CN102041332B - 一种高炉停炉空料线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉停炉空料线控制方法，所述方法包括：将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成有矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程；测量或计算料线的实时位置；然后在处于不同进程的料线位置的情况下，对高炉采取不同的鼓风量、炉顶打水量和安排正确出铁时间的操作，以实现高炉停炉空料线操作。本发明的高炉停炉空料线控制方法能够实现安全、快速的停炉。

Description

一种高炉停炉空料线控制方法

技术领域

本发明涉及高炉生产技术领域，更具体地讲，涉及一种高炉停炉空料线控制方法。

背景技术

高炉运行一段时间，就需要进行停炉大修或中修。高炉停炉过程中，空料线的操作和控制是比较危险的作业，如果操作不当，则会导致安全事故的发生。如何在适当的时间合理地控制鼓风量和炉顶打水量是安全快速地实现高炉停炉的空料线操作的关键所在。在现有技术中，如果鼓风过程较晚停止，则由于料面已经接近风口中心线，煤气中出现O₂，部分风口烧空，出现氧量过剩，部分未烧空，风口还在产生煤气，所以很有可能形成爆炸组分，进而产生爆炸，造成严重的安全事故。现有技术的空料线操作很难实现停炉过程中准确把握料线位置，因此操作具有较大风险。

目前普遍采用的检测料线位置的方法有两种：一种是根据料线与煤气中CO₂的变化规律，掌握料线深度；另一种是通过风氧消耗来计算料面深度。料线与煤气中CO₂的变化关系，在每次空料线过程中都是确定的，即煤气中CO₂的变化量出现拐点时料面到达炉腰附近。但在实际操作中，只能知道大概进度，不能准确掌握料面具体高度。同时，煤气成分受炉顶打水量、炉内气流扰动、取样和分析误差(对没有回收煤气的停炉)等因素的影响，有可能导致煤气中CO₂出现多次拐点，作业过程中很难判断哪次是实际拐点。目前，有部分厂家在空料线过程中，采用风氧消耗来计算料面深度，但大多采用人工计算，且，将整个空料线过程中，风氧与停炉消耗碳量按同一比例推算，然后简单折算为炉料体积减少量，准确度较差。

综上所述，亟需一种能够实现安全快速地停炉的高炉停炉空料线控制方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高炉停炉空料线控制方法，所述方法将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成三个阶段，即，矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程，然后通过对料线处于不同进程时，采用不同的鼓风量、炉顶打水量、安排正确出铁时间等操作方式，从而实现了安全、快速的停炉。

本发明提供了一种高炉停炉空料线控制方法，所述方法包括：将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成有矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程；测量或计算料线位置，当料线位于有矿石还原进程时，将鼓风量控制为高炉正常风量的75～85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂的体积百分含量不大于10％的程度；当料线位于焦炭过剩进程时，将鼓风量控制为高炉正常风量的75～85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂的体积百分含量不大于13％的程度；当料线位于风氧过剩进程时，将鼓风量控制为高炉正常风量的40～50％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂的体积百分含量不大于15％的程度；当料线到达风氧过剩进程的结束点或炉顶煤气O₂含量大幅上升时，休风以完成高炉停炉操作。

根据本发明的高炉停炉空料线控制方法，其中，所述有矿石还原进程的炉顶煤气中氧元素与氮元素之比大于[(0.21+富氧率％)∶0.79]，所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的炉顶煤气中氧元素与氮元素之比不大于[(0.21+富氧率％)∶0.79]。

根据本发明的高炉停炉空料线控制方法，其中，所述有矿石还原进程与焦炭过剩进程的第一分界点位于炉腹位置，并且所述第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积的55～65％；所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的第二分界点位于风口以上0.5～0.8m的位置。

根据本发明的高炉停炉空料线控制方法，其中，所述方法还包括当料线位置到达有矿石还原进程结束点时，安排出净渣铁一次；当料线位置到达料线到达风口中心线以上1.0m时，安排出最后一次渣铁，从而有利于渣铁顺畅排出、最大限度的减少了渣铁在炉内停留时间，增加停炉操作安全系数。

根据本发明的高炉停炉空料线控制方法，其中，所述料线位置可以根据鼓入高炉的氧气量、鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系、炉料中焦炭与炉料的体积关系、空料线的初始料线位置以及高炉炉型来计算。这里，所述鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系用C∶O₂的摩尔比值K来表示，而且在有矿石还原进程中，K为正常生产时全天高炉消耗燃料中的碳素总量与全天高炉鼓入的总氧量的比的85％～90％；在焦炭过剩进程中，K为2；在风氧过剩进程中，K为1。

根据本发明的高炉停炉空料线控制方法，其中，所述料线位置也可以通过采用加长探尺测量或测量炉顶煤气成分变化或观察炉顶吹焦炭现象或风口挂渣现象来得到。其中，当探尺未烧损时，所述料线位置通过加长探尺测得；当探尺烧损后，通过炉顶煤气成分变化、炉顶吹焦炭、风口挂渣来得到所述料线位置。

与现有技术相比，本发明的高炉停炉空料线控制方法将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成三个阶段，即，矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程，然后通过对处于不同进程的料线采用不同的鼓风量、炉顶打水量、安排正确出铁时间等操作方式，从而实现了安全、快速的停炉。

具体实施方式

根据本发明的高炉停炉空料线控制方法，所述方法包括：将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成有矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程；对料线位置进行测量或计算，如果料线位于有矿石还原进程，则将鼓风量控制为高炉正常风量的75～85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于10％的程度，测出有矿石还原进程结束点到达时，安排出净渣铁一次；如果料线位于焦炭过剩进程，则将鼓风量控制为高炉正常风量的75～85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于13％的程度，测出料线到达风口中心线以上1.0m时，安排出最后一次渣铁；如果料线位于风氧过剩进程，则将鼓风量控制为高炉正常风量的40～50％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于15％的程度；如果料线到达风氧过剩进程的结束点或炉顶煤气O₂含量大幅上升，则进行休风以完成高炉停炉操作。在本发明的方法中，所述有矿石还原进程接近高炉正常生产，铁矿石还原规律、气流分布等均接近高炉正常生产的情况；所述焦炭过剩进程的主要包括焦炭燃烧反应，铁矿石已经结束还原，基本不会继续产生渣铁；在所述风氧过剩进程中，一部分风口已经被烧空，另一部分风口还在产生煤气，因此，在所述风氧过剩进程中，需要将鼓风量控制为高炉正常风量的40～50％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于15％的程度，从而能够进一步确保空料线操作的安全。

在本发明的方法，当料线深度到达有矿石还原进程结束点时，是安排出一次净渣铁的最佳时间，其原因是：因为此前炉内有矿石，若出铁过早，则出铁后，炉缸仍然会有渣铁产生，不能起到出净渣铁作用；若出铁过晚，则大量渣铁在炉缸内停留时间延长也降低了安全系数。同时，相对于停炉后期，此时风量较大，炉内具备一定压力，有利于渣铁从铁口排出，能够很大程度上减少停炉后炉缸残存渣铁量，为停炉后的高炉大、中修工期缩短创造条件。测出料线到达风口中心线以上1.0m时，是安排出最后一次渣铁最佳时间，其原因是：虽说理论上在前一次铁后，炉内不再产生渣铁，但实际中总还是会有少量渣铁产生。与上述原因相同，过早或过晚出渣铁均不利停炉操作。这里，虽然对出铁次数和时间进行了限定，但是本领域技术人员应该清楚采用上述的出铁方式能够使本发明的方法实现更好的效果，且本发明出渣铁的时间和次数不限于上述描述。

此外，在本发明的方法中，在不考虑水煤气等其他影响因素时，由于在所述有矿石还原进程中的炉顶煤气中氧元素的来源包括鼓入的空气中的氧元素，和从铁矿石中还原出来的氧元素，所以炉顶煤气中氧元素与氮元素之比大于[(0.21+富氧率％)∶0.79](除去水煤气反应影响，修正后)；此外，由于在所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程中，铁矿石已经还原结束，所以炉顶煤气中氧元素与氮元素之比不大于[(0.21+富氧率％)∶0.79]。这里，在通常情况下，高炉停炉操作的鼓风介质为空气，所以富氧率为0；然而，如果高炉停炉操作采用富氧鼓风操作时，则上式中的富氧率等于鼓风介质的富氧率。

此外，在本发明的方法中，所述有矿石还原进程与焦炭过剩进程的第一分界点位于炉腹位置，并且所述第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积的55～65％；所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的第二分界点位于风口以上0.5～0.8m的位置。

此外，在本发明的方法中，所述料线位置根据鼓入高炉的氧气量、鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系、炉料中焦炭与炉料的体积关系、空料线的初始料线位置以及高炉炉型来计算。具体来讲，进行高炉停炉的空料线操作时，初始料线位置很容易测得，对于确定的高炉个体而言，高炉炉型确定，鼓入高炉的氧气量可根据鼓风中的氧含量以及在固定时间段的鼓风量来确定，炉料中焦炭与炉料的体积关系可以通过吨焦对应炉料体积来确定，因此，只需要确定鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系即可得到料线位置。

对于鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系做如下分析，这里用C∶O₂的摩尔比值来表示鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系，并且将C∶O₂的摩尔比值设为K。

(1)在有矿石还原进程中，由于高炉行程与正常生产情况接近，考虑到停炉料的焦炭负荷比正常生产时有较大幅度减轻、炉顶煤气利用率大幅下降，及其对直接还原度的影响，K取正常生产时的85％～90％。其中，正常生产时，K为全天高炉消耗燃料中的碳素总量与全天高炉鼓入的总氧量的比。

(2)在焦炭过剩进程中，由于矿石还原已经基本结束，疏松焦炭大量填充在风口循环区，燃烧反应按照2C+O₂＝2CO进行，因此，K为2。

(3)在风氧过剩进程中，由于在此进程中焦炭大量消耗，出现氧量过剩，燃烧反应按照C+O₂＝CO₂进行，因此，K为1。

因此，根据上面的分析，本领域技术人员可根据鼓入高炉的氧气量、鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系、炉料中焦炭与炉料的体积关系、空料线的初始料线位置以及高炉炉型来计算得到高炉在空料线停炉过程中的实时料线位置，从而可实现安全、快速停炉。

此外，在本发明的方法中，所述料线位置也可以采用加长探尺测量、炉顶煤气成分变化，和炉顶吹焦炭、风口挂渣等现象来得到，其中，当探尺未损坏时，所述料线位置通过加长探尺测得；当探尺损坏后，通过炉顶煤气成分变化、炉顶吹焦炭、风口挂渣来得到所述料线位置。

实施例1

使用根据本发明示例性实施例的高炉停炉空料线控制方法对某钢厂的新3#高炉进行停炉操作。该新3#高炉的炉容为2000m³。

根据本发明的方法，第一分界点位于炉腹位置，并且所述第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积的55～65％，这里，取第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积为55％，进行计算，得到第一分界点在料线深度为-22.4m的位置。根据本发明的方法，所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的第二分界点位于风口以上0.5～0.8m的位置，这里，取第二分界点位于风口以上0.8m的位置，即，料线深度为-23.7m的位置，空料线结束点料线位置即风口处料线为-24.5m。另外，停炉开始时料面初始深度为-14.57m。

在本实施例中，实时料线深度位于-14.57m至-22.4m之间时，则将鼓风量控制为高炉正常风量的75％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于10％的程度，当料线深度为-22.4m时，安排出渣铁一次；当料线深度位于-22.4m至-23.7m之间时，则将鼓风量控制为高炉正常风量的75％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于13％的程度，当料线为-23.5m时，(风口中心线对应料线为-24.5m)，安排出最后一次渣铁；当料线深度低于-23.7m时，则将鼓风量控制为高炉正常风量的40％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量不大于15％的程度。

最后，当料线深度达到-24.5m时，进行休风以完成高炉停炉操作。

实施例2

本实施例情况基本与实施例1相同，本实施例根据鼓入高炉的氧气量、鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系、炉料中焦炭与炉料的体积关系、空料线的初始料线位置以及高炉炉型等参数来对实时料线深度进行计算。

将高炉炉型尺寸、停炉空料前一周期上料情况、原料物化性能(成分、堆比重等)进行统计。在本实施例中，在有矿石还原进程中，表示鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系的K值取正常生产时的85％，经计算，K为2.563；在焦炭过剩进程中，K为2，在风氧过剩进程中，K为1。

本实施例中，整个空料线过程测算所得料线位置，见表1所示。

表1实施例2测算得到的实时料线深度值

实施例3

本实施例情况基本与实施例1相同，本实施例对料线位置确定，采用以下辅助方法：在空料线前期，利用加长探尺反馈的料线深，在空料线中后期以炉顶煤气成分变化、炉顶吹焦炭、风口挂渣等现象判断大致位置。

这里，对实施例3用加长探尺测得的实时料线深度值和实施例2中计算得到的实时料线深度值进行比较，结果如表2所示。

表2实施例2与实施例3实时料线深度值对比

由表2可以看出，实施例2和3测得的实时料线深度之差在±0.5m之间波动，符合要求的误差范围。由此可见，在空料线前期，加长探尺未被烧毁的情况下，实施例2和实施例3的两种实时测量料线深度的方法均可行。

由表2还可以看出，当料线到达风口上方0.8m左右时开始出现风口挂渣现象；当料线到达风氧过剩阶段炉顶煤气CO₂大幅上升；当料线即到达风口时煤气中O2含量开始出现大幅上升、空料线结束。

实施例4

使用根据本发明示例性实施例的高炉停炉空料线控制方法对某钢厂的4#高炉进行停炉操作。该4#高炉的炉容为1350m³。

根据本发明的方法，第一分界点位于炉腹位置，并且所述第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积的55～65％，这里，取第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积为65％，进行计算，得到第一分界点在料线深度为-20.64m的位置。根据本发明的方法，所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的第二分界点位于风口以上0.5～0.8m的位置，这里，取第二分界点位于风口以上0.5m的位置，即，料线深度为-21.9m的位置，空料线结束点料线位置即风口处料线为-22.4m。另外，停炉开始时料面初始深度为-12.20m。

在本实施例中，料线深度位于-12.20m至-20.64m之间时，则将鼓风量控制为高炉正常风量的85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量小于10％的程度，料线达到-20.64m时，出铁一次；当料线深度位于-20.6m至-21.9m之间时，则将鼓风量控制为高炉正常风量的85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量小于13％的程度，当料线深度为21.4m时，出最后一次铁；料线深度低于-21.9m时，则将鼓风量控制为高炉正常风量的50％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂体积百分含量小于15％的程度。

最后，根据炉顶煤气O₂含量大幅上升判断出料线到达风口，进行休风以完成高炉停炉操作。

实施例5

本实施例情况基本与实施例4相同，本实施例根据鼓入高炉的氧气量、鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系、炉料中焦炭与炉料的体积关系、空料线的初始料线位置以及高炉炉型等参数来对实时料线深度进行计算。

将高炉炉型尺寸、停炉空料前一周期上料情况、原料物化性能(成分、堆比重等)进行统计。在本实施例中，在有矿石还原进程中，表示鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系的K值取正常生产时的90％，经计算，K为2.609；在焦炭过剩进程中，K为2，在风氧过剩进程中，K为1。

综上所述，本发明的高炉停炉空料线控制方法通过将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成有矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程；然后测量或计算料线的实时位置，在处于不同进程的料线位置的情况下，对高炉提供不同的鼓风量、炉顶打水量、正确安排出铁时间，以实现高炉停炉空料线操作，从而实现了安全、快速的高炉停炉。按此控制方法进行空料线停炉，极大地减少了停炉过程爆震次数(与传统方法相比爆震次数减少了40％)、缩短停炉时间(平均缩短1-2个小时)，减少停炉后炉缸残存渣铁(平均缩短清理渣铁项目工期1.5天左右)。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，本发明不限于上述示例性实施例，在不脱离由权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对上述示例性实施例进行各种修改和变形。

Claims (5)

1.一种高炉停炉空料线控制方法，其特征在于，所述方法包括：

将高炉停炉过程按时间先后顺序依次分成有矿石还原进程、焦炭过剩进程和风氧过剩进程；

测量或计算料线位置；

当料线位于有矿石还原进程时，将鼓风量控制为高炉正常风量的75～85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂的体积百分含量不大于10％的程度；

当料线位于焦炭过剩进程时，将鼓风量控制为高炉正常风量的75～85％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂的体积百分含量不大于13％的程度；

当料线位于风氧过剩进程时，将鼓风量控制为高炉正常风量的40～50％，并且将炉顶打水上限量控制为能够确保炉顶煤气中H₂的体积百分含量不大于15％的程度；

当料线到达风氧过剩进程的结束点或炉顶煤气O₂含量大幅上升时，休风以完成高炉停炉操作，

其中，所述有矿石还原进程的炉顶煤气中氧元素与氮元素之比大于[(0.21+富氧率％)：0.79]，所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的炉顶煤气中氧元素与氮元素之比不大于[(0.21+富氧率％)：0.79]，所述有矿石还原进程与焦炭过剩进程的第一分界点位于炉腹位置，并且所述第一分界点以上的炉腹容积占炉腹总容积的55～65％；所述焦炭过剩进程和风氧过剩进程的第二分界点位于风口以上0.5～0.8m的位置。

2.如权利要求1所述的高炉停炉空料线控制方法，其特征在于，所述方法还包括当料线位置到达有矿石还原进程结束点时，安排出净渣铁一次；当料线位置到达料线到达风口中心线以上1.0m时，安排出最后一次渣铁，从而有利于渣铁顺畅排出、最大限度的减少了渣铁在炉内停留时间，增加停炉操作安全系数。

3.如权利要求1所述的高炉停炉空料线控制方法，其特征在于，所述料线位置根据鼓入高炉的氧气量、鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系、炉料中焦炭与炉料的体积关系、空料线的初始料线位置以及高炉炉型来计算。

4.如权利要求3所述的高炉停炉空料线控制方法，其特征在于，所述鼓入高炉的氧气量与炉料中焦炭的消耗关系用C：O₂的摩尔比值K来表示，而且在有矿石还原进程中，K为正常生产时全天高炉消耗燃料中的碳素总量与全天高炉鼓入的总氧量的比的85％～90％；在焦炭过剩进程中，K为2；在风氧过剩进程中，K为1。

5.如权利要求1所述的高炉停炉空料线控制方法，其特征在于，所述料线位置通过采用加长探尺测量或测量炉顶煤气成分变化或观察炉顶吹焦炭现象或风口挂渣现象来得到。