲线来求出差值，由差值和已知的平均烧结机速度求出风箱 废气高温温度保持时间，由风箱废气温度曲线的最高温度和高温保持时间这两个特征参数 来反映烧结料层热状态。
[0011] 步骤一具体包括以下过程：
[0012] (1-1)选定采样周期T，然后对采样所得到的风箱废气温度数据进行时序配准和平 均值法处理，利用经过时序配准和平均值法处理的风箱废气温度数据建立样本数据库；设 风箱数目为n，用(Xl， yi)表示一个样本数据，1 = 1，2，...111表示第1个风箱离点火处的距 离，yi表示离点火处距离为h的风箱废气温度值；
[0013] α-2)采用三次样条插值法，分别以X1、X2、···、Xj、···和Xn为一个给定节点，将各个离散的样 本数据拟合成一条光滑的曲线，得到拟合函数为分段函数邮> = <(卜~)3 9 + ?/， 其中xe(xj，xj+1)，j = l，2, · · ·，n-l，j表示风箱序数，S(X)是节点Xl、X2、，"、Xj、···和Xn上的三 次样条插值函数，4、和4为拟合得到的系数；
[0014] (1-3)将烧结机各个风箱离点火处的距离值&代入拟合函数，分别求出对应的温 度值S(Xj)，再将得到的温度值S(Xj)与随机挑选的周期为T的样本统计数据值比较，以验证 拟合函数的合理性；
[0015] (1-4)改变数据采样周期，重复步骤(1-1)至步骤(1-3)，验证所选择的拟合函数的 合理性。
[0016] 步骤（1-1)所述的建立样本数据库具体包括以下过程:对在烧结机上的检测装置 采集的连续且周期为t的2个以上不同风箱废气温度数据进行时序配准及平均值法处理:首 先取定实际采样周期t，并以周期t对风箱废气温度数据进行采样，然后取定样本周期T，其 中T = mt，m取自然数，并将同一个风箱的周期为t的风箱废气温度数据按周期为T进行重新 划分，对划分到一个周期T中的风箱废气温度数据求平均值，以得到2个以上个周期为T的样 本数据来建立样本数据库。
[0017] 步骤（1-3)从烧结工艺实际情况和反映的原始数据信息方面综合考虑，根据得到 的风箱废气温度曲线，确定拟合曲线中的最高温度值和对应的离点火处的位置，如果拟合 曲线的最高温度值大于300°C，以及取得最高温度值时对应的位置处于倒数第二个风箱和 倒数第三个风箱位置之间，则认为该拟合函数是合理的，从而确定拟合函数具有合理性。
[0018] 步骤二具体包括以下过程：
[0019] (2-1)选取一组周期为T的样本数据(?，乃），代入到拟合函数 Μ \(T - a )3 + < (X - )2 + < (\·-弋）+ ?。/，其中^^4七+1)，」=1，2.1-1，并且满足条 件当j = l，2，"n时，S(xj)=yj;采用三次样条插值法，以χι，Χ2,. . .，xk, . . .，χη为给定节点，k =2,3，...，11-1，并且在节点11{处满足连续性条件3^-0) = 3^+0)、3/^-0) = 3/^+0)和 5〃（^-0)=5〃（^+0)，在两端点11和&处采用非扭结边界条件，计算出拟合函数5(4中系数 〇 37、oj、α/和4的值，其中j = l，2"_n-l，即得到拟合函数；
[0020] (2-2)将步骤(2-1)中求解出的44、<和《《:的值代入原拟合函数 [0021]
中，求解出以下方程的X值；
[0022]
[0023] (2-3)将步骤(2-2)中求解出的X值分别代入拟合函数
，求出拟合函数的最大值Smax，Smax为温度曲线 的最高值，即在烧结机的机身长度范围内最高风箱废气温度。
[0024]步骤三具体包括以下过程：
[0025] (3-1)从烧结机的各个风箱废气温度中，挑选1个值TPe(230°C，270°C)作为高温 温度，彳彳
求出两个值，分别记为X1 和X2;
[0026] (3-2)根据烧结机理，利用求解出的XjPX2的值，采用公式ΔΧ = Χ1-Χ2,得到其差值 Δ X；
[0027] (3-3)机理分析得到高温保持时间t:
[0028]
[0029] 其中平均烧结机速度为已知值。
[0030] 本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
[0031 ] (1)本发明的一种基于风箱废气温度的烧结料层热状态识别方法，首先基于风箱 废气温度，通过合适阶次的拟合函数拟合出风箱废气温度曲线，获得风箱废气温度曲线;然 后利用获取的风箱废气温度曲线拟合函数，分别求取最高温度值和高温保持时间，可以实 时有效地识别烧结料层热状态，为烧结过程实时调节工艺参数以提高烧结矿产量和质量和 节能降耗提供重要依据；
[0032] (2)本发明的一种基于风箱废气温度的烧结料层热状态识别方法，提出了利用风 箱废气温度最高温度值和高温保持时间这两个特征参数来识别烧结料层热状态，克服了以 往方法的复杂难以应用的问题；
[0033] (3)本发明的一种基于风箱废气温度的烧结料层热状态识别方法，应用了微分求 极值法，简单易行，方便好用；
[0034] (4)本发明的一种基于风箱废气温度的烧结料层热状态识别方法，基于机理分析 和数据分析，确定高温温度值，以简单明了的方式来确定高温保持时间。
【附图说明】
[0035]图1是烧结过程流程图。
[0036]图2是某钢厂烧结机。