CN103882169A - 一种提高高炉炉缸冷却效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高高炉炉缸冷却效率的方法，将高炉炉缸以360度圆周范围内划分为（i_end+1）个不同的对称方向纵切面区域，分别计算出高炉炉缸360度圆周范围内2*（i_end+1）个点位上炉缸温度变化和温度梯度；然后对炉缸进行分级评价：温度异常过高、温度异常过低、温度正常这三种情况；最后计算三种情况各自出现的次数，及其在所有点位中所占的权重，根据权重系数Σ_H、Σ_M和Σ _L来重新调整炉缸冷却水的流量分配。根据炉缸内各个部位的侵蚀情况，动态分配炉缸内冷却水的分布，强化炉缸重点侵蚀区域的冷却，减少冷却水消耗，提高高炉冷却系统的冷却能力，避免高炉炉缸烧穿等事故的发生。

Description

一种提高高炉炉缸冷却效率的方法

技术领域

本发明涉及一种高炉冷却技术，尤其是一种提高现代大型高炉炉缸冷却能力和冷却效率的方法。

背景技术

近年来，高炉炉缸安全又重新引起国内外冶金系统的重视，鉴于国内外发生了的多起高炉炉缸烧穿事故，严重影响生产，造成了巨大的经济损失，引起高炉工作者对于炉缸长寿问题的高度关注。综合分析事故发生的原因，炉缸冷却系统设计不合理或冷却效率低已经成为诱发高炉炉缸事故的主要诱因之一。

目前国内外一定比例的高炉冷却系统冷却方式是采用分段冷却，分别为炉底和风口二套、炉缸冷却壁、炉腹（铜冷却板）、炉腰、炉身下部（铜冷却壁）、炉身中上部等部位供水。冷却介质一般是纯净水、通过药物处理工业水而形成软水或通过反渗透处理工艺后除盐水。冷却系统投入使用后，基本就是完全按照高炉设计时的冷却水流量分配为高炉的各个部位冷却。但随着高炉冶炼强度和煤比的不断提高，高炉炉内衬温度波动范围由50℃/min增大到150℃/min，在炉身下部、炉腰和炉腹区域热流强度平均在30～60KW/㎡范围内，高时达到160KW/㎡，炉况异常时最高达到240KW/㎡，各个冷却部位对高炉冷却系统的需求也悄然发生着变化，特别是高炉炉缸在360度圆周范围内的各个方向的侵蚀情况各不相同，因此原来对炉缸一成不变的冷却方式显然不能满足现代高炉15～20年使用寿命的要求。

发明内容

本发明是针对技术背景中提到的缺点，在传统高炉冷却系统的基础上，有针对性的提出一种提高现代大型高炉炉缸冷却能力和冷却效率的方法。本方法可以根据炉缸内各个部位的侵蚀情况，动态分配炉缸内冷却水的分布，强化炉缸重点侵蚀区域的冷却，减少冷却水消耗，提高高炉冷却系统的冷却能力，避免高炉炉缸烧穿等事故的发生。

本发明的技术方案为：一种提高高炉炉缸冷却效率的方法，包括以下步骤：

1、首先将高炉炉缸以360度圆周范围内划分为（i_end+1）个不同的对称方向纵切面区域，每个区域的范围如：[0°+（i*α°）,180°+（i*α°）]

 其中i=0，1,2，…i_end, α∈[0°,180°],且(i_end+1)*α=180°。

分别在2*（i_end+1）点位上安装热点偶，检测炉缸温度变化。假定采集温度的周期为T，在第k时刻，第j个点位上炉缸的温度为t（j,k）,那么该点在第k+1时刻和第k-1时刻的温度分别为t（j,k+1）和t（j,k-1）。据此可以通过下列公式计算出该点在不同时刻的温度的变化△t（j,k）、△t（j,k+1）和温度梯度δ（j,k）、δ（j,k+1）：

△t（j,k）=t(j,k)-t(j,k-1)

△t（j,k+1）=t(j,k+1)-t(j,k)

$\mathrm{\δ}(j,k)=\frac{\mathrm{\Δt}(j,k)}{T}$

$\mathrm{\δ}(j,k+1)=\frac{\mathrm{\Δt}(j,k+1)}{T}$

依此类推，可以分别计算出高炉炉缸360度圆周范围内2*（i_end+1）个点位上炉缸温度变化和温度梯度。

2、依据步骤1中所列的高炉炉缸点位上的温度对炉缸进行分级评价，评价的结果分别为温度异常过高、温度异常过低、温度正常。评价依据如下方法进行：

如果满足条件1：

△t（j,k）＞b或者△t（j,k+1）＞b或者δ（j,k）＞d或者δ（j,k+1）＞d

则：温度异常过高。

如果满足条件2：

0≤△t（j,k）≤a且0≤△t（j,k+1）≤a

则：温度异常过低。

如果满足条件3：

0≤δ（j,k）≤c 且 0≤δ（j,k+1）≤c

则：温度异常过低。

其他情况，

则：温度正常。

其中a和b分别为温度差上限1和温度差上限2，c和d分别为温度梯度上限1和温度梯度上限2，a<b，c<d。

3、根据步骤2中的分级评价方法分别对2*（i_end+1）点位温度情况的进行评价，并统计温度异常过高、温度异常过低、温度正常这三种情况各自出现的次数，及其在所有点位中所占的权重。如果有m个点位出现温度异常过高，n个点位温度异常过低，则其他[2*（i_end+1）-m-n]个点位温度正常。

假设高炉设计之初原冷却水的分配方式为均匀分配水量，那么每个炉缸点位上冷却水管流过的冷却水流量即为：

Q_j=Q/[2*（i_end+1）],

其中Q为整个炉缸中的冷却水总量。

那么可以根据权值系数Σ_H、Σ_M和Σ_L来重新调整炉缸冷却水的流量分配，流量分配方法如下：

${\mathrm{\&Sigma;}}_H=\frac{2m}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

${\mathrm{\&Sigma;}}_L=\frac{0.5n}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

${\mathrm{\&Sigma;}}_M=\frac{2(\mathrm{iend}+1)-m-n}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

其中Σ_H、Σ_L分别为温度异常过高情况点位所对应的流量分配权值系数、温度异常过低情况点位所对应的流量分配权值系数，Σ_M是温度正常情况点位所对应的流量分配权值系数。

如果有m个点位出现温度异常过高，那么这m个点位中每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_H=Q*Σ_H/m,

如果有n个点位出现温度异常过低，那么这n个点位中每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_L=Q*Σ_L/n,

剩余的每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_M=Q*Σ_M /[2(iend+1)-m-n]。

根据该方法，每隔一个采样周期，就可以不间断的对炉缸热电偶温度进行24小时循环计算、评价和调整，达到减少高炉冷却系统内冷却水的消耗，提高高炉冷却系统的冷却能力，预防高炉炉缸烧穿等事故的发生的目的。

综上所述，本发明的特点是：

1、本方法可以根据炉缸内各个部位的侵蚀情况，动态分配炉缸内冷却水的分布，强化炉缸重点侵蚀区域的冷却，为调整高炉冶炼强度提供有利条件。

2、减少高炉冷却系统内冷却水的无功消耗，提高高炉冷却系统的冷却能力，预防高炉炉缸烧穿等事故的发生。

附图说明

图1 高炉炉缸剖面俯视图。

其中：1.热电偶安装点位1；2.热电偶安装点位2；3.热电偶安装点位3；4.热电偶安装点位4；5.热电偶安装点位5；6.热电偶安装点位6；7.热电偶安装点位7；8.热电偶安装点位8；9.高炉内衬；10.高炉外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明：

以某大型高炉的炉缸冷却系统为例：

步骤1，如图1所示，首先将高炉炉缸以360度圆周范围内划分为4个不同的对称方向纵切面区域，每个区域的范围按照下面方法计算：[0°+（i*α°）,180°+（i*α°）]， 其中i=0，1,2，…i_end, α∈[0°,180°],且(i_end+1)*α=180°。本例中，i_end=3，α=45°，则每个区域的范围为：[0°,180°]，[45°,225°]，[90°,270°]，[135°,315°]，如图1，分别在热电偶安装点位1-8上安装热电偶，检测炉缸温度变化。本例中采集温度的周期为0.5小时，也可以根据高炉实际情况调整采集周期。在第k时刻和第k+1时刻的温度的变化△t（j,k）、△t（j,k+1）和温度梯度δ（j,k）、δ（j,k+1），可以通过下面方法算出：

△t（j,k）=t(j,k)-t(j,k-1)

△t（j,k+1）=t(j,k+1)-t(j,k)

$\mathrm{\&delta;}(j,k)=\frac{\mathrm{\&Delta;t}(j,k)}{T}$

$\mathrm{\&delta;}(j,k+1)=\frac{\mathrm{\&Delta;t}(j,k+1)}{T}$

表1和表2中的数据，就是使用上面方法计算出的8个点位上的温度变化和温度梯度情况。

表1  8个点位上的温度变化，℃

表2  8个点位上的温度梯度

步骤2，依据步骤1中所列的高炉炉缸点位上的温度对炉缸进行分级评价，评价的结果分别为温度异常过高、温度异常过低、温度正常。评价依据如下方法进行：

如果满足条件1：

△t（j,k）＞b或者△t（j,k+1）＞b或者δ（j,k）＞d或者δ（j,k+1）＞d

则：温度异常过高。

如果满足条件2：

0≤△t（j,k）≤a 且 0≤△t（j,k+1）≤a

如果满足条件3：

0≤δ（j,k）≤c 且 0≤δ（j,k+1）≤c

如果只满足条件2或只满足条件3

则：温度异常过低。

其他情况，

则：温度正常。

其中a和b分别为温度差上限1和温度差上限2，c和d分别为温度梯度上限1和温度梯度上限2，a＞0，b＞0，c＞0，d＞0，a<b，c<d。

本例中，a=50，b=80，c=60，d=160，评价结果如表3所示。

表3  8个点位上的评价结果

步骤3，根据步骤2中的分级评价方法分别对8个点位温度情况的评价结果，得出8个点位中有2个点位出现温度异常过高，1个点位温度异常过低，其他5个点位温度正常。

假设高炉设计之初原冷却水的分配方式为均匀分配水量，那么每个炉缸点位上冷却水管流过的冷却水流量即为：

Q_j=Q/8=0.125Q,

其中Q为整个炉缸中的冷却水总量。

那么可以根据权值系数Σ_H、Σ_M和Σ_L来重新调整炉缸冷却水的流量分配，流量分配方法如下：

${\mathrm{\&Sigma;}}_H=\frac{2m}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

${\mathrm{\&Sigma;}}_L=\frac{0.5n}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

${\mathrm{\&Sigma;}}_M=\frac{2(\mathrm{iend}+1)-m-n}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

其中Σ_H、Σ _L分别为温度异常过高情况点位所对应的流量分配权值系数、温度异常过低情况点位所对应的流量分配权值系数，Σ_M是温度正常情况点位所对应的流量分配权值系数。本例中，m=2，n=1,i_end=3。计算结果为：

Σ_H=0.42

Σ_L=0.05

Σ_M=0.53

本例中，有2个点位出现温度异常过高，那么这2个点位中每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_H=Q*Σ_H/m=0.21Q，远远大于原来的0.125Q。

有1个点位出现温度异常过高，那么这个点位中每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_L=Q*Σ_L/n=0.05Q，远远小于原来的0.125Q。

剩余的每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_M=Q*Σ_M /[2(iend+1)-m-n]=0.106Q，基本上与原来的0.125Q相近。

通过以上3个步骤的计算和调整，完成了一个采样周期0.5小时内的动态调整炉缸内冷却水流量的目的，之后就可以每隔0.5小时，就对炉缸热电偶温度进行24小时循环计算、评价和调整，达到减少高炉冷却系统内冷却水的消耗，提高高炉冷却系统的冷却能力，预防高炉炉缸烧穿等事故的发生的目的。

Claims (4)

1.一种提高高炉炉缸冷却效率的方法，将高炉炉缸以360度圆周范围内划分为（i_end+1）个不同的对称方向纵切面区域，分别计算出高炉炉缸360度圆周范围内2*（i_end+1）个点位上炉缸温度变化和温度梯度；然后对炉缸进行分级评价：温度异常过高、温度异常过低、温度正常这三种情况；最后计算三种情况各自出现的次数，及其在所有点位中所占的权重，根据权重系数Σ_H、Σ_M和Σ _L来重新调整炉缸冷却水的流量分配，其中i=0，1,2，…i_end。

2.根据权利要求1所述一种提高高炉炉缸冷却效率的方法，其特征在于：划分的每个区域的范围，分别在2*（i_end+1）点位上安装热点偶，检测炉缸温度变化，假定采集温度的周期为T，在第k时刻，第j个点位上炉缸的温度为t（j,k），那么该点在第k+1时刻和第k-1时刻的温度分别为t（j,k+1）和t（j,k-1），据此通过下列公式计算出该点在不同时刻的温度的变化△t（j,k）、△t（j,k+1）和温度梯度δ（j,k）、δ（j,k+1）：

△t（j,k）=t(j,k)-t(j,k-1)

△t（j,k+1）=t(j,k+1)-t(j,k)

$\mathrm{\&delta;}(j,k)=\frac{\mathrm{\&Delta;t}(j,k)}{T}$

$\mathrm{\&delta;}(j,k+1)=\frac{\mathrm{\&Delta;t}(j,k+1)}{T}$

依此类推，分别计算出高炉炉缸360度圆周范围内2*（i_end+1）个点位上炉缸温度变化和温度梯度。

3.根据权利要求1所述一种提高高炉炉缸冷却效率的方法，其特征在于：所述的评价依据如下方法进行：

如果满足条件1：

△t（j,k）＞b或者△t（j,k+1）＞b或者δ（j,k）＞d或者δ（j,k+1）＞d

则：温度异常过高；

如果满足条件2：

0≤△t（j,k）≤a 且 0≤△t（j,k+1）≤a

则：温度异常过低；

如果满足条件3：

0≤δ（j,k）≤c 且 0≤δ（j,k+1）≤c

则：温度异常过低；

其他情况，

则：温度正常；

其中a和b分别为温度差上限1和温度差上限2，c和d分别为温度梯度上限1和温度梯度上限2，a<b，c<d。

4.根据权利要求1所述一种提高高炉炉缸冷却效率的方法，其特征在于：统计三种情况各自出现的次数，如果有m个点位出现温度异常过高，n个点位温度异常过低，则其他[2*（i_end+1）-m-n]个点位温度正常，假设高炉设计之初原冷却水的分配方式为均匀分配水量，那么每个炉缸点位上冷却水管流过的冷却水流量即为：

Q_j=Q/[2*（i_end+1）],

其中Q为整个炉缸中的冷却水总量，

那么可以根据权值系数ΣH、ΣM和Σ L来重新调整炉缸冷却水的流量分配，流量分配方法如下：

${\mathrm{\&Sigma;}}_H=\frac{2m}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

${\mathrm{\&Sigma;}}_L=\frac{0.5n}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

${\mathrm{\&Sigma;}}_M=\frac{2(\mathrm{iend}+1)-m-n}{2m+0.5n+2(\mathrm{iend}+1)-m-n}$

其中Σ_H、Σ_L分别为温度异常过高情况点位所对应的流量分配权值系数、温度异常过低情况点位所对应的流量分配权值系数，Σ_M是温度正常情况点位所对应的流量分配权值系数；

如果有m个点位出现温度异常过高，那么这m个点位中每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_H=Q*Σ_H/m,

如果有n个点位出现温度异常过低，那么这n个点位中每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_L=Q*Σ_L/n,

剩余的每个点位上水管的冷却水流量调整为：

Q_M=Q*Σ_M/[2(iend+1)-m-n]；

每隔一个采样周期，就可以不间断的对炉缸热电偶温度进行24小时循环计算、评价和调整。

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