CN118999833A - 一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法及判断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法即判断系统，属于废杂铜冶炼技术领域，利用冶炼炉上安装多个传感器所获得的过程信息，实时收集并传输温度数据准确的了解冶炼炉内的温度分布情况，特别是炉内温度分布是否发生的明显的变化；并基于收集到的多点温度数据，利用建模技术建立一个温度分布模型，通过数据分析，用于预测和监控炉内温度的变化趋势，为冶炼炉的温度控制提供决策的依据，降低冶炼过程的能耗，提高产品的竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及废杂铜冶炼技术领域，尤其涉及一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法及判断系统。
背景技术
在废杂铜冶炼过程中，一种冶炼炉的生产过程如图1所示，该过程的主要目的是把废杂铜料加热融化，并利用多种化学工艺去除产品中的杂质，从而得到阳极板产品。该冶炼炉的主要特点在于将传统废杂铜冶炼过程中的反射炉(前炉)与融化竖炉两种炉型有机地结合起来，通过上部的融化竖炉完成铜料的预热和融化步骤，再通过反射炉进行精炼作业。反射炉产生的精炼烟气通过竖炉向上流动，通过顶部烟道排出冶炼炉，通过此循环回流，反射炉的排烟热量被有效利用于竖炉进料的预热，该冶炼炉生产过程实现了加料、融化和氧化过程的连续进行，缩短冶炼时间，提高系统的热效率。
该冶炼炉体积庞大，炉内的温度分布不均匀，前炉与竖炉底部最高温度可达1400-1600℃，竖炉顶部烟道处的温度仅大概为300-400℃，冶炼炉内容的温度分布具有明显的分布参数的特性。冶炼过程中各工序都要保证在一定的温度范围内工作，否则将造成废杂铜生产过程产生异常，最终的产品质量不合格，增加企业的生产成本和运行成本。要保持平稳运行的关键在于要保证冶炼过程中温度的控制，于是废杂铜冶炼生产过程中的温度控制成为所有控制的核心问题。要实现温度场的调节控制，关键要了解冶炼炉内的温度变化情况。
目前针对冶炼过程中的温度场变化情况尚无效果较好的实现方法。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法及判断系统，利用冶炼炉上安装的少数传感器所获得的过程信息，准确的了解冶炼炉内的温度分布情况，特别是炉内温度分布是否发生的明显的变化。为冶炼炉的温度控制提供决策的依据，降低冶炼过程的能耗，提高产品的竞争力。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决冶炼炉内温度分布不均且难以准确测量的问题，从而更有效地控制冶炼过程和提高产品质量。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，包括在冶炼炉的关键位置安装多个温度传感器以实时收集并传输温度数据；基于收集到的多点温度数据，利用数据分析和建模技术，建立一个温度分布模型，用于预测和监控炉内温度的变化趋势。
优选的，所述温度传感器安装在冶炼炉的至少四个不同区域，包括前炉与竖炉的底部、竖炉中部、反射炉与竖炉连接处、竖炉顶部烟道处。
优选的，所述温度分布模型通过以下公式计算得出：
其中，T(x,t)是温度分布函数，表示在位置x和时间t的温度；α是热扩散率(导热率与密度和比热容的比值)；x是空间位置；t是时间；
初始条件：给定初始时刻的温度分布，即
T(x,0)＝T0(x)
边界条件：根据炉体的实际情况，设定边界的温度或热通条件。例如，在炉壁处设定恒定温度Twall或绝热条件
优选的，还包括利用智能控制系统，根据温度分布模型自动监测冶炼炉的温度分布，并根据需要调整控制参数。
优选的，所述智能控制系统包括实时反馈与监控机制，当某个区域的温度超出预设范围时，系统能够自动发出警报并采取相应的措施。
优选的，所述相应的措施包括通过调整冶炼炉内的加热功率、送风速度等参数，实现对冶炼炉内温度场的精确控制。
一种冶炼炉温度场变化情况的判断系统，包括安装在冶炼炉关键位置的温度传感器、数据处理单元、温度分布模型计算单元、智能控制单元和反馈监控单元。
优选的，所述数据处理单元用于接收温度传感器的数据，并发送给温度分布模型计算单元；所述温度分布模型计算单元根据接收到的数据计算温度分布模型；所述智能控制单元根据温度分布模型调整控制参数；所述反馈监控单元用于实时反馈和监控冶炼炉内的温度情况。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法即判断系统利用冶炼炉上安装多个传感器所获得的过程信息，实时收集并传输温度数据准确的了解冶炼炉内的温度分布情况，特别是炉内温度分布是否发生的明显的变化；并基于收集到的多点温度数据，利用建模技术建立一个温度分布模型，通过数据分析，用于预测和监控炉内温度的变化趋势，为冶炼炉的温度控制提供决策的依据，降低冶炼过程的能耗，提高产品的竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明冶炼炉冶炼生产过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明。
以下描述用于揭露本发明以本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
实施例：
本申请提供一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其目的为为冶炼炉的温度控制提供决策的依据，降低冶炼过程的能耗，提高产品的竞争力，本方法包括以下步骤：
步骤一、在冶炼炉的关键位置安装多个温度传感器以实时收集并传输温度数据；
步骤二、基于收集到的多点温度数据，利用建模技术建立一个温度分布模型，通过数据分析，用于预测和监控炉内温度的变化趋势；
步骤三、将传感器技术结合PID(比例-积分-微分)控制算法，开发智能控制系统，用于自动监测冶炼炉的温度分布，并根据需要调整控制参数，以确保冶炼过程的稳定性和产品质量。
在本申请具体实施方式中，炼炉的关键位置安装多个温度传感器，温度传感器安装在冶炼炉的至少四个不同区域，包括前炉与竖炉的底部、竖炉中部、反射炉与竖炉连接处、竖炉顶部烟道处。基于炉体的结构和温度分布特性，具体设置如下：
位置选择：
在前炉与竖炉的底部各设置2个温度传感器；
在竖炉中部设置2个传感器；
在竖炉顶部烟道处设置1个传感器；
在反射炉与竖炉连接处设置1个传感器；
总计需要9个温度传感器。
在本申请具体实施方式中，建模技术建立一个温度分布模型，通过数据分析，用于预测和监控炉内温度的变化趋势。温度分布模型为简化的一个三维的炉体结构，其中热量通过热传导、对流和辐射等方式在炉内传递。可以采用一维或二维模型进行近似简化计算，温度分布模型的一维热传导方程可以表示为：
其中，T(x,t)是温度分布函数，表示在位置x和时间t的温度；α是热扩散率(导热率与密度和比热容的比值)；x是空间位置；t是时间；
初始条件：给定初始时刻的温度分布，即
T(x,0)＝T0(x)
边界条件：根据炉体的实际情况，设定边界的温度或热通条件。例如，在炉壁处设定恒定温度Twall或绝热条件
求解过程
离散化：使用有限差分法或有限元法将空间和时间离散化，形成网格；
迭代求解：根据初始条件和边界条件，通过迭代求解热传导方程，得到每个网格点上的温度值。
在本申请具体实施方式中，将结合传感器技术与PID控制算法，开发智能控制系统，实时采集数据，计算误差信号和控制输出，调整加热功率，实现炉内温度的实时控制。其中PID控制算法的数学表达式为：
其中μ(t)是控制器的输出(如加热功率)；e(t)是误差信号，即目标温度Ttarget与实际温度Tactual(t)的差值；KP、Ki、Kd分别是比例系数、积分系数和微分系数。
计算过程
实时采集数据：通过传感器实时采集炉内各关键位置的温度数据Tactual(t)；
计算误差信号：将实际温度Tactual(t)与目标温度Ttarget进行比较，得到误差信号e(t)＝Ttarget-Tactual(t)。
计算PID输出：根据PID控制算法的公式，计算控制器的输出μ(t)。
调整加热功率：将控制器的输出μ(t)转换为加热功率的调整量，并发送给执行机构(如加热元件)，调整加热功率。
重复上述过程：实时采集数据，计算误差信号和控制输出，调整加热功率，实现炉内温度的实时控制。
本申请的实施方式中，需要根据炉体的具体情况和工艺要求，调整PID控制器的参数(KP、Ki、Kd)，以达到最佳的控制效果。
还需要考虑炉体的热惯性、加热元件的响应速度等因素对控制效果的影响。
为了提高控制精度和稳定性，可以采用更复杂的控制算法(如模糊控制、神经网络控制等)或结合多种控制算法进行混合控制。
本申请基于判断方法提供了一种冶炼炉温度场变化情况的判断系统，该系统包括智能控制系统、温度传感器、数据处理单元、温度分布模型计算单元、智能控制单元和反馈监控单元；
其中，利用智能控制系统，根据温度分布模型自动监测冶炼炉的温度分布，并根据需要调整控制参数；智能控制系统采用实时反馈与监控机制，当某个区域的温度超出预设范围时，系统能够自动发出警报并采取相应的措施，相应的措施包括通过调整冶炼炉内的加热功率、送风速度等参数，实现对冶炼炉内温度场的精确控制。
其中，数据处理单元用于接收温度传感器的数据，并发送给温度分布模型计算单元；所述温度分布模型计算单元根据接收到的数据计算温度分布模型；所述智能控制单元根据温度分布模型调整控制参数；所述反馈监控单元用于实时反馈和监控冶炼炉内的温度情况。
本领域技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能以及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (8)
1.一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其特征在于：包括在冶炼炉的关键位置安装多个温度传感器以实时收集并传输温度数据；基于收集到的多点温度数据，利用建模技术建立一个温度分布模型，通过数据分析，用于预测和监控炉内温度的变化趋势。
2.根据权利要求1所述的一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其特征在于：所述温度传感器安装在冶炼炉的至少四个不同区域，包括前炉与竖炉的底部、竖炉中部、反射炉与竖炉连接处、竖炉顶部烟道处。
3.根据权利要求2所述的一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其特征在于：所述温度分布模型通过以下公式计算得出：
其中，T(x,t)是温度分布函数，表示在位置x和时间t的温度；α是热扩散率(导热率与密度和比热容的比值)；x是空间位置；t是时间；
初始条件：给定初始时刻的温度分布，即
T(x,0)＝T0(x)
边界条件：根据炉体的实际情况，设定边界的温度或热通条件。例如，在炉壁处设定恒定温度Twall或绝热条件
4.根据权利要求3所述的一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其特征在于：还包括利用智能控制系统，根据温度分布模型自动监测冶炼炉的温度分布，并根据需要调整控制参数。
5.根据权利要求4所述的一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其特征在于：所述智能控制系统包括实时反馈与监控机制，当某个区域的温度超出预设范围时，系统能够自动发出警报并采取相应的措施。
6.根据权利要求5所述的一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法，其特征在于：所述相应的措施包括通过调整冶炼炉内的加热功率、送风速度等参数，实现对冶炼炉内温度场的精确控制。
7.一种用于实现权利要求1-6任一所述冶炼炉温度场变化情况的判断方法的判断系统，其特征在于：包括安装在冶炼炉关键位置的温度传感器、数据处理单元、温度分布模型计算单元、智能控制单元和反馈监控单元。
8.根据权利要求7所述的一种冶炼炉温度场变化情况的判断系统，其特征在于：所述数据处理单元用于接收温度传感器的数据，并发送给温度分布模型计算单元；所述温度分布模型计算单元根据接收到的数据计算温度分布模型；所述智能控制单元根据温度分布模型调整控制参数；所述反馈监控单元用于实时反馈和监控冶炼炉内的温度情况。
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| CN202411041326.9A CN118999833A (zh) | 2024-07-30 | 2024-07-30 | 一种冶炼炉温度场变化情况的判断方法及判断系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN119289722A (zh) * | 2024-12-16 | 2025-01-10 | 江西铜业技术研究院有限公司 | 一种应用于冶炼设备的智能管理系统及方法 |
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2024
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