CN107177713A - 基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法，属于转炉炼钢煤气回收技术领域。工艺步骤为：收集复吹转炉设备参数、工艺参数、原辅料参数建立多参数耦合数据库，利用流体力学软件模拟建立多参数耦合复吹下的熔池动态特征指数集，构建实测熔池脱碳速率与熔池动态特征指数集的匹配关系数学模型，基于此采用计算机编程预测熔池脱碳速率动态变化，根据脱碳速率计算烟气瞬时发生量，进而联动匹配煤气回收系统的风机转速，使得转炉烟气空气燃烧系数趋近零，提高转炉吨钢煤气的回收量和热值。优点在于，可实现转炉高品质煤气回收及环保化生产工程应用。

Description

基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢煤气回收技术领域，特别涉及一种基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法，通过对转炉设备工艺参数下的熔池脱碳速率的在线预测，估算转炉吹炼全过程的瞬时烟气发生量、烟气量变化规律，结合烟气管道长度、烟气流速及阻力等因素导致的转炉炉口压力变化的滞后现象，并指导风机转速调节抽风量，使得转炉炉口处始终处于合理的微正压控制精度，防止炉口大量吸入空气或抽力不足导致的烟气外溢，确保烟道内烟气空气燃烧系数趋近零，提高煤气的回收量和热值。
背景技术
复吹转炉炼钢过程与煤气回收是相互协同的高温多相的冶金过程。受熔池运动、元素浓度的影响脱碳速率呈现“低-高-低”的非线性变化特点，低脱碳速率期的过剩氧气、抽入空气与炉气中CO反应降低了煤气回收量和热值。现有技术对转炉熔池碳含量的预报多为静态模型或终点预报，以炉口安装压差计实现转炉空气抽入量的控制。在正常生产条件下，很多转炉烟道风机转速多为恒速并未与熔池脱碳速率和烟气发生量动态匹配，难以实现煤气回收量和热值的提高。
中国专利《一种转炉煤气回收的方法》(申请号02154179.5)公开了一种转炉煤气回收的方法，其解决采取引风机恒速或炉口采用微负压控制的方式使烟气燃烧过剩系数α未得到有效控制，使煤气中的CO气体燃烧后体积成倍增大、烟尘氧化后粒度细微较难净化，所回收的煤气单位发热值低，回收量少等问题。技术措施为：当开始对转炉进行吹氧冶炼时，首先将裙罩与转炉炉口进行密闭接触，并同时控制风机转速在额定转速的78～82％范围内运行，在此转速下运行1.5～2.5分钟；然后提升风机转速到额定值，即到达最大转速:在转炉吹氧结束前1.5～2.5分钟时，降低风机转速到额定转速的78～82％范围内运行，同时将裙罩提升到最高点；吹氧结束后，进一步降低风机转速到额定转速的58～62％内运行。
中国专利《一种连续预测转炉熔池碳含量的方法》(申请号2009100106 72.X)公开了一种连续预测转炉熔池碳含量的方法，主要包括数据采集、原料控制、操作控制、工艺过程；数据采集中利用炉气流量计对炉气流量进行检测，所有检测信息通过数据通讯系统传输至计算机，经以下两个数学模型w(C)＝0.1×(∑Cori-∑Cde)/Wm(1)，进行分析计算；原料控制中，废钢比为8％～13％，轻型废钢与重型废钢的重量百分比控制在14～70％；操作控制中，在吹炼结束前的2～3分钟内保持固定枪位、固定烟罩；工艺过程中，当吹氧量占总吹氧量的比值小于或等于75％时，熔池中碳含量满足公式(1)，当吹氧量占总吹氧量的比值大于75％时，熔池中碳含量满足公式(2)。本发明通过数学模型与工艺控制过程相结合，实现连续预测转炉熔池碳含量的目的。
中国专利《一种转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法》(申请号201310399078.0)公开了一种基于炉气分析技术的动态控制模型，可实时得到熔池中高碳环境下快速脱碳期碳含量的信息，可做到高碳钢吹炼一次拉碳90％以上的命中率，大幅度地降低补吹率。
以上转炉熔池碳含量预测及煤气回收的技术特征均未实现烟道风机抽风量与炉内反应同步联动，尤其是其熔池碳含量的预测是基于炉气参数而前推，属于因果错位。本发明旨在提出一种基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法，提高煤气回收的量和热值。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法，在转炉正常吹炼过程中，采集吹炼参数与实测数据，建立熔池运动特征与脱碳速率、烟气发生量的关系，结合烟道系统及风机调节特性联动匹配，在冶炼全程精准控制转炉炉口微正压，减少转炉炉口空气抽入量，降低烟气空气燃烧系数，提高煤气回收量和热值。
本发明的工艺步骤如下：
(1)收集复吹转炉设备参数、工艺参数、原辅料参数建立多参数耦合数据库A；
(2)利用流体模拟软件模拟建立多参数耦合数据库A内不同参数耦合吹炼时的熔池动态特征指数B，形成熔池动态特征指数集C；
(3)对上述不同熔池动态特征指数B的吹炼时段的熔池碳含量D进行测定，并计算得到熔池脱碳速率E；
(4)构建熔池脱碳速率E与“熔池碳含量D-熔池动态特征指数B”的匹配关系数学模型F；
(5)基于匹配关系数学模型F，采用计算机编程G预测熔池脱碳速率H动态变化；
(6)根据预测的动态变化的脱碳速率H计算烟气瞬时发生量I及全程烟气变化规律J；
(7)进而煤气回收系统的风机转速K联动匹配全程烟气变化规律J，以转炉吹炼全过程烟气空气燃烧系数趋近零为目标进行实时控制。
所述的多参数耦合操作数据库A，其包含的设备参数为转炉不同炉役阶段的熔池三维结构，氧枪枪头尺寸、马赫数、孔数，底吹枪位置；工艺参数为冶炼过程中同一时间段内对应的氧枪压力、流量、枪位，底枪的布置位置与流量；原辅料参数为转炉加入的铁水质量与成分、生铁质量与成分、废钢质量与成分，加入的煅烧石灰、石灰石、轻烧白云石、生白云石、化渣剂、铝矾土、矿石造渣料的量及成分。
所述的熔池动态特征指数集C，由熔池动态特征指数B组成，指在转炉多参数耦合复吹下的熔池所体现的动态特征情况，熔池特征指数B应该为一个无量纲值，与熔池的湍动能、平均流速、钢渣界面面积、冲击凹坑、冲击面积等参数有关。
所述的熔池脱碳速率E，是基于熔池动态特征指数B和对应的熔池碳含量D(波动范围为0.01％～0.50％)条件下通过实测数据计算得到，为匹配关系数学模型F提供基础数据，当匹配关系数学模型F预测准确率达到80％以上时可以减少实测次数。
所述的匹配关系数学模型F，指通过实测与模拟方法建立熔池脱碳速率与熔池动态特征指数之间的数学关系，通过多参数耦合数据实现对脱碳速率的预测，并在实际工业应用过程中抽检熔池成分对预测精度进行优化修正。
所述的计算机编程G，是将熔池脱碳速率E与熔池动态特征指数B的匹配关系数学模型F用计算机实现自动化，功能包含转炉设备工艺参数自动采集模块、多参数耦合数据库模块、熔池动态指数集模块、数学模型分析模块、熔池碳含量/脱碳速率预测模块、瞬时烟气计算模块、煤气回收信息模块；
所述的熔池脱碳速率H，是指通过匹配关系数学模型F预测得到的数值，与实测碳含量计算得到的熔池脱碳速率E不同；
所述的全程烟气变化规律J，是由预测的熔池脱碳速率H计算得到多个烟气瞬时发生量I数值组成，通过瞬时脱碳速率H的预测值计算理论烟气量I，并基于该专利方法的实际工业应用情况进行修正；
所述的风机转速K，结合转炉炉口须保持微正压的控制精度、烟道管路中煤气流动速度、阻力损失以及因烟道管路长度造成的滞后现象，通过控制转炉烟道的风机转速K实现抽风量的无级调节，使转炉吹炼全过程炉口处因风机转动引发的抽风量与计算转炉炉内的烟气瞬时发生量I相同或接近。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
对120吨复吹转炉设备参数、工艺操作参数、原辅料参数进行采集编入IndustrialSQL语言(编程语言不限)编写的多参数耦合数据库，并对整个炉役期内每个抽检炉次吹炼0min，3min，5min，9min，终点的五个熔池碳含量进行取样检测并编入多参数耦合数据库。用激光炉衬测厚系统对转炉熔池在炉役前期1～3000炉、中期3001～6000炉、后期6001～炉役完毕的熔池炉衬进行测量，得到三个时期炉衬平均尺寸(可以分更多阶段)，采用FLUENT流体模拟软件对不同时期炉衬进行三维建模并对不同顶底参数耦合喷吹及熔池三维结构下的熔池运动状态，经统计分析得到不同顶底耦合复吹下的熔池运动特征指数集，建立数学模型将熔池运动特征指数集各指数与实测熔池碳含量/脱碳速率匹配。
转炉吹炼时，将烟罩降低到最低处，根据入炉原辅料参数、采用的工艺参数，在关联数据库中根据实际采集的不同顶底耦合喷吹参数配对熔池运动特征指数，根据计算机编程的数学模型计算得到瞬时脱碳速率，运用冶金原理计算得到对应的瞬时烟气发生量，将转炉煤气回收烟道风机的转速调频信号与计算的烟气瞬时发生量匹配，保持转炉吹炼全过程炉口微正压操作。
在实际应用中通过不断优化数据库、数学模型等提高风机匹配精确度，实现最大化高煤气回收量和热值。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (9)

1.一种基于复吹转炉熔池特征的烟道风机联动煤气回收方法，其特征在于，工艺步骤为：
(1)收集复吹转炉设备参数、工艺参数、原辅料参数建立多参数耦合数据库A；
(2)利用流体模拟软件模拟建立多参数耦合数据库A内不同参数耦合吹炼时的熔池动态特征指数B，形成熔池动态特征指数集C；
(3)对上述不同熔池动态特征指数B的吹炼时段的熔池碳含量D进行测定，并计算得到熔池脱碳速率E；
(4)构建熔池脱碳速率E与“熔池碳含量D-熔池动态特征指数B”的匹配关系数学模型F；
(5)基于匹配关系数学模型F，采用计算机编程G预测熔池脱碳速率H动态变化；
(6)根据预测的动态变化的脱碳速率H计算烟气瞬时发生量I及全程烟气变化规律J；
(7)进而煤气回收系统的风机转速K联动匹配全程烟气变化规律J，以转炉吹炼全过程烟气空气燃烧系数趋近零为目标进行实时控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多参数耦合操作数据库A包含的设备参数为转炉不同炉役阶段的熔池三维结构，氧枪枪头尺寸、马赫数、孔数，底吹枪位置；工艺参数为冶炼过程中同一时间段内对应的氧枪压力、流量、枪位，底枪的布置位置与流量；原辅料参数为转炉加入的铁水质量与成分、生铁质量与成分、废钢质量与成分，加入的煅烧石灰、石灰石、轻烧白云石、生白云石、化渣剂、铝矾土、矿石造渣料的量及成分。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的熔池动态特征指数集C，由熔池动态特征指数B组成，指在转炉多参数耦合复吹下的熔池所体现的动态特征情况。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的熔池脱碳速率E，是基于熔池动态特征指数B和对应的熔池碳含量D，波动范围为0.01％～0.50％，条件下通过实测数据计算得到，为匹配关系数学模型F提供基础数据，当匹配关系数学模型F预测准确率达到80％以上时减少实测次数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的匹配关系数学模型F，指通过实测与模拟方法建立熔池脱碳速率与熔池动态特征指数之间的数学关系，通过多参数耦合数据实现对脱碳速率的预测，并在实际工业应用过程中抽检熔池成分对预测精度进行优化修正。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的计算机编程G，是将熔池脱碳速率E与熔池动态特征指数B的匹配关系数学模型F用计算机实现自动化，功能包含转炉设备工艺参数自动采集模块、多参数耦合数据库模块、熔池动态指数集模块、数学模型分析模块、熔池碳含量/脱碳速率预测模块、瞬时烟气计算模块、煤气回收信息模块。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的熔池脱碳速率H，是指通过匹配关系数学模型F预测得到的数值，与实测碳含量计算得到的熔池脱碳速率E不同。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的全程烟气变化规律J，是由预测的熔池脱碳速率H计算得到多个烟气瞬时发生量I数值组成，通过瞬时脱碳速率H的预测值计算理论烟气量I，并基于该专利方法的实际工业应用情况进行修正。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的风机转速K，结合转炉炉口须保持微正压的控制精度、烟道管路中煤气流动速度、阻力损失以及因烟道管路长度造成的滞后现象，通过控制转炉烟道的风机转速K实现抽风量的无级调节，使转炉吹炼全过程炉口处因风机转动引发的抽风量与计算转炉炉内的烟气瞬时发生量I相同或接近。
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