專利名稱：一種判斷高爐爐缸過涼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐煉鐵監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種判斷高爐爐缸過涼的方法。
背景技術(shù)：
高爐煉鐵是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)生鐵的主要方式，其生產(chǎn)過程伴隨著大量的強(qiáng)耦合、非線性、大時(shí)滯的物理和化學(xué)反應(yīng)，高爐內(nèi)部的這種工藝復(fù)雜的特點(diǎn)導(dǎo)致了很難用常規(guī)的檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)手段來直接獲取高爐內(nèi)部的物理和化學(xué)狀態(tài)。而高爐內(nèi)部的熱狀態(tài)又是高爐穩(wěn)定順行的最直接體現(xiàn)，高爐過涼不利于順利出鐵和渣鐵分離，過熱不僅造成高爐難行而且造成大量的能源浪費(fèi)。因此，提早獲取高爐爐缸的熱狀態(tài)可以更早地對(duì)高爐實(shí)施干預(yù)，可以保證在高爐順行的前提下減少能源消耗，降低焦比，減少有害氣體的排放，對(duì)于鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)和適應(yīng)國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策有著重要意義。鑒于高爐熱狀態(tài)是反映高爐工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，盡早判斷高爐爐缸過涼對(duì)于高爐操作人員非常重要，但高爐內(nèi)部的復(fù)雜多變決定了高爐爐缸過涼狀況不能直接被高爐操作人員獲取。常規(guī)的判斷高爐爐缸過涼狀況的手段都是借助于高爐鐵水中的硅含量來間接判斷高爐爐缸是否過涼，但這種方法需要求解高爐各種過程變量與高爐鐵水中的硅含量之間的數(shù)學(xué)模型，而無論數(shù)學(xué)模型是使用時(shí)間序列模型還是使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型來判斷高爐爐缸都存在判斷結(jié)果不理想的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種判斷高爐爐缸過涼的方法，旨在區(qū)別對(duì)待影響高爐爐缸過涼的影響因素，從聞爐煉鐵工藝的實(shí)際出發(fā)，綜合考慮聞爐布料、聞爐鼓風(fēng)、歷史鐵水娃含量對(duì)高爐爐缸過涼的影響，結(jié)合RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和高爐專家知識(shí)各自的優(yōu)點(diǎn)，形成高效的綜合的數(shù)學(xué)模型，從而盡早判斷高爐爐缸過涼的狀況，據(jù)此結(jié)果對(duì)高爐實(shí)施控制。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的共設(shè)計(jì)三個(gè)技術(shù)方案，分別是高爐鐵水中的Si含量與高爐爐缸過涼的判斷方案、高爐料速計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果與高爐爐缸過涼判斷方案、理論燃燒溫度計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果與高爐爐缸過涼的判斷方案。1、高爐鐵水中的Si含量與高爐爐缸過涼的判斷方案:此方案包括以下步驟:I)選取RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型的輸入變量。由于高爐實(shí)際操作中涉及的參數(shù)眾多，因此為了簡(jiǎn)化模型的結(jié)構(gòu)，提高模型的運(yùn)算速度和泛化能力，經(jīng)刪減后確定的輸入變量包括冷風(fēng)流量、熱風(fēng)溫度、風(fēng)壓、壓差、透氣性、頂壓、頂溫、小時(shí)煤粉噴吹量、前兩次出鐵時(shí)鐵水中的Si含量-Si (1-1)，Si⑴。2)對(duì)輸入變量實(shí)施進(jìn)行歸一化處理。由于輸入變量之間數(shù)量級(jí)相差較大和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入數(shù)據(jù)的要求，確定采用均值方法處理輸入變量:τ: = T7^
其中^為歸一化后的數(shù)據(jù)，Se [￡U]，X為輸入變量，Xmin為輸入變量的最小值，Xmax為輸入變量的最大值。3)確定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定主要包括輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)、隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)、輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)、RBF中心的選取、RBF中心寬度。輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)實(shí)際就是網(wǎng)絡(luò)輸入變量的個(gè)數(shù)，輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)報(bào)能力和實(shí)際需求來選取。RBF中心寬度r可以先選為1，取值可以適當(dāng)放寬或降低，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的預(yù)報(bào)能力影響不是很大，而且其影響還可以通過網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和RBF中心的優(yōu)化來補(bǔ)償。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中心可以通過最近鄰聚類方法學(xué)習(xí)來獲得。最近 鄰聚類法的具體過程如下:首先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)母咚购瘮?shù)寬度r，定義一個(gè)矢量A(I)用于存放屬于各類的輸出矢量之和，定義一個(gè)計(jì)數(shù)器B (I)用于統(tǒng)計(jì)屬于各類的樣本個(gè)數(shù)，其中I為類別數(shù)。從第一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)(XpY1)開始，在Xl上建立一個(gè)聚類中心，令C1 = X1, A⑴=Y1;B(1) =1。這樣建立的RBF網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)隱含單元，該隱含單元的中心是仏，該隱含單元到輸出層的權(quán)矢量為W1 = A⑴/B⑴?？紤]第二個(gè)樣本數(shù)據(jù)對(duì)(X2，Y2)，求出X2到C1這個(gè)聚類中心的距離
X2-C2 I。如果 I X2-C2 I < r，則 C1S X2 的最鄰近聚類。令 A (I) =YjY2，則 B(I) =2，W1 =A(I)/B(I);如果IlX2-C2II >r，則將X2作為一個(gè)新的聚類中心。令C2 = X2，A⑵=Y2, B(2) = 1，在上述建立的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中在添加一個(gè)隱單元，則該隱單元到輸出層的權(quán)矢量為為W2 = A (2)/B (2)。假設(shè)我們考慮第k個(gè)樣本數(shù)據(jù)對(duì)(Xk, Yk) (k = 3，4，...，N)時(shí)，存在H個(gè)聚類中心，其中心點(diǎn)分別為CnC2,...，Ch，在上述建立的RBF網(wǎng)絡(luò)中已有H個(gè)隱單元。再分別求出Xk到這H個(gè)聚類中心的距離I IXk-CiI I，i = 1，2，...，H，設(shè)I Ixk-CjI I為這些距離中的最小距離，即G為Xk的最近鄰聚類，則:如果||Xk-C」| >r，則將Xk作為一個(gè)新聚類中心。C(H+1) =Xk，A(H+l) =Yk，B(H+l) = 1，并保持 A(i)，B(i)的值不變，i = 1，2，...，H，在上述建立的RBF網(wǎng)絡(luò)中再添加第H+1個(gè)隱單元，該隱單元到輸出層的權(quán)矢量為WH+1 = A (H+1) /B (H+1)。如果 I I Xk-Cj I I 彡 r，令:A (j) = A (j) +Yk, B (j) = B (j) +1。當(dāng) i 關(guān) j時(shí)，i = 1，2，...，H，保持A(i)，B(i)的值不變。隱單元到輸出層的權(quán)矢量為Wi = A⑴/B(i)，i = 1，2，...，H。這樣建立起來的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出為:
權(quán)利要求
1.一種判斷高爐爐缸過涼的方法，其特征在于分別建立高爐鐵水中的Si含量的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型、高爐料速計(jì)算模型、理論燃燒溫度計(jì)算模型，然后利用3個(gè)模型對(duì)高爐爐缸過涼結(jié)果的判斷-1ndexl、Index2、Index3來綜合判斷高爐爐缸是否過涼，如果δ I.Indexl+δ 2.Index2+ δ 3.Index3 ≥ 1，其中 δ I e
、δ 2 e
、δ 3 e [O,I]，則可以判斷高爐爐缸過涼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種判斷高爐爐缸過涼的方法，其特征在于高爐鐵水中的Si含量與高爐爐缸過涼的判斷方案包括以下步驟: 1)選取RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型的輸入變量； 2)對(duì)輸入變量實(shí)施進(jìn)行歸一化處理； 3)確定RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要包括輸入層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)、隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)、輸出層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)的確定，還包括使用最近鄰聚類法確定的RBF中心的選取、RBF中心寬度； 4)收集單位采樣周期內(nèi)的歸一化后的輸入變量，輸入到RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，預(yù)報(bào)得到下一次出鐵高爐鐵水的硅含量Si (i+1)，Si(1-l)代表前一次出鐵高爐鐵水的硅含量，Si(i)代表當(dāng)前一次出鐵高爐鐵水的硅含量: 如果滿足條件 I:Si (1-1)≤ al，Si (i) < a2，Si (i+1) < a3 則:1ndexl = I 如果不滿足條件1，而滿足條件2:Si(i)≤a4，Si (i+1)≤a5 則:1ndexl = 0.5 如果即不滿足條件1，又不滿足條件2 則:1ndexl = O 其中，al代表前一次出鐵時(shí)Si的閾值，a2代表當(dāng)前出鐵時(shí)Si的閾值1，a3代表下一次出鐵時(shí)Si的閾值l，a4代表當(dāng)前出鐵時(shí)Si的閾值2，a5代表下一次出鐵時(shí)Si的閾值2，al < a2 < a3 ； 指數(shù)Indexl的結(jié)果直接關(guān)系到最終對(duì)高爐爐缸過涼的判斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種判斷高爐爐缸過涼的方法，其特征在于所建立的高爐料速計(jì)算模型的輸入變量包括探尺下降的深度，輸出即為該模型對(duì)高爐爐缸過涼的判斷，依據(jù)高爐下料速度對(duì)高爐熱爐缸狀態(tài)的影響來獲得指數(shù)Index2，Index2的結(jié)果直接關(guān)系到最終對(duì)高爐爐缸過涼的判斷，依據(jù)高爐下料速度對(duì)高爐爐缸熱狀態(tài)的影響: 如果高爐的各個(gè)探尺都滿足條件1:a(j) > (bl+astd)則:Index2 = 0.3 如果高爐的各個(gè)探尺都滿足條件2:a(j) > (b2+astd)則:Index2 = 0.5 如果高爐的各個(gè)探尺都滿足條件3:a(j) > (b3+astd)則:Index2 = 0.7如果以上三個(gè)條件都不滿足， 則:Index2 = O 其中:a(j)代表探尺在第j時(shí)刻的下料加速度，bl、b2、b3分別代表下料加速度的閾值.1、閾值2、閾值3，astd代表加速度偏差數(shù)據(jù)，j = 1，2，3...η; 指數(shù)Index2的結(jié)果直接關(guān)系到最終對(duì)高爐爐缸過涼的判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種判斷高爐爐缸過涼的方法，其特征在于所建立的理論燃燒溫度計(jì)算模型是基于理論燃燒溫度與高爐的爐缸熱狀態(tài)關(guān)系度來設(shè)計(jì)的，根據(jù)高爐理論燃燒溫度計(jì)算公式:
全文摘要
本發(fā)明公開一種判斷高爐爐缸過涼的方法，分別建立高爐鐵水中的Si含量的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型、高爐料速計(jì)算模型、理論燃燒溫度計(jì)算模型，然后利用3個(gè)模型對(duì)高爐爐缸過涼的判斷-Index1、Index2、Index3來綜合判斷高爐爐缸是否爐缸過涼，如果δ1·Index1+δ2·Index2+δ3·Index3≥1，其中δ1∈
、δ2∈
、δ3∈
，則高爐爐缸過涼。本發(fā)明綜合考慮高爐中物理因素和化學(xué)因素對(duì)高爐爐缸過涼的判斷，較現(xiàn)有技術(shù)可以更早更準(zhǔn)確的判斷高爐爐缸過涼，據(jù)此可以采取措施控制高爐爐溫在合理的范圍內(nèi)，避免了不同操作人員對(duì)高爐運(yùn)行狀況所產(chǎn)生的偏差或誤判，對(duì)高效高爐操作非常有益。
文檔編號(hào)C21B7/24GK103160626SQ20111041923
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者孫鵬, 車玉滿, 李連成, 郭天永, 姚碩, 孫波 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司