CN102758043A - 一种评价无钟高炉布料均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评价无钟高炉布料均匀性的方法，其包括以下步骤：1)、将高炉块状带料柱的水平断面分为边缘区、中间区和中心区三个区域；2)、将步骤1)中三个区域的块状带料柱采用并联电路类比方法，类比为带有三条并联支路的并联电路；3)、参照并联电阻的计算方式，计算以矿焦比作为内容的布料均匀性指数IBH。本发明所述的评价无钟高炉布料均匀性的方法，其通过块状带料柱分区的方式提取出不同炉料分布状态下的料柱模式，并给出计算布料均匀性指数的具体计算公式，以此反映料柱的阻力特性及炉料分布特性，并进一步通过料柱阻力特性反映块状带透气性，同时解析反映炉料分布特性的布料均匀性指数与煤气利用率之间的关系。

Description

一种评价无钟高炉布料均匀性的方法

技术领域

本发明涉及一种评价无钟高炉布料均匀性的方法，以此来评价不同模式料柱的阻力特性，并可以反映不同模式料柱下高炉的煤气利用率。

背景技术

高炉操作通过合理的上下部综合调剂措施来实现既定的冶炼效果。一般而言，多数高炉会采取以下部操作为基础，同时兼顾上部布料操作来实施上下部的合理搭配，当高炉下部操作发生变化后，上部也会采取适当的措施与之相匹配以维持高炉的稳定顺行，甚至提高冶炼效果；或者说，即便下部操作基本保持不变，单纯的上部操作同样会影响到冶炼效果。

上部布料操作的结果是得到炉料在高炉径向上的特定分布，矿石多的区域或者焦炭少的区域对煤气阻力较大，煤气不易通过。由于这种炉料区域分布特性产生的区域阻力特性，煤气流经料柱的过程中会不断地根据阻力大小而自动调整其走向，在此过程中，不断地与固体炉料进行传质传热，从而影响到高炉煤气利用效果及生产成本。

炉料在高炉径向上的分布不是一成不变的，而是随着布料制度的改变发生变化，那么，煤气流的阻力、煤气的利用程度必然会受到影响。对于高炉料流运动模型、料面模型及矿焦比模型，已有很多研究，然而，不同的炉料分布形式最终会对冶炼产生何种效果，或者是与生产指标的关系还未有进一步的理论认识。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种评价无钟高炉布料均匀性的方法，其能反映料柱的阻力特性及炉料分布特性，并进一步通过料柱阻力特性反映块状带透气性，同时解析反映炉料分布特性的布料均匀性指数与煤气利用率之间的关系。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种评价无钟高炉布料均匀性的方法，其包括以下步骤：

1)、将高炉块状带料柱的水平断面分为边缘区、中间区和中心区三个区域；

2)、将步骤1)中三个区域的块状带料柱采用并联电路类比方法，类比为带有三条并联支路的并联电路；

3)、参照并联电阻的计算方式，计算以矿焦比作为内容的布料均匀性指数IBH，具体计算式子如下：

上式中，

IBH为布料均匀性指数；

和

分别为中心区、中间区和边缘区的体积百分比；

R_C、R_M和R_E分别为中心区、中间区和边缘区的矿焦比。

根据本发明所述的评价无钟高炉布料均匀性的方法，较好的是，所述步骤1)中的中间区占料柱总横截面积的50％，边缘区和中心区各占总横截面积的25％。

根据本发明所述的评价无钟高炉布料均匀性的方法，较好的是，所述步骤1)中的并联电路类比方法具体为：电流在通过电路过程中会随着电阻阻力的大小而在各个线路中自动分配流量，电阻较大的线路由于电子不易通过而电流较小，反之亦然；通过类比分析，高炉径向方向上由于其矿焦比的差异而对煤气阻力不同，那么，煤气在上升的过程中会随着阻力的大小发生自动分流现象，即矿焦比大的区域由于阻力较大煤气流量较小。

本发明所述的评价无钟高炉布料均匀性的方法，其通过块状带料柱分区的方式提取出不同炉料分布状态下的料柱模式，并给出计算布料均匀性指数的具体计算公式，以此反映料柱的阻力特性及炉料分布特性，并进一步通过料柱阻力特性反映块状带透气性，同时解析反映炉料分布特性的布料均匀性指数与煤气利用率之间的关系。

附图说明

图1为本发明所述评价无钟高炉布料均匀性方法中的料柱分区示意图；

图2为分区料柱与并联电路类比示意图；

图3为两种不同料柱模式下煤气流分布及利用特性；

图4为布料均匀性指数与阻力损失的关系；

图5为布料均匀性指数与煤气利用率的生产统计。

具体实施方式

以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

由于径向上矿焦比的差异使得不同径向区域的煤气流量也不相同，从而影响料柱的透气性，为了便于考察这种矿焦比分布不均匀而带来的料柱阻力变化，首先将高炉固体料柱部分进行分区。如图1所示，将高炉块状带料柱的水平断面分为边缘区11、中间区12和中心区13共三个区域，其中，中间区大约占料柱总横截面积的50％，边缘区和中心区各占总横截面积的25％。

如图2所示，本发明所述评价无钟高炉布料均匀性方法，将分区后的料柱与并联电阻电路进行类比。鉴于高炉煤气流在上升的过程中会随着料柱阻力的差异而发生自动分流现象，以缓解局部煤气流过于拥挤的特点。而对于电阻电路而言，电流在通过并联电阻的过程中，在阻力较大的线路电流不易通过，因而电流较小，电阻较小的线路电流则较大，对于通有煤气流的固体料柱而言亦是如此，由于矿石较多或者焦炭较少的区域而使得料柱阻力较大，煤气流不易通过，流量较小；而阻力较小的区域煤气流量较大。通过以上类比分析，料柱不同分区的阻力同样具有并联的特点，同时，分区矿焦比本身就决定着料柱阻力的大小，那么，采用以下公式来计算布料均匀性指数IBH，其计算式可表述为：

式中，

IBH为布料均匀性指数；

和

分别为中心区、中间区和边缘区的体积百分比；

R_C、R_M和R_E分别为中心区、中间区和边缘区的矿焦比。

以下分析布料均匀性指数对炉况影响

①对料柱透气特性的影响

实际高炉条件下，经典的Ergun公式可表述为：

$\mathrm{\ΔP}=1.75\frac{{\mathrm{\ρ}}_g{u}^2(1-\mathrm{\ϵ})L}{\mathrm{\φ}{d}_e{\mathrm{\ϵ}}^3}$

根据上式，影响气流压力损失的因素可分为两个部分，即：

ρ_gu²-气体流动特性；

1.75(1-ε)L/(φd_eε³)-料柱阻力特性。

在料柱的高度方向上，矿焦比越大，料柱阻力特性可由矿石部分阻力特性和焦炭部分阻力特性相加得到，那么矿焦比越大，料柱阻力特性越大。而对于径向上各区域内矿焦比分布不均匀的料柱而言，料柱阻力特性明显已不是加和关系，其大小与不同区域矿焦比密切相关。由布料均匀性指数IBH类比的过程以及该指数的矿焦比内容可知，Ergun公式的料柱阻力部分在径向上同样具有并联的特性，也就是说布料均匀性指数提高的过程中，炉料分布均匀，那么Ergun公式中料柱阻力特性越大，因此气流阻力损失ΔP就会越大。

②对煤气利用率的影响

同时，布料均匀性指数IBH的内容由矿焦比构成，而分区内矿焦比的不同表征着炉料的分布差异，由此，布料均匀性指数IBH又表征着料柱炉料的分布特性，那么该指数同样会影响到上升煤气与下降铁矿石之间的反应，从而影响到煤气利用效果。

如图3所示模式-a和模式-b两种料柱模式，下部通有相同流量的均匀煤气，对于模式-a而言，料柱左右两侧的矿焦比相同，那么煤气在料柱的左右两端均匀分布，因而料柱两侧煤气与矿石的接触程度完全相等；而模式-b料柱与模式-a料柱不同，其左侧料柱均为矿石，右侧料柱均为焦炭，由于两侧料柱阻力的差异使得煤气在上升的过程中发生自动分流效果，由此，必然有大部分的煤气会由料柱右侧的全焦区域跑掉，而对于料柱左侧仅分到少许煤气，那么同等矿石量条件下，通过模式-b矿石区域的煤气量明显小于模式-a矿石区域的煤气量，因此，模式-b的煤气利用程度必然会低于模式-a条件下的煤气利用程度，并且前者的布料均匀性指数低于后者的数值。经以上分析，布料均匀性指数IBH亦会影响到料柱的煤气利用率。

实施例

一、不同分区矿焦比下的布料均匀性指数IBH

以步长为0.10同时调节中心区和边缘区矿焦比使之由1.50增大到2.50，同时将中间区的矿焦比由2.75减小到1.63，调节过程中始终保证料柱总矿焦比为2.00，在此过程中计算料柱的布料均匀性指数，数据汇总于表1，从表中可以看出，随着中心区和边缘区矿焦比的增加、中间区矿焦比的下降，布料均匀性指数IBH先增大后减小，且布料均匀性指数IBH变化幅度在曲线两端的趋势较大，而在三个区域矿焦比相等的附近区域变化幅度则较小。由此可以看出，不同分区的矿焦比数值越接近，布料均匀性指数IBH越大，在矿焦比数值相同时，布料均匀性指数IBH达到最大，此时的炉料分布处于最均匀的状态。

表1三个分区矿焦比同时变化下的布料均匀性指数

二、布料均匀性指数与料柱阻力损失的关系

以表1中矿焦比变化方式为例，通过数值模拟计算气流经过不同料柱模式下的阻力损失大小，以考察布料均匀性指数与气流经过料柱阻力损失之间的关系。数值计算以模拟实际高炉块状带为条件，块状带的半径为6.0m，中心区、中间区和边缘区的体积比为1∶2∶1，初始气体流速为1.5m/s，料柱顶端压力为常压，同时为了简化计算将料柱的高度设定为1.0m。布料均匀性指数与气流通过料柱阻力损失的关系如图4所示。由图4可知，同布料均匀性指数的变化规律一样，气流经过料柱的阻力损失先增大后减小，并且在曲线的两端变化幅度较大，在三个区域矿焦比相同点附近变化幅度较小，且达到最大值，由此证明了利用布料均匀性指数用来表征料柱阻力的正确性。

三、布料均匀性指数与煤气利用率的关系

以某高炉某一季度富氧率及鼓风量基本保持稳定的高炉操作数据为例，通过高炉布料模型计算该季度内每天的布料均匀性指数，并统计布料均匀性指数与煤气利用率之间的关系，如图5所示。从图5中可以看出，对于布料均匀性指数而言，其变化趋势与煤气利用率变化趋势基本相同，两者呈现一定正相关性，整体上看，在4月份期间，布料均匀性指数处于下降趋势，此时煤气利用率随之下降；在5月份期间，布料均匀性指数保持在较低的水平，煤气利用率相比该季度的其他时间同样处于较低的水平；到6月份，布料均匀性指数突然升高且维持在较高的水平，那么煤气利用率在该月亦维持在较高水平。从而反映出不同分区矿焦比在接近的过程中、也就是炉料分布趋于均匀化的过程中，若能保证高炉的顺利运行，高炉煤气利用率则得到改善。

Claims (2)

1.一种评价无钟高炉布料均匀性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、将高炉块状带料柱的水平断面分为边缘区、中间区和中心区三个区域；

2)、将步骤1)中三个区域的块状带料柱采用并联电路类比方法，类比为带有三条并联支路的并联电路；

3)、参照并联电阻的计算方式，计算以矿焦比作为内容的布料均匀性指数IBH，具体计算式子如下：

上式中，

IBH为布料均匀性指数；

和

分别为中心区、中间区和边缘区的体积百分比；

R_C、R_M和R_E分别为中心区、中间区和边缘区的矿焦比。

2.根据权利要求1所述的评价无钟高炉布料均匀性的方法，其特征在于：所述步骤1)中的中间区占料柱总横截面积的50％，边缘区和中心区各占总横截面积的25％。

Images