本发明涉及高炉操作技术领域，特别涉及一种高炉炉内物料跟踪方法及预警装置。
背景技术：
高炉操作者对高炉炉内物料的跟踪，一般是考虑固定的冶炼周期。传统冶炼周期是通过假设进入高炉的每一批料批体积相等的理想状态下估算的，但是，实际生产中入炉的每一批料批体积都是不完全相同的，这样就使得估算的结果与炉内实际情况偏差较大。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种高炉炉内物料跟踪方法及预警装置，可以使操作者直观、简洁的掌握炉料在炉内的下行情况避免粗略计算的误差，以及对空焦或净焦在炉内的状态进行跟踪显示，准确的描述了每批料批所在位置及到达风口的时间，并对空焦、净焦到达指定位置及各种异常炉况进行声光报警。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高炉炉内物料跟踪方法，包括以下步骤：
S1、采集入炉料批的重量信息，从MES系统获取每种物料的化验信息和堆密度信息，在已知高炉炉型的基础上，根据料批的重量和该料批的堆密度计算出料批在炉外的实际体积，再根据炉外的实际体积以及入炉压缩率计算出料批在炉内的实际体积；
S2、根据设置在高炉炉内的位置传感器实时采集料批入炉后的料线，根据料线高度、料批在炉内的实际体积以及料批所处位置的炉型，利用卡当公式计算出此料批在炉内的下沿位置；
S3、将该料批在炉内的下沿位置作为前料批的上沿位置，结合前料批在炉内的实际体积以及前料批所处位置的炉型，利用卡当公式计算出前料批的下沿位置；
S4、循环步骤（3）的操作，直至风口某料批的下沿低于风口料线，这样可计算出高炉炉内所有料批的位置信息；
S5、根据最近入炉的的三批料批的在高炉内下行的总耗时，可计算出炉内料批的下行速度，再根据炉内某一料批和炉身下沿之间的料批数量，将料线高度与料批数量相乘可以得出料批的下行距离，再将料批的下行距离除以料批的下行速度就可以计算出此料批到达风口的时间。
作为本发明的一种改进，所述高炉包括炉候、炉身、炉腰、炉腹和炉缸，所述炉候部分、炉腰部分和炉缸部分均为圆柱，所述炉身部分为圆台，所述炉腹部分为倒圆台。
作为本发明的一种改进，所述步骤S2包括：
S21、炉喉的半径为r1，炉喉的高度为h1，该料批上沿高度为h，炉身的母线与炉身底面直径的夹角为α，根据公式V1=πr1（h1-h）计算出料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1，然后根据公式∑t*s计算出料批的体积V，将料批的体积V与料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1进行比较；
S22、当料批的体积V小于料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1时，根据圆柱的体积公式可以得出料批在炉喉中所占的高度H1=V/πr1，再根据公式x=（h+H）就可以计算出料批下沿的高度x；
S23、当料批的体积V大于料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1时，炉身上沿的半径为r2，根据公式V2=（V-V1）可以计算出料批落在炉身的体积V2，然后根据公式R=r2+H2/tanα可以计算出料批下沿处的半径R，再根据圆台的体积公式，从而可以计算出料批在炉身的体积V2={πH2[（r2+H2/tanα）^2+ （r2+H2/tanα）r2+r2^2]}/3；
S24、根据料批在炉身的体积V2得到料批在炉身所占高度H2的值，再根据公式x=（h1+H2）得出料批下沿的高度x。
一种高炉炉内物料预警装置，包括传感器模块、PLC控制器、数据分析服务器、炉内模拟客户端和声光报警器，所述传感器模块通过PLC控制器、数据分析服务器与炉内模拟客户端连接，所述声光报警器与PLC控制器连接。
作为本发明的一种改进，所述传感器模块包括重量传感器、位置传感器、流量计和压力传感器，所述传感器模块将采集到的炉内的数据传输到PLC控制器，PLC控制器对现场模拟量传感器的电流电压信号采集并转换为数值，然后传输到数据分析服务器，数据分析服务器将数值进行计算，然后将计算结果传输到炉内模拟客户端，炉内模拟客户端再以高炉炉型的方式显示高炉炉内物料的位置，所述声光报警器与PLC控制器连接，PLC控制器完成对声光报警器的控制信号输出，从而使声光报警器获取报警信息。
作为本发明的一种改进，所述位置传感器为探尺。
作为本发明的一种改进，所述数据分析服务器共6块硬盘，其中2块为系统盘，其他4块为数据盘，所述服务器磁盘阵列采用RAID1+0方式。
作为本发明的一种改进，所述位置传感器设置在高炉内部，所述重量传感器设置在高炉矿槽部分，所述流量计和压力传感器均设置在高炉外的介质管道中，所述PLC控制器和数据分析服务器安装在低压室装置机柜中，所述炉内模拟客户端和声光报警器均安装在工长室。
本发明的有益效果：
本发明所述的高炉炉内物料跟踪方法及预警装置，提供了一种及时的、简单有效的跟踪高炉炉内物料位置的方法以及炉内异常、特殊情况的预警装置，可以使操作者直观、准确地掌握炉料在炉内的下行情况，避免粗略计算产生的误差；预警装置可以自动采集入炉原料的实际重量和高炉实时冷风流量、富氧流量、喷煤量等数据，并联合高炉炉型尺寸和结构进行计算，再根据固定的入炉压缩系数，每有一批新的入炉炉料即计算炉内物料的位置，然后将计算结果传输到炉内模拟客户端，炉内模拟客户端再以高炉炉型的方式显示高炉炉内物料的位置，使操作者更直观、更准确地掌握炉料在炉内的情况；设置有声光报警器，通过设置料批如空焦、净焦的预警提前量，或者当炉内物料下降速度与设定速度不一致，又或者炉内实际料线与操作料线变化超出预警值范围时，声光报警器都会发出声光报警信号，提示操作者更准确地把握高炉炉况的变化，为高炉操作提供更为稳定和可靠的指导依据；将声光报警器安装在工长室，当高炉炉况发生变化时，高炉工长可以第一时间获取到信息，从而更及时地对高炉炉况进行调整；服务器磁盘阵列采用RAID1+0方式，同时兼顾了服务器的可靠性和安全性。
附图说明
图1为高炉炉内物料跟踪方法的流程图。
图2为计算料批下沿位置的算法流程图。
图3为高炉形状示意图。
图4为高炉炉内物料预警装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明所述的高炉炉内物料跟踪方法及预警装置以高炉生产数据采集为支撑，假定一个固定的炉料入炉的压缩系数，在每批入炉料批布料结束并且探尺开始提尺时刻获取实际料线并开始计算，在已知高炉炉型的基础上，根据入炉料批的实际重量和每种物料的堆密度计算出此料批的炉外实际体积和炉内实际体积（并可根据物料化验信息计算出批料的焦比、碱度、批铁量、批渣量等信息），再根据实际料线高度结合炉型利用卡当公式反解出此料批在炉内的下沿位置，将此位置作为前料批的上沿位置，结合前料批的炉内实际体积和炉型计算前料批的下沿位置，以此类推，可计算出高炉炉内所有批料的位置信息（及指标信息等），此为料批在炉内位置（及指标信息等）的计算；料批下行速度的计算是根据最近入炉的三批料的总耗时计算出炉内料批的整体下行速度，再根据炉内某一料批和炉身下沿之间的料批数量计算此料批到达风口的时间。模型在实际生产中，根据炉况，不断更新修正压缩系数，以得到与实际炉况相符合的仿真结果及预警功能实现。
本发明所述的一种高炉炉内物料跟踪方法，包括以下步骤：
S1、采集入炉料批的重量信息，从MES系统获取每种物料的化验信息和堆密度信息，在已知高炉炉型的基础上，根据料批的重量和该料批的堆密度计算出料批在炉外的实际体积，再根据炉外的实际体积以及入炉压缩率计算出料批在炉内的实际体积；
S2、根据设置在高炉炉内的位置传感器实时采集料批入炉后的料线，根据料线高度、料批在炉内的实际体积以及料批所处位置的炉型，利用卡当公式计算出此料批在炉内的下沿位置，在计算下沿位置的时候要充分考虑炉型；
S3、将该料批在炉内的下沿位置作为前料批的上沿位置，结合前料批在炉内的实际体积以及前料批所处位置的炉型，利用卡当公式计算出前料批的下沿位置；
S4、循环步骤（3）的操作，直至风口某料批的下沿低于风口料线，这样可计算出高炉炉内所有料批的位置信息；
S5、根据最近入炉的的三批料批的在高炉内下行的总耗时，可计算出炉内料批的下行速度，再根据炉内某一料批和炉身下沿之间的料批数量，将料线高度与料批数量相乘可以得出料批的下行距离，再将料批的下行距离除以料批的下行速度就可以计算出此料批到达风口的时间。
本发明所述的高炉包括炉候、炉身、炉腰、炉腹和炉缸，所述炉候部分、炉腰部分和炉缸部分均为圆柱，所述炉身部分为圆台，所述炉腹部分为倒圆台。
本发明所述的步骤S2包括：
S21、炉喉的半径为r1，炉喉的高度为h1，该料批上沿高度为h，炉身的母线与炉身底面直径的夹角为α，根据公式V1=πr1（h1-h）计算出料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1，然后根据公式∑t*s计算出料批的体积V，将料批的体积V与料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1进行比较；
S22、当料批的体积V小于料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1时，根据圆柱的体积公式可以得出料批在炉喉中所占的高度H1=V/πr1，再根据公式x=（h+H）就可以计算出料批下沿的高度x；
S23、当料批的体积V大于料批上沿到炉喉下沿高度的体积V1时，炉身上沿的半径为r2，根据公式V2=（V-V1）可以计算出料批落在炉身的体积V2，然后根据公式R=r2+H2/tanα可以计算出料批下沿处的半径R，再根据圆台的体积公式，从而可以计算出料批在炉身的体积V2={πH2[（r2+H2/tanα）^2+ （r2+H2/tanα）r2+r2^2]}/3；
S24、根据料批在炉身的体积V2得到料批在炉身所占高度H2的值，再根据公式x=（h1+H2）得出料批下沿的高度x。
一种高炉炉内物料预警装置，包括传感器模块、PLC控制器、数据分析服务器、炉内模拟客户端和声光报警器，所述传感器模块通过PLC控制器、数据分析服务器与炉内模拟客户端连接，所述声光报警器与PLC控制器连接。
本发明所述的传感器模块包括重量传感器、位置传感器、流量计和压力传感器。
本发明的工作原理：重量传感器、位置传感器、流量计和压力传感器等传感器会实时采集炉内的数据，然后将采集到的数据传输到PLC控制器，PLC控制器对现场模拟量传感器的电流电压信号采集并转换为数值，然后传输到数据分析服务器，数据分析服务器将数据进行计算，然后将计算结果传输到炉内模拟客户端，炉内模拟客户端再以高炉炉型的方式显示高炉炉内物料的位置，所述声光报警器与PLC控制器连接，PLC控制器完成对声光报警器的控制信号输出，从而使声光报警器获取报警信息，可在炉内模拟客户端中预先设定特殊批料如空焦、净焦的预警提前量，即特殊批料到达指定位置如风口的批数，此设定预警值会存储在数据分析服务器中,在系统后台分析时读取该设置预警值，用来比较，当特殊批料到达风口的批数达到设定值时，声光报警器中的声光报警器就会进行声光报警，提醒操作者更准确地把握高炉炉况，还可设定炉内物料的下行速度以及实际料线与操作料线变化的预警值，当高炉内物料的下降速度与设定的下行速度不一致时，或者实际料线与操作料线变化超出预警值范围时，声光报警器就会进行声光报警，提醒操作者更准确地把握高炉炉况，使高炉内炉况更为稳定。
本发明所述的位置传感器为探尺。
本发明所述的数据分析服务器共6块硬盘，其中2块为系统盘（1号和2号插槽为系统盘），其他4块为数据盘（3、4、5、6号插槽为数据盘），所述服务器磁盘阵列采用RAID1+0方式，可以同时兼顾服务器的可靠性和安全性。
本发明所述的位置传感器设置在高炉内部，所述重量传感器设置在高炉矿槽部分，所述流量计和压力传感器均设置在高炉外的介质管道中，所述PLC控制器和数据分析服务器安装在低压室装置机柜中，高炉炉内物料跟踪的计算结果，以单独客户端电脑放置在工长操作室内，电脑中以高炉炉型的方式显示高炉炉内物料的位置等详细信息，为了使高炉操作人员及时掌握高炉炉内异常，以及对特殊料批如空焦、净焦即将到达风口燃烧区时提前准备，声光报警器安装在工长室，当高炉炉况发生变化时，操作人员可以第一时间获取到信息，从而更及时地对高炉炉况进行调整。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。