專利名稱：布料均勻性指數(shù)在線檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在燒結生產(chǎn)過程中對料床的布料均勻狀態(tài)的在線檢測方法。
背景技術：
燒結混合料在臺車上分布是否均勻，直接影響著燒結礦的產(chǎn)量、質(zhì)量和能耗，均勻布料是燒結系統(tǒng)自動控制的主要目標之一。由于燒結過程的連續(xù)性和長滯后的特點，混合料一經(jīng)布到燒結機上，即無法實施再調(diào)整。其分布是否均勻，只能通過機尾操作工對機尾燒結礦床斷面情況的人工經(jīng)驗判斷，并將分析判斷結果反饋給自動控制系統(tǒng)，這種生產(chǎn)結果信息的反饋方式，嚴重制約了基礎自動控制系統(tǒng)效能的發(fā)揮。
燒結礦質(zhì)量的在線監(jiān)測一般采用分析機尾斷面紅外圖像的方法。燒結機機尾卸料區(qū)燒結餅斷面的紅外圖像，能夠直接反映料層狀態(tài)的信息，是燒結生產(chǎn)過程的綜合反應，可以作為控制燒結料層內(nèi)熱量水平的主要依據(jù)。以往操作人員利用機尾斷面，觀察相鄰幾個燒結機尾斷面中紅熱帶的明暗、色彩、大小、分布和位置，燒結餅卸料的完整性以及粉塵的大小等，綜合自身的經(jīng)驗知識，來判斷燒結的質(zhì)量指標和各種操作參數(shù)的合理值。但是由于這種方法存在著人為因素的干擾和不完整性等問題，于是人們尋求開發(fā)出一些不同程度模擬操作工工作，利用燒結機尾斷面的圖像連續(xù)獲取和判斷系統(tǒng)，來克服人工方法的不足。
在2002年發(fā)表的論文中，北京科技大學與濟南鋼鐵集團公司聯(lián)合研制的“燒結機尾紅外熱成像計算機視覺及信息處理系統(tǒng)”，采用了近紅外CCD攝像方法。該系統(tǒng)是目前國內(nèi)第一個成功在線運行的系統(tǒng)，為進一步開發(fā)和完善燒結機尾在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了有益的經(jīng)驗。受波長限制，高溫段出現(xiàn)飽和現(xiàn)場，阻礙了診斷分析。
韓國浦項鋼鐵公司光陽廠研制了燒結機尾熱成像系統(tǒng)，在燒結機尾卸料區(qū)安裝了一個用于熱成像的高分辨率(512×512pixel)、低噪音電荷耦合器件(CCD)攝像機，高溫圖像由該攝像機從機尾斷面正面攝取，在燒結餅斷面和攝像機之間安放了一個窄帶通濾波片(中心波長650mm，寬3nm)，用0.25百萬個離散的溫度點數(shù)組來表征燒結礦表面的特征，紅熱帶的分界點定為1000℃，對每個分道閘板部分按下述方程式計算紅熱帶比率 另外，還在篦條下的幾個典型的風箱內(nèi)安裝了70套熱電偶，每套熱電偶正對沿臺車寬度方向上的5個用于控制布料密度的分道閘板，熱像信息中寬度方向一定熱量水平的分布與熱電偶的輸出一起用于控制分道閘板的開放度，一定熱量水平的積分面積用于控制配碳量和臺車速度。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種布料均勻性指數(shù)在線檢測方法，該檢測方法實現(xiàn)了混合料床均勻狀態(tài)的在線定量分析，為控制燒結混合料在臺車上分布均勻提供了依據(jù)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種布料均勻性指數(shù)在線檢測方法，其特征是第一步，在燒結機尾中后部廢氣風箱間，每個風箱均勻安裝多個熱電偶，形成燒結廢氣溫度檢測陣列，建立燒結機尾廢氣溫度平面溫度場；第二步，對該溫度場在線分析，對于任一列廢氣溫度測點連接成的曲線，取其擬合曲線Y＝f(x)上與45°直線相切的點為溫度上升點X1，而曲線上的最高溫度點為燒結終點X2，求出曲線在X1，X2區(qū)間與橫坐標軸所圍區(qū)域的面積S=∫x1x2f(x)·dx,]]>i列檢測點將獲得i組對應混合料區(qū)域的溫度上升點X1、燒結終點X2和面積S，即有X1i、X2i和Si，其中i＝1，2，…，i為列數(shù)；第三步，定義布料均勻性指數(shù)沿燒結斷面寬度方向?qū)Y混合料床等分為N(i＝1，2，…，N)個區(qū)域，并認為燒結混合料床寬度方向上除密實度外無其它偏析，設如果第i區(qū)域的混合料質(zhì)量為mi(kg)，各等分區(qū)域的混合料平均質(zhì)量為 則，第i區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi為 或者θi=(1-ϵi)(1-ϵ‾)]]>式中εi--第i區(qū)域料床的空隙率， --料層的平均空隙率；第四步，由燒結過程燃燒帶的熱平衡分析，均勻布料指數(shù)θi與對應列的廢氣溫度分布特征值(X1i、X2iSi)及平均狀態(tài)下的特征值( 和 )間有如下關系1.616·θi1.63-0.59·θi0.63=Ψi0.63]]>式中Ψi=x2i-x1ix‾2-x‾1·x‾2x2i·SiS‾]]>θi表示第i列的布料均勻性指數(shù)；X1i表示第i列溫度曲線上升切點溫度；X2i表示第i列溫度曲線最高點的溫度；Si表示第i列X1、X2與溫度曲線圍成的面積；通過對溫度場的分析，可以獲得每列的X1i、X2i和Si以及平均的 和 求解上述模型方程，即可得到對應布料閘門控制區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi；第五步，知道均勻性指數(shù)θi后，可通過控制水平方向小閘門，來實現(xiàn)布料的水平方向的均勻性。
所述在燒結機尾中后部15～23號風箱間，每個風箱均勻安裝6個熱電偶，形成6列×9排的燒結廢氣溫度檢測陣列。
本發(fā)明是在燒結機尾后半部廢氣風箱安裝熱點偶，構建機尾廢氣溫度平面溫度場，通過對該溫度場在線分析所獲得的特征信息，進行布料均勻性定量評價的方法；首次提出并定義了燒結布料均勻性指數(shù)的概念，并建立了該指數(shù)的數(shù)學模型，實現(xiàn)了混合料床均勻狀態(tài)的在線定量分析，為布料節(jié)門開度的調(diào)整提供科學、準確的依據(jù)。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為燒結料寬斷面微分示意圖；圖2為熱電偶安裝方案示意圖；圖3為溫度擬合曲線；圖4為某一時刻寬度上各部分均勻性指數(shù)柱狀圖。
具體實施方式
首先定義布料均勻性指數(shù)θi。參見圖1，沿燒結斷面寬度方向?qū)Y混合料床等分為N(i＝1，2，…，N)個區(qū)域，即將斷面微分成N列(垂直面)，并認為燒結混合料床寬度方向上除密實度外無其它偏析。設如果第i區(qū)域的混合料質(zhì)量為mi(kg)，各等分區(qū)域的混合料平均質(zhì)量為 定義第i區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi為 由物理學知，mi＝ΔV·ρo·(1-εi)，m‾=ΔV·ρo·(1-ϵ‾)]]>式中mi、 --第i區(qū)域混合料質(zhì)量和各個區(qū)域的平均質(zhì)量(kg)；ΔV--每列微分區(qū)域的混合料體積(m3)；εi--第i區(qū)域料床的空隙率；ρo--混合料的堆密度(kg/m3) --料層的平均空隙率；則第i區(qū)域的列的布料均勻性指數(shù)θi可表示為θi=(1-ϵi)(1-ϵ‾).]]>接著就本發(fā)明一種布料均勻性指數(shù)在線檢測方法，進行具體描述。
第一步，在燒結機尾中后部廢氣風箱間，每個風箱均勻安裝多個熱電偶，形成燒結廢氣溫度檢測陣列，建立燒結機尾廢氣溫度平面溫度場；在本實施例中，以某單位的3號燒結機為例，在燒結機尾中后部15～23號風箱間，每個風箱均勻安裝6個熱電偶，形成6列×9排的燒結廢氣溫度檢測陣列，建立燒結機尾廢氣溫度平面溫度場，參見圖2。
第二步，對該溫度場進行在線分析，對于任一列廢氣溫度測點，其溫度分布均具有如圖3所示的特征，將溫度測點連接成的曲線，取其擬合曲線Y＝f(x)上與45°直線相切的點為溫度上升點X1，而曲線上的最高溫度點為燒結終點X2。
由燒結工藝理論可知X1點對應燃燒帶前沿接近臺車箅子的位置，而X2點對應燃燒帶最高溫度抵達臺車箅子的位置，燃燒過程即將完成。因此，曲線在[X1，X2]區(qū)間與橫坐標軸所圍區(qū)域的面積S=∫x1x2f(x)·dx,]]>一定程度上表征了這一期間廢氣由燒結過程所獲得的熱量。
按上述方法處理，6列檢測點將獲得6組對應混合料區(qū)域的溫度上升點X1、燒結終點X2和面積S，即有X1i、X2i和Si，其中i＝1，2，…，6。
第三步，引入布料均勻性指數(shù)θi，上面已定義了布料均勻性指數(shù)θi，則，第i區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi為 或者θi=(1-ϵi)(1-ϵ‾)]]>式中εi--第i區(qū)域料床的空隙率， --料層的平均空隙率；第四步，由燒結過程燃燒帶的熱平衡分析，均勻布料指數(shù)θi與對應列的廢氣溫度分布特征值(X1i、X2i和Si)及平均狀態(tài)下的特征值( 和 )間有如下關系1.616·θi1.63-0.59·θi0.63=Ψi0.63]]>式中Ψi=x2i-x1ix‾2-x‾1·x‾2x2i·SiS‾]]>θi表示第i列的布料均勻性指數(shù)；X1i表示第i列溫度曲線上升切點溫度；
X2i表示第i列溫度曲線最高點的溫度；Si表示第i列X1、X2與溫度曲線圍成的面積；通過對溫度場的分析，可以獲得每列的X1i、X2i和Si以及平均的 和 求解上述模型方程，即可得到對應布料閘門控制區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi。
第五步，從模型可以知道θ1～θ6的均勻性指數(shù)，通過控制水平方向六個小閘門，來實現(xiàn)布料的水平方向的均勻性。
圖4為燒結機寬度上各等分部分某一時刻的各均勻性指數(shù)柱狀圖，可通過在線顯示方式將布料均勻性指數(shù)顯示出來。
本發(fā)明實現(xiàn)了混合料床均勻狀態(tài)的在線定量分析，為控制燒結混合料在臺車上分布均勻提供了依據(jù)。
權利要求
1.一種布料均勻性指數(shù)在線檢測方法，其特征是第一步，在燒結機尾中后部廢氣風箱間，每個風箱均勻安裝多個熱電偶，形成燒結廢氣溫度檢測陣列，建立燒結機尾廢氣溫度平面溫度場；第二步，對該溫度場在線分析，對于任一列廢氣溫度測點連接成的曲線，取其擬合曲線Y＝f(x)上與45°直線相切的點為溫度上升點X1，而曲線上的最高溫度點為燒結終點X2，求出曲線在X1，X2區(qū)間與橫坐標軸所圍區(qū)域的面積S=∫x1x2f(x)·dx,]]>i列檢測點將獲得i組對應混合料區(qū)域的溫度上升點X1、燒結終點X2和面積S，即有X1i、X2i和Si，其中i＝1，2，…，i為列數(shù)；第三步，定義布料均勻性指數(shù)沿燒結斷面寬度方向?qū)Y混合料床等分為N(i＝1，2，…，N)個區(qū)域，并認為燒結混合料床寬度方向上除密實度外無其它偏析，設如果第i區(qū)域的混合料質(zhì)量為mi(kg)，各等分區(qū)域的混合料平均質(zhì)量為 則，第i區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi為 或者θi=(1-ϵi)(1-ϵ‾)]]>式中εi——第i區(qū)域料床的空隙率， ——料層的平均空隙率；第四步，由燒結過程燃燒帶的熱平衡分析，均勻布料指數(shù)θi與對應列的廢氣溫度分布特征值(X1i、X2i和Si)及平均狀態(tài)下的特征值( 和 )間有如下關系1.616·θi1.63-0.59·θi0.63=Ψi0.63]]>式中Ψi=x2i-x1ix‾2-x‾1·x‾2x2i·SiS‾]]>θi表示第i列的布料均勻性指數(shù)，X1i表示第i列溫度曲線上升切點溫度，X2i表示第i列溫度曲線最高點的溫度，Si表示第i列X1、X2與溫度曲線圍成的面積；通過對溫度場的分析，可以獲得每列的X1i、X2i和Si以及平均的 和 ，求解上述模型方程，即可得到對應布料閘門控制區(qū)域的布料均勻性指數(shù)θi；第五步，知道均勻性指數(shù)θi后，可通過控制水平方向小閘門，來實現(xiàn)布料的水平方向的均勻性。
2.根據(jù)權利要求1所述的布料均勻性指數(shù)在線檢測方法，其特征是在燒結機尾中后部15～23號風箱間，每個風箱均勻安裝6個熱電偶，形成6列×9排的燒結廢氣溫度檢測陣列。
全文摘要
本發(fā)明涉及在燒結生產(chǎn)過程中對料床的布料均勻狀態(tài)的在線檢測方法。本發(fā)明是在燒結機尾中后部廢氣風箱間，每個風箱均勻安裝多個熱電偶，形成燒結廢氣溫度檢測陣列，建立燒結機尾廢氣溫度平面溫度場；通過對該溫度場在線分析所獲得的特征信息，進行布料均勻性定量評價的方法；提出并定義了燒結布料均勻性指數(shù)，并建立了該指數(shù)的數(shù)學模型。本發(fā)明實現(xiàn)了混合料床均勻狀態(tài)的在線定量分析，為控制燒結混合料在臺車上分布均勻提供了依據(jù)。
文檔編號G01B21/30GK101082596SQ20061002708
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權日2006年5月30日
發(fā)明者馬洛文, 張宗旺, 毛曉明, 陳九余, 韓俊, 潘安俊, 王躍飛, 辛發(fā)弟 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司