一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114921598A(43)申请公布日2022.08.19(21)申请号202210454570.2(22)申请日2022.04.27(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市麓山南路932号(72)发明人蒋朝辉周科桂卫华潘冬朱既承黄建才许川(74)专利代理机构长沙朕扬知识产权代理事务所(普通合伙)43213专利代理师马家骏(51)Int.Cl.C21B5/00(2006.01)C21B7/20(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图5页(54)发明名称一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统(57)摘要本发明公开了一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统，通过建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系，根据炉料在下料罐处的排出方式，建立炉料节流阀排出数学模型，建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型，根据炉料与溜槽碰撞的碰撞恢复系数，建立炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型，建立炉料在溜槽内的溜槽运动数学模型以及根据溜槽运动数学模型，获取单颗粒炉料从节流阀至溜槽末端的炉料运动轨迹数学模型，进而获得整个高炉炉顶炉料的运动轨迹数学模型，解决了现有高炉炉顶炉料运动轨迹计算精度低的技术问题，实现不同初始运动状态炉料颗粒在高炉炉顶的运动轨迹计算，提高了炉料运动轨迹的计算精度。CN114921598ACN114921598A权利要求书1/3页1.一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，所述方法包括：建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系；根据炉料在下料罐处的排出方式，建立炉料节流阀排出数学模型；建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型，所述自由下落数学模型用于获取炉料与溜槽碰撞前时刻在静坐标系中的速度和位置；根据炉料与溜槽碰撞的碰撞恢复系数，建立炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型，所述碰撞恢复系数包括法向恢复系数和径向恢复系数；根据炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型，建立炉料在溜槽内的溜槽运动数学模型；根据溜槽运动数学模型，获取单颗粒炉料从节流阀至溜槽末端的炉料运动轨迹数学模型，进而获得整个高炉炉顶炉料的运动轨迹数学模型。2.根据权利要求1所述的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系包括：根据右手定则建立相对高炉静止的静坐标系，其中所述静坐标系的原点为溜槽与中心喉管的两牵连点的水平连接线与高炉对称轴之间的交点；根据右手定则，将所述静坐标系依次绕静坐标系中的两个坐标轴旋转获得与溜槽一同旋转的动坐标系；求解静坐标系与动坐标系之间的坐标变换矩阵。3.根据权利要求1所述的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型包括：根据炉料节流阀排出数学模型，获取炉料离开节流阀时在静坐标系中的坐标；根据炉料离开节流阀时在静坐标系中的坐标，建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型，且所述炉料在中心喉管的自由下落数学模型的具体计算公式为：其中，r1和v1分别为炉料与溜槽碰撞前时刻在静坐标系中的速度和位置，x0、y0、ha分别为炉料离开节流阀时在静坐标系中的X轴、Y轴和Z轴的坐标，hw为中心喉管末端至炉料与溜槽碰点之间的距离，v0为炉料离开节流阀时的Z轴速度，g为重力加速度，e为溜槽倾动距，β0和γ0分别为炉料与溜槽碰撞时，溜槽相对初始位置的水平旋转角度和倾斜角度，θ0为炉料与溜槽对称轴之间的夹角，且R为溜槽半径。4.根据权利要求1或3所述的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，根据炉料与溜槽碰撞的碰撞恢复系数，建立炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型包括：将炉料与溜槽碰撞前时刻在静坐标系中的速度和位置变换为动坐标系中的运动速度2CN114921598A权利要求书2/3页和运动位置；根据炉料与溜槽碰撞前时刻在动坐标系中的运动位置，获得溜槽上碰撞点的法相向量；根据炉料与溜槽碰撞前时刻在动坐标系中的运动速度，获得炉料与溜槽碰撞前的入射速度；计算溜槽上碰撞点的法相向量和炉料与溜槽碰撞前的入射速度之间的夹角，获得第一夹角；根据炉料与溜槽碰撞时的碰撞恢复系数以及所述第一夹角，获得炉料与溜槽碰撞后在溜槽上运动的初始速度常数；根据炉料与溜槽碰撞后在溜槽上运动的初始速度常数，计算炉料与溜槽碰撞后的出射速度。5.根据权利要求4所述的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，计算炉料与溜槽碰撞后的出射速度的具体公式为：其中，v′1为炉料与溜槽碰撞前的入射速度，v′2为炉料与溜槽碰后的出射速度，||·||代表取模长操作，en为炉料与溜槽碰撞时的法向恢复系数，θint为第一夹角，θout为溜槽上碰撞点的法相向量和炉料与溜槽碰撞后的出射速度之间的夹角，且n为溜