CN104651557B - 一种高炉喷煤速率设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉喷煤速率设定方法，属于高炉炼铁技术领域。该方法基于铁水硅含量的预测值与目标值偏差，计算相应的综合焦比调整量，再结合原始煤比计算出新的煤比值，最终利用新煤比、当前铁水生成速率值计算出当前应设定的喷煤速率，并进行计算结果对比显示，给人工设定喷煤速率提供操作辅助。本发明所提供的一种高炉喷煤速率设定方法，能够快速地计算生产所需的喷煤速率，辅助操作者提高喷煤速率设定的及时性和准确性，有效避免误操作，并可通过高炉喷煤速率设定辅助系统实现自动控制。

Description

一种高炉喷煤速率设定方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，涉及一种高炉喷煤速率设定方法。

背景技术

冶炼过程中控制充足而稳定的炉温，是保证高炉稳定顺行的前提条件，过低或过高的炉温都会导致炉况不顺。在高炉实际操作中，因煤量调节动作快，调节灵活等优势，一般情况下调节炉温的手段以煤量调节为主。喷入高炉内的煤量由煤粉喷吹控制系统来控制，通常由操作人员在煤粉喷吹控制系统输入喷吹速率来实时进行喷煤量的调节。

高炉炉温的调整主要基于未来炉温的预测值，以达到“早动少动”的目的。高炉铁水硅含量(一般称为化学热)是炉内热状况的一个重要指标，一般建立铁水硅含量预测数学模型来对未来铁水硅含量进行预测，操作者根据铁水硅含量的预测值进行喷煤速率设定量调整。

人工在喷煤速率计算和设定过程中存在以下几个问题：

1).在线监控和计算所需的喷煤速率是一项繁重的任务，要时刻关注炉温的未来变化情况，再结合当前炉况运行数据，进行喷煤速率的计算，因而消耗操作者很大精力；

2).人工计算使得喷煤速率调整的及时性和准确性不高，还可能存在计算错误；另外，人工设定喷煤速率时也可能发生误操作；

3).不能实现喷煤速率的自动控制；

进行喷煤速率设定量计算，用来辅助人工设定，能有效弥补上述缺点。目前的专利、文献中尚无关于喷煤速率设定量计算的系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高炉喷煤速率设定方法，该方法能够快速地计算生产所需的喷煤速率，辅助操作者提高喷煤速率设定的及时性和准确性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高炉喷煤速率设定方法，该方法包括以下步骤：

S1：在高炉喷煤速率设定辅助系统界面设置铁水硅含量目标值Si_aim、高炉的工作炉容V、炉料平均压缩比P_ress、煤焦置换比K、时间参数h₀和h₁，其中，h₀为计算原始煤比值的间隔时间，h₁为计算当前铁水生成速率的间隔时间；进行数据收集，包括铁水硅含量预测值、每批料的信息数据、煤粉喷吹速率；

S2：通过计算下料速度和冶炼周期值进而计算理论铁水生成速率；

S3：利用铁水硅含量的目标值、铁水硅含量的预测值，计算综合焦比所需的调整量；

S4：计算原始煤比，结合综合焦比调整量和当前铁水生成速率计算应该设定的喷煤速率；

S5：输出结果，在高炉喷煤速率设定辅助系统界面显示结果。

进一步，所述S1中的时间参数h₀和h₁取值范围为，3.5h≤h₀≤4.5h，0.2h≤h₁≤1h。

进一步，所述S2通过计算下料速度、冶炼周期计算理论铁水生成速率，具体包括以下步骤：

1)计算下料速度；

通过以下公式计算最新连续m批料的平均料速，

V_burden＝m/Span_m+1；

其中，Span_m+1为最新连续m+1批料布入炉顶的结束时间跨度；

2)计算冶炼周期；

通过以下公式计算冶炼周期，

Melting_cycle＝n/V_burden；

其中，n为炉内料批数，V_burden为下料速度；

3)计算理论铁水生成速率；

通过以下公式计算理论铁水生成速率，

HM_rate＝avgHM_mass×V_burden；

其中，avgHM_mass为当前在风口区域的q批料的理论铁量平均值；一批料的理论铁量计算式为HM＝Mass_Fe/Perc_Fe，Mass_Fe为批料中Fe元素质量总和，Perc_Fe为理论的铁水中的Fe元素百分比。

进一步，所述炉内料批数n通过高炉工作容积V和炉料平均压缩比P_ress来确定，满足选取n的最大值，第i批料体积计算公式为V_i＝M_i/D_i，其中M_i和D_i分别为i批料的质量和密度。

进一步，所述综合焦比所需的调整量通过以下公式进行计算，

△F_R＝(Si_aim-Si_pred)×σ；

其中，σ为一个比例系数，代表预测Si值相对目标值的偏差量对应的综合焦比改变量，当目标值Si_aim大于预测值Si_pred时，调整量△F_R为正，增加综合焦比；当目标值Si_aim小于预测值Si_pred时，调整量△F_R为负，减小综合焦比。

进一步，所述S4具体包括以下步骤：

1)计算新煤比；

通过以下公式计算新煤比，

New_PCI_R＝Old_PCI_R+△F_R/K；

其中，Old_PCI_R为原煤比，K为煤焦置换比、△F_R为综合焦比调整量，选取当前时间为结束时间，由间隔时间h₀推算开始时间，计算这段时间的煤比的平均值为原煤比Old_PCI_R，煤比的计算公式为PCI_R＝Vel_PCI/HM_rate，Vel_PCI为实际喷煤速率；

2)计算当前铁水生成速率；

选取当前时间为结束时间，由间隔时间h₁推算开始时间，计算这段时间的铁水生成速率平均值New_HM_rate；

3)计算新的喷煤速率；

通过以下公式计算新的喷煤速率，

New_Vel_PCI＝New_PCI_R×New_HM_rate。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种高炉喷煤速率设定方法，能够在系统上快速地计算生产所需的喷煤速率，为高炉喷煤速率设定提供参考，当实际操作中设定量与计算的喷煤速率偏差较大时，能提醒操作者对当前设定了进行修改或核算；当实际操作中设定量与计算的喷煤速率一致时，表明设定量合适从而起到核算印证的作用；提高了喷煤速率设定的及时性、准确性，还可以避免误操作；通过高炉喷煤速率设定辅助系统实现自动控制。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为铁水含硅量预测值与实际值对比；

图3为喷煤速率设定量的计算值为人工设定提供警示作用；

图4为本发明所述方法在系统上的运行效果。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供的一种高炉喷煤速率设定方法，如图1所示，计算频率为5分钟，相关中间结果存入数据库，供求取其它参数，具体包括以下步骤：

S1：在高炉喷煤速率设定辅助系统界面设置铁水硅含量目标值Si_aim、高炉的工作炉容V、炉料平均压缩比P_ress、煤焦置换比K、时间参数h₀和h₁，其中，h₀为计算原始煤比值的间隔时间，h₁为计算当前铁水生成速率的间隔时间；在高炉过程控制系统的本地数据库(如Oracle数据库)中，采集喷煤速率计算需要的数据，包括铁水硅含量预测值、每批料的信息数据、煤粉喷吹速率；

所述每批料的信息数据包括布料结束时间、重量、品名、检化验成分；

时间参数h₀和h₁取值范围为，3.5h≤h₀≤4.5h，0.2h≤h₁≤1h。

如图2所示，铁水含硅量预测值(下方曲线)与实际值(“+”表示)对比，煤粉喷吹速率采样值Vel_PCI采样周期为5分钟的；每5分钟计算铁水硅含量的预测值，铁水硅含量预测的提前时间一般为3.5小时左右；

S2：通过计算下料速度、冶炼周期计算理论铁水生成速率，具体包括以下步骤：

1)计算下料速度；

通过以下公式计算最新连续m批料的平均料速，

V_burden＝m/Span_m+1；

其中，Span_m+1为最新连续m+1批料布入炉顶的结束时间跨度；

2)计算冶炼周期；

通过以下公式计算冶炼周期，

Melting_cycle＝n/V_burden；

其中，n为炉内料批数，V_burden为下料速度；

设最新装入高炉的料批为第1批，前一批入炉料批为第2批，以此类推。第i批料体积计算公式为V_i＝M_i/D_i，其中M_i和D_i分别为i批料的质量和密度；由高炉工作容积V和炉料平均压缩比P_ress确定高炉炉内料批数n，即寻找最大n，满足

3)计算理论铁水生成速率；

把上述冶炼周期的计算值看做批料从入炉到风口所经历的时间。以计算的冶炼周期推算当前在风口区域的q批料(一般选5批料左右)，计算q批料的理论铁量平均值avgHM_mass，其中一批料的理论铁量计算式为HM＝Mass_Fe/Perc_Fe，其中Mass_Fe为一批料的Fe元素质量总和，Perc_Fe为理论的铁水中的Fe元素百分比。

通过以下公式计算理论铁水生成速率，

HM_rate＝avgHM_mass×V_burden。

S3：利用铁水硅含量的目标值、铁水硅含量的预测值，计算综合焦比所需的调整量；

综合焦比是焦比和煤比的综合，即F_R＝C_R+PCI_R×K，其中C_R为焦比，PCI_R为煤比，K为煤焦置换比，意为喷吹1kg煤粉能替代多少kg焦炭。当预测的炉温与目标值相比较有差值时，通过调整综合焦比进行炉温调整，使其向目标炉温靠近。

调整量的计算为△F_R＝(Si_aim-Si_pred)×σ，其中σ为一个比例系数，代表预测Si值相对目标值的偏差量对应的综合焦比改变量，当目标值Si_aim大于预测值Si_pred时，调整量△F_R为正，增加综合焦比；当目标值Si_aim小于预测值Si_pred时，调整量△F_R为负，减小综合焦比。如铁水硅含量目标值Si_aim＝0.35％，铁水硅含量预测值Si_pred＝0.55％，σ＝40，则△F_R＝-8，表示综合焦比应减小8kg/t。

S4：计算原始煤比，结合综合焦比调整量和当前铁水生成速率计算应该设定的喷煤速率，具体包括以下步骤：

1)计算新煤比；

通过以下公式计算新煤比，

New_PCI_R＝Old_PCI_R+△F_R/K；

其中，Old_PCI_R为原煤比，K为煤焦置换比、△F_R为综合焦比调整量，选取当前时间为结束时间，由间隔时间h₀推算开始时间，3.5h≤h₀≤4.5h，计算这段时间的煤比的平均值为原煤比Old_PCI_R，煤比的计算公式为PCI_R＝Vel_PCI/HM_rate，Vel_PCI为实际喷煤速率；

2)计算当前铁水生成速率；

选取当前时间为结束时间，由间隔时间h₁推算开始时间，0.2h≤h₁≤1h，计算这段时间的铁水生成速率平均值New_HM_rate；

3)计算新的喷煤速率；

通过以下公式计算新的喷煤速率，

New_Vel_PCI＝New_PCI_R×New_HM_rate。

S5：输出结果，在高炉喷煤速率设定辅助系统界面显示结果。

对计算的喷煤速率设定值和实际操作设定值对比显示，如图3和图4所示，图3为喷煤速率设定量的计算值为人工设定提供警示作用，图中上方有两条喷煤速率设定值曲线，分别为计算值和实际人工操作值；下方曲线为硅含量的实际检测值，三条横线为辅助线；图中两个椭圆标注区域为建议的喷煤速率小于实际设定喷煤速率，根据实际检验的铁水硅含量值偏高来看，计算值优于实际操作值，能为实际操作提供警示帮助。图4为本发明所述方法在系统上的运行效果，图中上方有两条喷煤速率设定值曲线，分别为计算值和实际人工操作值，分颜色不同进行显示；下方曲线为硅含量的实际检测值，横线为辅助线。高炉喷煤速率设定方法辅助操作者进行喷煤速率设定；选择数据下发方式时，下发计算的喷煤速率设定值到喷煤喷吹控制系统，实现自动设定。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种高炉喷煤速率设定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：在高炉喷煤速率设定辅助系统界面设置铁水硅含量目标值Si_aim、高炉的工作炉容V、炉料平均压缩比P_ress、煤焦置换比K、时间参数h₀和h₁，其中，h₀为计算原始煤比值的间隔时间，h₁为计算当前铁水生成速率的间隔时间；进行数据收集，包括铁水硅含量预测值、每批料的信息数据、煤粉喷吹速率；

所述每批料的信息数据包括布料结束时间、重量、品名、检化验成分；

S2：通过计算下料速度和冶炼周期值进而计算理论铁水生成速率；

S3：利用铁水硅含量的目标值、铁水硅含量的预测值，计算综合焦比所需的调整量；

综合焦比是焦比和煤比的综合，即F_R＝C_R+PCI_R×K，其中C_R为焦比，PCI_R为煤比，K为煤焦置换比，意为喷吹1kg煤粉能替代多少kg焦炭；当预测的炉温与目标值相比较有差值时，通过调整综合焦比进行炉温调整，使其向目标炉温靠近；

调整量的计算为ΔF_R＝(Si_aim-Si_pred)×σ，其中σ为一个比例系数，代表预测Si值相对目标值的偏差量对应的综合焦比改变量，当目标值Si_aim大于预测值Si_pred时，调整量ΔF_R为正，增加综合焦比；当目标值Si_aim小于预测值Si_pred时，调整量ΔF_R为负，减小综合焦比；

S4：计算原始煤比，结合综合焦比调整量和当前铁水生成速率计算应该设定的喷煤速率；

具体包括以下步骤：

1)计算新煤比：

通过以下公式计算新煤比，

New_PCI_R＝Old_PCI_R+ΔF_R/K；

其中，Old_PCI_R为原煤比，K为煤焦置换比、ΔF_R为综合焦比调整量，选取当前时间为结束时间，由间隔时间h₀推算开始时间，计算这段时间的煤比的平均值为原煤比Old_PCI_R，煤比的计算公式为PCI_R＝Vel_PCI/HM_rate，Vel_PCI为实际喷煤速率；

2)计算当前铁水生成速率：

选取当前时间为结束时间，由间隔时间h₁推算开始时间，计算这段时间的铁水生成速率平均值New_HM_rate；

3)计算新的喷煤速率：

通过以下公式计算新的喷煤速率，

New_Vel_PCI＝New_PCI_R×New_HM_rate；

S5：输出结果，在高炉喷煤速率设定辅助系统界面显示结果。

2.根据权利要求1所述的一种高炉喷煤速率设定方法，其特征在于：所述S1中的时间参数h₀和h₁取值范围为，3.5h≤h₀≤4.5h，0.2h≤h₁≤1h。

3.根据权利要求1所述的一种高炉喷煤速率设定方法，其特征在于：所述S2通过计算下料速度和冶炼周期值进而计算理论铁水生成速率，具体包括以下步骤：

1)计算下料速度；

通过以下公式计算最新连续m批料的平均料速，

V_burden＝m/Span_m+1；

其中，Span_m+1为最新连续m+1批料布入炉顶的结束时间跨度；

2)计算冶炼周期；

通过以下公式计算冶炼周期，

Melting_cycle＝n/V_burden；

其中，n为炉内料批数，V_burden为下料速度；

3)计算理论铁水生成速率；

通过以下公式计算理论铁水生成速率，

HM_rate＝avgHM_mass×V_burden；

其中，avgHM_mass为当前在风口区域的q批料的理论铁量平均值；一批料的理论铁量计算式为HM＝Mass_Fe/Perc_Fe，Mass_Fe为批料中Fe元素质量总和，Perc_Fe为理论的铁水中的Fe元素百分比。

4.根据权利要求3所述的一种高炉喷煤速率设定方法，其特征在于：所述炉内料批数n通过高炉工作容积V和炉料平均压缩比P_ress来确定，满足选取n的最大值，第i批料体积计算公式为V_i＝M_i/D_i，其中M_i和D_i分别为i批料的质量和密度。