CN108048608A - 一种量化调节高炉边缘气流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高炉生产领域。一种量化调节高炉边缘气流的方法，利用模型计算结果与炉况参数之间关系分析高炉操作上存在的问题，优化布料模式，量化布料参数，指导高炉料制调剂，促进高炉生产。本发明基于高炉布料机理，计算出高炉各区域焦炭负荷指数、平台宽带等，结合生产实践得出了布料模型计算结果与高炉边缘气流的关系，提出一种量化调节边缘气流的方法。

Description

一种量化调节高炉边缘气流的方法

技术领域

本发明涉及高炉生产领域。

背景技术

高炉布料是高炉操作中一个重要操作制度，是高炉稳定、顺行、低耗、高效的关键环节。高炉的操作条件、原料条件、布料方式非常复杂，目前高炉布料制度的调整仍主要依靠经验，迫切需要开发一种可以量化调节高炉气流的方法。

控制高炉边缘气流是保证高炉稳定、顺行的关键，边缘气流不足易导致炉墙结厚、崩料滑尺，边缘气流过分发展易导致热负荷波动，管道，不利于高炉长寿。生产实践表明边缘气流受布料影响较大，可以通过调整装料制度将边缘气流控制在一定范围内。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何实现量化调节高炉边缘气流。

本发明所采用的技术方案是：一种量化调节高炉边缘气流的方法，按照如下步骤进行：

步骤一、以溜槽转点为原点，炉喉直径方向为x轴，高炉中心轴线方向为y轴，建立直角坐标系，第i圈矿石距y轴的距离用x_{落_i}表示，矿石第i圈在x轴方向厚度用f_{O_i}(x)表示，焦炭第i圈在x轴方向厚度用f_{C_i}(x)表示；矿石在x轴方向厚度用f_O(x)表示，1≤i≤M,M为矿石总圈数，M取值8～22，焦炭在x轴方向总厚度用f_C(x)表示，1≤j≤N,N为焦炭总圈数，N取值8～22；F_k是指将高炉从中心到边缘等距离分为10等份，第k段区域的焦炭负荷，1≤k≤10，其中，表示第k段区域矿石厚度的平均值，表示第k段区域焦炭厚度的平均值，ρ_矿表示矿石堆密度，ρ_焦表示焦炭堆密度；区域焦炭负荷指数R_k是指第k段焦炭负荷与全炉焦炭负荷的比值，m_矿表示矿石质量，m_焦表示焦炭质量；布料平台宽度L_平台取矿石最内环3圈落点距炉墙距离的平均值，R_炉喉为炉喉半径；

步骤二、建立布料模型结果与炉喉钢砖温度的关系，利用Minitab回归分析炉喉钢砖温度预测值T与布料平台宽度L_平台、焦炭负荷指数(R₈～R₁₀)的关系式：

T＝Minitab(L_平台^2,L_平台,R₈,R₉,R₁₀)＝a×L_平台^2+b×L_平台+c×R₈+d×R₉+e×R₁₀+f，其中a、b、c、d、e、f为回归后相对于平台宽度L_平台、焦炭负荷指数(R₈～R₁₀)的常数；Minitab回归方程式是通过把多次过去的工作过程测量到的数据利用Minitab回归分析获得的。

步骤三、调节高炉边缘气流，定义：边缘是指布料的第一圈到1/3布料总圈数内的布料矿石或者焦炭，中间是指布料的1/3布料总圈数到2/3布料总圈数内的布料矿石或者焦炭，中心是指布料的2/3布料总圈数到布料总圈数内的布料矿石或者焦炭，当调整后炉喉钢砖温度预测值偏低时，减小布料角度、增加边缘焦炭圈数或减少矿石边缘圈数，炉喉钢砖温度偏高时则反向调整，具体调整方法采用逐步试算比较法进行调整：

第一步、将当前料制下布料平台宽度前L_平台和当前焦炭负荷指数(前R₈～前R₁₀)利用Minitab回归关系式获得前炉喉钢砖温度预测值T₁；

第二步、增加边缘焦炭圈数或减少边缘矿石圈数1～2圈，获得新的料制下布料平台宽度后L_平台和新焦炭负荷指数(后R₈～后R₁₀)利用Minitab回归关系式获得调整后炉喉钢砖温度预测值T₂；若T₂-T₁与当前炉喉钢砖温度实际值之和处于炉喉钢砖温度设定范围，则采用新的料制，若T₂-T₁与当前炉喉钢砖温度实际值之和超出炉喉钢砖温度设定范围，则需重新调整料制；

第三步、重新调整料制过程中，满足角差控制：边缘档位角差≤中间档位角差≤中心档位角差；调整先后顺序：边缘布料角度>中间布料角度>中心布料角度，同时调整矿石布料角度先于焦炭布料角度；调整幅度：每次调整布料角度0.5～1°；第四步、按照上述规则逐步调整，得到新的炉喉钢砖温度预测值，用第二步判断是否需要再次调整，直至满足目标要求。

本发明的有益效果是：实现了对高炉边缘气流的量化调节。

具体实施方式

一、计算焦炭负荷指数和布料平台宽度

本文采用论文《大型高炉布料模型的研究与应用》(发表于《东北大学学报》(自然科学版)，2016年5月第37卷，第5期，作者：李壮年，柳政根，储满生，陈树文)所述方法建立高炉布料模型，计算不同装料参数下高炉炉料的落点和各圈炉料径向厚度。说明：炉料落点和各圈炉料径向厚度计算方法不限于该布料模型计算方法。

该布料模型输入项包括：溜槽转速、溜槽长度、炉喉半径，炉料(烧结、球团、焦炭、焦丁)质量m_炉料、炉料比例、自然堆角、堆密度ρ、平均粒度、摩擦系数，节流阀开度，料线，布料圈数和各圈溜槽设定。

输出项包括：炉料落点和各圈炉料径向厚度。以溜槽转点为原点，炉喉直径方向为x轴，高炉中心轴线方向为y轴，建立直角坐标系，第i圈矿石距y轴的距离用x_{落_i}表示，矿石第i圈在x轴方向厚度用f_{O_i}(x)表示，焦炭第i圈在x轴方向厚度用f_{C_i}(x)表示；

矿石在x轴方向厚度用f_O(x)表示，1≤i≤M,M为矿石总圈数，M取值8～22，焦炭在x轴方向总厚度用f_C(x)表示，1≤j≤N,N为焦炭总圈数，N取值8～22；

F_k是指将高炉从中心到边缘等距离分为10等份，第k段区域的焦炭负荷，1≤k≤10，其中，表示第k段区域矿石厚度的平均值，表示第k段区域焦炭厚度的平均值，ρ_矿表示矿石堆密度，ρ_焦表示焦炭堆密度；

区域焦炭负荷指数R_k是指第k段焦炭负荷与全炉焦炭负荷的比值，m_矿表示矿石质量，m_焦表示焦炭质量；

布料平台宽度L_平台取矿石最内环3圈落点距炉墙距离的平均值， R_炉喉为炉喉半径。

二、建立焦炭负荷指数和布料平台宽度与边缘气流的关系

1、建立布料参数与炉喉钢砖温度数据库

布料参数数据库采集每日高炉布料参数，包括：溜槽转速、溜槽长度、炉喉半径，炉料(烧结、球团、焦炭、焦丁)质量、炉料比例、自然堆角、堆密度、平均粒度、摩擦系数，节流阀开度，料线，布料圈数和各圈溜槽设定倾角。用布料模型计算每日焦炭负荷指数和布料平台宽度。

建立炉喉钢砖温度数据库，采集数据时，为了更真实的反映高炉运行情况，剔除休风、慢风、外围导致减风、护炉期间、原燃料明显变差时的数据。

2、建立布料模型结果与炉喉钢砖温度的关系

用炉喉钢砖温度表征高炉边缘气流强弱，利用Minitab回归分析，可以得出炉喉钢砖温度与布料平台宽度、边缘焦炭负荷指数的关系(本文中统计了太钢6#高炉2014年11月到2017年8月的数据)，得出如下关系式：

T＝151×L_平台^2-352×L_平台+85.8×R₈-58.7×R₉-54.3×R₁₀+282(1)

通过Minitab回归分析，预测值与实际值之间：S＝17.1753；R-Sq＝90.4％；R-Sq(调整)＝90.4％，两者显著相关。

三、调节高炉边缘气流举例

2017年9月6#高炉布料参数如下：

表1 6#高炉布料参数

布料矩阵参数设定如下：

表2调整前布料矩阵

由布料模型结果可得:L_平台＝1.456m、R₈＝1.456、R₉＝1.047、R₁₀＝0.743。

在该布料参数条件下炉喉钢砖温度为109℃，边缘气流偏弱，需要将炉喉钢砖温度调整至135～145℃，即增加26～36℃。

具体调整步骤如下：

步骤1：将计算结果带入至公式(1)，得出当前条件下炉喉钢砖温度模拟值为113℃；

步骤2：增加边缘第1档焦炭圈数1圈，同时减少第1档矿石圈数1圈，经布料模型计算得出：L_平台＝1.455m、R₈＝1.437、R₉＝0.989、R₁₀＝0.697，新的炉喉钢砖温度模拟值为117℃。预计调整料制后炉喉钢砖温度增长4℃，未达到目标炉喉钢砖温度范围，需继续调整；

步骤3：首先，调整边缘布料角度，将矿石角度第1、2档角度各减小1°，第3档角度减小0.5°，经布料模型计算得出：L_平台＝1.460m、R₈＝1.483、R₉＝0.991、R₁₀＝0.649，新的炉喉钢砖温度模拟值为124℃。预计调整料制后炉喉钢砖温度增长11℃，未达到目标炉喉钢砖温度范围，需继续调整；

其次，调整中间布料角度，将矿石第4档角度减小0.5°，经布料模型计算得出：L_平台＝1.484m、R₈＝1.520、R₉＝0.932、R₁₀＝0.634，新的炉喉钢砖温度模拟值为133℃。预计调整料制后炉喉钢砖温度增长21℃，未达到目标炉喉钢砖温度范围，需继续调整；

再次，继续调整中间布料角度，继续将矿石第3、4档角度减小0.5°，经布料模型计算得出：L_平台＝1.510m、R₈＝1.548、R₉＝0.907、R₁₀＝0.569，新的炉喉钢砖温度模拟值为143℃。预计调整料制后炉喉钢砖温度增长31℃，达到目标炉喉钢砖温度范围；调整后的布料矩阵如下：

表3调整后布料矩阵

通过上述方法调整高炉装料制度，可以实现炉喉钢砖温度的定量控制，进而实现对高炉边缘气流的量化调节。

Claims (1)

1.一种量化调节高炉边缘气流的方法，其特征在于：按照如下步骤进行：

步骤一、以溜槽转点为原点，炉喉直径方向为x轴，高炉中心轴线方向为y轴，建立直角坐标系，第i圈矿石距y轴的距离用x_{落_i}表示，矿石第i圈在x轴方向厚度用f_{O_i}(x)表示，焦炭第i圈在x轴方向厚度用f_{C_i}(x)表示；矿石在x轴方向厚度用f_O(x)表示，1≤i≤M,M为矿石总圈数，M取值8～22，焦炭在x轴方向总厚度用f_C(x)表示，1≤j≤N,N为焦炭总圈数，N取值8～22；F_k是指将高炉从中心到边缘等距离分为10等份，第k段区域的焦炭负荷，1≤k≤10，其中，表示第k段区域矿石厚度的平均值，表示第k段区域焦炭厚度的平均值，ρ_矿表示矿石堆密度，ρ_焦表示焦炭堆密度；区域焦炭负荷指数R_k是指第k段焦炭负荷与全炉焦炭负荷的比值，m_矿表示矿石质量，m_焦表示焦炭质量；布料平台宽度L_平台取矿石最内环3圈落点距炉墙距离的平均值，R_炉喉为炉喉半径；

步骤二、建立布料模型结果与炉喉钢砖温度的关系，利用Minitab回归分析炉喉钢砖温度预测值T与布料平台宽度L_平台、焦炭负荷指数(R₈～R₁₀)的关系式：T＝Minitab(L_平台^2,L_平台,R₈,R₉,R₁₀)＝a×L_平台^2+b×L_平台+c×R₈+d×R₉+e×R₁₀+f，其中a、b、c、d、e、f为回归后相对于平台宽度L_平台、焦炭负荷指数(R₈～R₁₀)的常数；

步骤三、调节高炉边缘气流，定义：边缘是指布料的第一圈到1/3布料总圈数内的布料矿石或者焦炭，中间是指布料的1/3布料总圈数到2/3布料总圈数内的布料矿石或者焦炭，中心是指布料的2/3布料总圈数到布料总圈数内的布料矿石或者焦炭。当调整后炉喉钢砖温度预测值偏低时，减小布料角度、增加边缘焦炭圈数或减少矿石边缘圈数，炉喉钢砖温度偏高时则反向调整，具体调整方法采用逐步试算比较法进行调整：

第一步、将当前料制下布料平台宽度前L_平台和当前焦炭负荷指数(前R₈～前R₁₀)利用Minitab回归关系式获得当前炉喉钢砖温度预测值T₁；

第二步、增加边缘焦炭圈数或减少边缘矿石圈数1～2圈，获得新的料制下布料平台宽度后L_平台和新焦炭负荷指数(后R₈～后R₁₀)利用Minitab回归关系式获得调整后炉喉钢砖温度预测值T₂；若T₂-T₁与当前炉喉钢砖温度实际值之和处于炉喉钢砖温度设定范围，则采用新的料制，若T₂-T₁与当前炉喉钢砖温度实际值之和超出炉喉钢砖温度设定范围，则需重新调整料制；

第三步、重新调整料制过程中，满足角差控制：边缘档位角差≤中间档位角差≤中心档位角差；调整先后顺序：边缘布料角度>中间布料角度>中心布料角度，同时调整矿石布料角度先于焦炭布料角度；调整幅度：每次调整布料角度0.5～1°；第四步、按照上述规则逐步调整，得到新的炉喉钢砖温度预测值，用第二步判断是否需要再次调整，直至满足目标要求。