CN102925606B - 一种高炉停炉降料面深度的预测方法 - Google Patents
一种高炉停炉降料面深度的预测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种高炉停炉降料面深度的预测方法，该方法包括在高炉降料面操作过程中每隔预定的时间单元预测一次料面深度，具体地讲，根据高炉停炉前冶炼正常的最近一天的冷风流量和焦炭消耗量计算吨焦风耗，该吨焦风耗作为高炉降料面操作过程中的吨焦风耗，并由该吨焦风耗计算当前时间的风量，以高炉停炉前冶炼正常的最近一天的风压P0和风温T0为基准对当前时间的风量进行折算；计算当前时间的燃烧焦炭量和消耗炉料空间；计算当前时间的炉料空间累计值；利用炉料空间累计值和料线数据的线性关系由当前时间的炉料空间累计值计算当前时间的料线数据；计算料面降速；计算达到预期停炉位置需要的剩余时间。
Description
技术领域
本发明属于高炉炼铁的领域，尤其涉及一种高炉停炉降料面深度的预测方法。
背景技术
高炉停炉是高炉大修、中修、小修前的停产操作，是高炉操作的一个组成部分。高炉降料面停炉是高炉长期休风检修前常见的一种工艺操作，一般要求把料面降到风口区域，以最大限度降低停炉后高炉清理的难度，减少高炉检修的工期和费用。但是，如果对降料面的位置预测不准确，出现最终料面位置过高，则增大停炉后高炉清理的难度，增加高炉检修的工期和费用；如果出现最终料面位置过低，则大量风口吹空，极易形成爆炸性气体，影响停炉安全。
发明内容
本发明提供了一种能够解决上述技术问题中的至少一个技术问题的高炉停炉降料面深度的预测方法，所述方法包括：
设定高炉中的n个料线以及分别与n个料线对应的n个料线数据，n≥3且为正整数，n个料线中的第1料线对应于高炉降料面开始的位置，n个料线数据中的第1料线数据是沿着高炉高度的方向第1料线与第1料线上方的基准线之间的距离，第i料线处于第i-1料线的下方，且沿着高炉高度方向与第i-1料线之间隔开预定间隔，2≤i≤n，且i为正整数，第i料线数据＝第i-1料线数据+预定间隔；
根据高炉内型尺寸计算与n个料线中的每一料线对应的炉料空间并计算与每一料线对应的炉料空间累计值，其中，与第1料线对应的第1炉料空间为零，与第1料线对应的第1炉料空间累计值为零，与第i料线对应的第i炉料空间等于高炉中第i料线与第i-1料线之间炉料所占的体积，与第i料线对应的第i炉料空间累计值等于高炉中第1料线与第i料线之间炉料所占的体积；
对炉料空间累计值和料线数据进行线性回归，得到炉料空间累计值和料线数据的线性关系；
在高炉降料面操作过程中，每隔预定的时间单元预测一次料面深度，包括下述步骤：
根据高炉停炉前冶炼正常的最近一天的冷风流量和焦炭消耗量计算吨焦风耗，该吨焦风耗作为高炉降料面操作过程中的吨焦风耗，并由该吨焦风耗计算当前时间的风量；
以高炉停炉前冶炼正常的最近一天的风压P0和风温T0为基准按照下面的等式2对当前时间的风量进行折算，
等式2：
折算的风量＝[(当前时间的风压+101)/(P0+101)]×[(T0+273)/(当前时间的风温+273)]×当前时间的风量
在等式2中，当前时间的风压和P0的单位是kPa，当前时间的风温和T0的单位是℃；
按照下面的等式3和等式4分别计算当前时间的燃烧焦炭量和消耗炉料空间：
等式3：
燃烧焦炭量＝折算的风量/吨焦风耗/(1-炉料压缩率)
等式4：
消耗炉料空间＝燃烧焦炭量×每批炉料压缩体积/每批炉料焦炭重量；
按照下面的等式5计算当前时间的炉料空间累计值：
等式5：
炉料空间累计值＝当前时间单元的消耗炉料空间+前一时间的炉料空间累计值；
利用炉料空间累计值和料线数据的线性关系由当前时间的炉料空间累计值计算当前时间的料线数据；
按照下面的等式6计算料面降速：
等式6：
料面降速＝(当前时间的料线数据-前一时间的料线数据)/时间单元；
按照下面的等式7计算达到预期停炉位置需要的剩余时间：
剩余时间＝(降料面目标料线数据-当前时间的料线数据)/料面降速。
根据本发明的一方面，当剩余时间≥时间单元时，继续下一时间的预测。
根据本发明的一方面，当0＜剩余时间＜时间单元时，继续下一时间的预测或者停止整个预测。
根据本发明的一方面，当剩余时间≤0时，停止整个预测。
根据本发明的一方面，所述预定间隔是1米。
根据本发明的一方面，所述预定间隔在0.8米-1.2米的范围内。
根据本发明的一方面，在炉身上部、炉身中部、炉身下部处，所述预定间隔是1米；在炉身底部、炉腰顶部处，所述预定间隔是0.8米；在炉腰下部处，所述预定间隔是1.2米；在炉腹中上部、炉腹中下部处，所述预定间隔是1米；在炉腹底部处，所述预定间隔是0.8米。
根据本发明的一方面，对于给定的高炉，炉料空间累计值和料线数据的线性关系由下面的等式1表示：
等式1：
料线数据＝a×炉料空间累计值+b
在等式1中，a和b均为正常数。
根据本发明的一方面，所述时间单元是30分钟。
具体实施方式
设定高炉中的n个料线以及分别与n个料线对应的n个料线数据，n≥3且为正整数。n可以为≥4、≥5、≥6、≥7、≥8、≥9、≥10、≥11、≥12或≥13的正整数。
高炉停炉初始料面在炉喉或炉身上部，是高炉降料面开始的位置，即n个料线中的第1料线。第1料线对应于n个料线数据中的第1料线数据。第1料线数据是沿着高炉高度的方向，第1料线(即高炉降料面开始的位置)与基准线(在第1料线上方)之间的距离。
第2料线至第n料线依次处于第1料线的下方。第i料线(2≤i≤n，且i为正整数)处于第i-1料线的下方，且沿着高炉高度方向与第i-1料线之间隔开预定间隔。第i料线数据对应于第i料线，第i料线数据＝第i-1料线数据+预定间隔。这里的预定间隔是指沿着高炉高度的方向截取的长度，其对于给定的高炉可以是一个定值，也可以在一定的数值范围内变化。例如，第n料线数据＝第n-1料线数据+第一预定间隔，第n-1料线数据＝第n-2料线数据+第二预定间隔，其中第一预定间隔可以等于或不等于第二预定间隔。在一个实施例中，所述预定间隔是1米。在一个实施例中，所述预定间隔在0.8米-1.2米的范围内变化。在一个实施例中，按照从上向下的顺序，在炉身上部、炉身中部、炉身下部处，所述预定间隔是1米；在炉身底部、炉腰顶部处，所述预定间隔是0.8米；在炉腰下部处，所述预定间隔是1.2米；在炉腹中上部、炉腹中下部处，所述预定间隔是1米；在炉腹底部处，所述预定间隔是0.8米。
在根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法中，根据高炉内型尺寸计算与n个料线中的每一料线对应的炉料空间，并计算与每一料线对应的炉料空间累计值。
与第i料线(2≤i≤n，且i为正整数)对应的第i炉料空间是指高炉中第i料线与第i-1料线之间炉料所占的体积。这里，将与第1料线对应的第1炉料空间设定为零。与第i料线对应的第i炉料空间累计值等于高炉中第1料线与第i料线之间炉料所占的体积，即第1炉料空间至第i炉料空间之和。与第1料线对应的第1炉料空间累计值为零。
然后，对炉料空间累计值和料线数据进行线性回归，得到炉料空间累计值和料线数据的线性关系。例如，对于给定的高炉，得到的炉料空间累计值和料线数据的线性关系为下面的等式1所示：
料线数据＝a×炉料空间累计值+b ......等式1
在等式1中，a和b均为正常数。
在高炉降料面操作过程中，可以每隔预定的时间段预测一次料面深度，也就是说，将高炉降料面操作所持续的总时间分为若干时间单元(或时间段)。例如，每个时间单元可以是30分钟，即每隔30分钟预测一次料面深度。根据本发明的方法，预测每个时间单元结束时的降料面深度。下面详细说明预测当前时间单元结束时(即，当前时间)的降料面深度的步骤。
首先，对高炉停炉前冶炼正常的最近一天(例如高炉停炉前一天，如果前一天高炉冶炼不正常，则往前顺延)的状态参数进行分析，这些状态参数包括全天的冷风流量、焦炭消耗量、热风压力(风压P0)、风温T0。具体地讲，根据冷风流量和焦炭消耗量计算吨焦风耗(即，燃烧1吨焦炭需要的冷风流量)，该吨焦风耗作为高炉停炉降料面过程中的吨焦风耗。由降料面过程中的吨焦风耗可以获得当前时间的风量。
以高炉停炉前冶炼正常的最近一天的风压P0和风温T0为基准按照下面的等式2对当前时间的风量进行折算：
折算的风量＝[(当前时间的风压+101)/(P0+101)]×[(T0+273)/(当前时间的风温+273)]×当前时间的风量
......等式2
在等式2中，当前时间的风压和P0的单位是kPa，当前时间的风温和T0的单位是℃。实际上，等式2为变形的克拉伯龙方程。该折算的风量作为计算燃烧焦炭量和消耗炉料空间的依据。
然后，按照下面的等式3和等式4分别计算当前时间的燃烧焦炭量和消耗炉料空间：
燃烧焦炭量＝折算的风量/吨焦风耗/(1-炉料压缩率) ......等式3
消耗炉料空间＝燃烧焦炭量×每批炉料压缩体积/每批炉料焦炭重量......等式4
在等式4中，每批炉料压缩体积是指高炉降料面操作开始时的炉料的压缩体积，每批炉料焦炭重量是指高炉降料面操作开始时的炉料的焦炭重量。
接着，按照下面的等式5计算当前时间的炉料空间累计值：炉料空间累计值＝当前时间单元的消耗炉料空间+前一时间的炉料空间累计值 ......等式5
之后，利用前面获得的炉料空间累计值和料线数据的线性关系由当前时间的炉料空间累计值计算当前时间的料线数据。
然后，按照下面的等式6计算料面降速：
料面降速＝(当前时间的料线数据-前一时间的料线数据)/时间单元......等式6
然后，按照下面的等式7计算达到预期停炉位置需要的剩余时间：
剩余时间＝(降料面目标料线数据-当前时间的料线数据)/料面降速 ......等式7
如果剩余时间≥时间单元，则继续下一时间的预测，即一个时间单元过去之后再次执行上述预测过程。如果0＜剩余时间＜时间单元，则可以继续下一时间的预测，即一个时间单元过去之后再次执行上述预测过程，也可以停止预测。如果剩余时间≤0，则表示降料面到达目标料线，可以完成整个预测。
根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法明确了高炉停炉降料面深度的计算过程中需要考虑的主要参数，规范了降料面深度的计算程序。实践表明，降料面过程中的实际位置与预测结果吻合，此预测方法保证了停炉过程准确、安全、经济。
下面结合具体示例更详细地描述根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法。
示例
停炉过程简述如下。某日，某钢铁公司1#高炉降料面至风口带停炉进行小修。11∶55开始复风降料面，12∶30-13∶20放渣50分钟，13∶30-14∶40出第1次铁，铁量82.3吨。17∶10观察，5#，6#，7#，8#，12#风口出现变暗，挂渣。17∶30观察，10#，11#风口出现变暗，挂渣。15∶40-16∶40放渣60分钟，17∶30-18∶08出第2次铁(最后一次)47.55吨，理论铁全部放出。18∶03部分风口吹空。18∶18休风，停炉过程共计6小时23分钟。后扒炉时检查，料面平均深度15.2米，在风口中心线位置。
首先，根据高炉内型尺寸计算与多个料线中的每一料线对应的炉料空间，并计算与每一料线对应的炉料空间累计值，如下面的表1所示。
表1
然后，对表1中的炉料空间累计值和料线数据进行线性回归，得到炉料空间累计值和料线数据的线性关系，如下面的等式8所示：料线数据＝0.0389×炉料空间累计值+5.3585 ......等式8
之后，每隔30分钟按照上面的步骤预测一次料面深度。根据高炉停炉前一天正常冶炼的冷风流量和焦炭消耗量计算吨焦风耗，该吨焦风耗作为高炉停炉时的吨焦风耗，并由降料面过程中的吨焦风耗获得降料面过程中当前时间的风量。按照上面的等式2获得当前时间的折算的风量。按照上面的等式3获得当前时间的燃烧焦炭量。按照上面的等式4计算当前时间的消耗炉料空间。按照上面的等式5计算当前时间的炉料空间累计值。利用前面获得的炉料空间累计值和料线数据的线性关系(等式8)由当前时间的炉料空间累计值计算当前时间的料线数据。按照上面的等式6计算料面降速。按照上面的等式7计算达到预期停炉位置需要的剩余时间。计算的结果如下面的表2所示。
表2
此外，还对停炉过程中炉顶煤气的成分进行了分析，结果在下面的表3中列出。
表3
| 时间 | CO2 | O2 | CO | H2 | 时间 | CO2 | O2 | CO | H2 | |
| 13∶10 | 9.77 | 0.02 | 34.75 | 2.01 | 15∶30 | 7.12 | 0.32 | 28.19 | 9.22 | |
| 13∶20 | 9.39 | 0.00 | 34.99 | 2.29 | 15∶40 | 7.14 | 0.51 | 26.7 | 9.41 | |
| 13∶30 | 9.18 | 0.00 | 34.83 | 2.33 | 15∶50 | 7.6 | 0.45 | 25.68 | 9.85 | |
| 13∶40 | 9.30 | 0.00 | 35.60 | 2.93 | 16∶00 | 7.19 | 0.36 | 26.97 | 9.68 | |
| 13∶50 | 8.24 | 0.01 | 36.26 | 3.65 | 16∶10 | 8.15 | 0.36 | 23.82 | 12.57 | |
| 14∶00 | 6.73 | 0.21 | 37.78 | 2.86 | 16∶20 | 8.27 | 0.3 | 25.01 | 12.83 | |
| 14∶10 | 6.47 | 0.28 | 36.59 | 3.95 | 16∶30 | 10.18 | 0.42 | 21.63 | 13.48 | |
| 14∶20 | 5.92 | 0.43 | 35.63 | 3.83 | 16∶40 | 10.27 | 0.08 | 21.96 | 13.71 | |
| 14∶30 | 5.13 | 0.75 | 35.30 | 3.65 | 16∶50 | 10.15 | 0.07 | 22.75 | 13.7 | |
| 14∶40 | 4.27 | 3.38 | 29.82 | 2.40 | 17∶00 | 9.99 | 0.03 | 22.69 | 13.54 | |
| 14∶46 | 6.15 | 0.04 | 34.51 | 7.67 | 17∶10 | 9.53 | 0.03 | 22.8 | 12.28 | |
| 14∶50 | 6.97 | 0.01 | 31.99 | 8.52 | 17∶20 | 9.57 | 0.02 | 22.34 | 12.42 | |
| 14∶53 | 7.29 | 0.00 | 30.82 | 8.58 | 17∶30 | 9.99 | 0.01 | 22.05 | 13.22 | |
| 14∶55 | 7.79 | 0.01 | 30.35 | 10.08 | 17∶40 | 9.54 | 0.01 | 22.36 | 13.39 | |
| 15∶00 | 6.6 | 0.4 | 28.62 | 9.18 | 18∶00 | 10.48 | 1.87 | 0.43 | 0.18 | |
| 15∶10 | 5.06 | 1.54 | 26.14 | 8.21 | 18∶10 | 9.82 | 2.51 | 0.34 | 0.04 | |
| 15∶20 | 7.85 | 0.04 | 28.71 | 8.17 | 18∶20 | 8.83 | 3.66 | 0.23 | 0.08 |
根据表1，高炉降料面过程的煤气CO2拐点一般在炉腰附近，即料线数据为10.8米的位置。根据表2，在14∶30计算的料线数据达到10.66米。根据表3的停炉过程中炉顶煤气的成分分析结果，在14∶40出现了CO2的最低值(拐点)。这说明根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法对降料面过程中期的预测是准确的。
在降料面过程结束后扒炉观察的料面位置是15.2米，与表2中示出的计算结果15.31米非常接近，这说明根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法对降料面过程结束时的预测是准确的。
因此，根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法，在该具体示例中，高炉降料面停炉过程预测的料面位置和实际情况非常吻合，确保了停炉过程准确、安全、经济，实现了预期目标。
综上所述，根据本发明的高炉停炉降料面深度的预测方法明确了高炉停炉降料面深度的计算过程中需要考虑的主要参数，规范了降料面深度的计算程序。实践表明，降料面过程中的实际位置与预测结果吻合，此预测方法保证了停炉过程准确、安全、经济。
Claims (9)
1.一种高炉停炉降料面深度的预测方法，所述方法包括以下步骤：根据高炉内型尺寸计算，并在高炉降料面操作过程中预测料面深度，
其特征是，
所述方法还包括：设定高炉中的n个料线以及分别与n个料线对应的n个料线数据，n≥3且为正整数，n个料线中的第1料线对应于高炉降料面开始的位置，n个料线数据中的第1料线数据是沿着高炉高度的方向第1料线与第1料线上方的基准线之间的距离，第i料线处于第i-1料线的下方，且沿着高炉高度方向与第i-1料线之间隔开预定间隔，2≤i≤n，且i为正整数，第i料线数据=第i-1料线数据+预定间隔；
根据高炉内型尺寸计算的步骤包括：根据高炉内型尺寸计算与n个料线中的每一料线对应的炉料空间并计算与每一料线对应的炉料空间累计值，其中，与第1料线对应的第1炉料空间为零，与第1料线对应的第1炉料空间累计值为零，与第i料线对应的第i炉料空间等于高炉中第i料线与第i-1料线之间炉料所占的体积，与第i料线对应的第i炉料空间累计值等于高炉中第1料线与第i料线之间炉料所占的体积；
所述方法还包括：对炉料空间累计值和料线数据进行线性回归，得到炉料空间累计值和料线数据的线性关系；
在高炉降料面操作过程中预测料面深度的步骤包括：在高炉降料面操作过程中，每隔预定的时间单元预测一次料面深度，包括下述步骤：
根据高炉停炉前冶炼正常的最近一天的冷风流量和焦炭消耗量计算吨焦风耗，该吨焦风耗作为高炉降料面操作过程中的吨焦风耗，并由该吨焦风耗计算当前时间的风量；
以高炉停炉前冶炼正常的最近一天的风压P0和风温T0为基准按照下面的等式2对当前时间的风量进行折算，
等式2：
折算的风量=[(当前时间的风压+101)/(P0+101)]×[(T0+273)/(当前时间的风温+273)]×当前时间的风量
在等式2中，当前时间的风压和P0的单位是kPa，当前时间的风温和T0的单位是℃；
按照下面的等式3和等式4分别计算当前时间的燃烧焦炭量和消耗炉料空间：
等式3：
燃烧焦炭量=折算的风量/吨焦风耗/(1-炉料压缩率)
等式4：
消耗炉料空间=燃烧焦炭量×每批炉料压缩体积/每批炉料焦炭重量；
按照下面的等式5计算当前时间的炉料空间累计值：
等式5：
炉料空间累计值=当前时间单元的消耗炉料空间+前一时间的炉料空间累计值；
利用炉料空间累计值和料线数据的线性关系由当前时间的炉料空间累计值计算当前时间的料线数据；
按照下面的等式6计算料面降速：
等式6：
料面降速=(当前时间的料线数据-前一时间的料线数据)/时间单元；
按照下面的等式7计算达到预期停炉位置需要的剩余时间：
剩余时间=(降料面目标料线数据-当前时间的料线数据)/料面降速。
2.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，当剩余时间≥时间单元时，继续下一时间的预测。
3.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，当0＜剩余时间＜时间单元时，继续下一时间的预测或者停止整个预测。
4.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，当剩余时间≤0时，停止整个预测。
5.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，所述预定间隔是1米。
6.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，所述预定间隔在0.8米-1.2米的范围内。
7.根据权利要求6所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，在炉身上部、炉身中部、炉身下部处，所述预定间隔是1米；在炉身底部、炉腰顶部处，所述预定间隔是0.8米；在炉腰下部处，所述预定间隔是1.2米；在炉腹中上部、炉腹中下部处，所述预定间隔是1米；在炉腹底部处，所述预定间隔是0.8米。
8.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，对于给定的高炉，炉料空间累计值和料线数据的线性关系由下面的等式1表示：
等式1：
料线数据=a×炉料空间累计值+b
在等式1中，a和b均为正常数。
9.根据权利要求1所述的高炉停炉降料面深度的预测方法，其中，所述时间单元是30分钟。
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| 首钢1号高炉降料面停炉实践;张贺顺等;《炼铁技术通讯》;20100831(第4期);全文 * |
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