CN108396084A - 一种高炉生产过程中鼓风动能的计算方法 - Google Patents

一种高炉生产过程中鼓风动能的计算方法 Download PDF

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CN108396084A CN201710064833.8A CN201710064833A CN108396084A CN 108396084 A CN108396084 A CN 108396084A CN 201710064833 A CN201710064833 A CN 201710064833A CN 108396084 A CN108396084 A CN 108396084A
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张立国
李晓伟
张伟
王再义
任伟
邓伟
王亮
韩子文
李金莲
姜喆
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/006—Automatically controlling the process

Abstract

本发明提供一种高炉生产过程中鼓风动能的计算方法，根据不同炉容的高炉日常生产过程中的可控制操作参数，包括系数、高炉鼓风量GFL、鼓风中富氧量FYL为、鼓风中湿分GFSF、热风温度RFWD、鼓风压力GFYL、工作风口个数FKGS、氮气密度k1、氧气密度k2、重力加速度k3、水蒸气密度、摄氏零度时的开尔文温度k5、标态下大气压k6，计算出高炉生产过程中的实时鼓风动能。本发明能够实现高炉生产中的在线和实时控制合理的鼓风动能，达到从炉缸内部合理煤气流的形成和控制角度出发，进行合理的日常高炉生产操作，确保高炉的长寿和生产的低耗、稳定及顺行。

Description

一种高炉生产过程中鼓风动能的计算方法
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，特别涉及一种依据高炉不同操作参数条件，计算高炉生产中适宜的鼓风动能的方法。
背景技术
现代化钢铁联合企业对生产的持续、稳定性要求极高，而高炉炼铁则是现代钢铁企业生产的咽喉，其中高炉的安全、稳定、顺行对整个钢铁生产的物流平衡具有极为重要的意义。高炉的良好操作在于炉内初始煤气流的形成以及二、三次煤气流的合理分布，而对于煤气流的产生和合理分布，则主要取决于生产中适宜的鼓风动能。因此，合理控制和调节鼓风动能，是保证高炉稳定顺行的根本性措施之一，寻求生产中适宜的鼓风动能控制经验和方法，将对高炉日常的冶炼具有重要指导意义。
高炉正常生产中需要遵循三个规律：1)炉况稳定顺行；2)煤气流分布合理；3)炉缸工作状态活跃。三者之中，煤气流分布是核心，尤其是炉缸初始煤气流的分布，它不仅决定了炉缸的工作状态，同时也主导了高炉上部软熔带和块状带内的二次和三次煤气流分布，可以说，合理的初始煤气流分布，是保证高炉稳定顺行的基础。高炉煤气流的初始分布，主要取决于燃烧带，而决定燃烧带大小和形状的是高炉鼓风动能。尤其是对于大型高炉，炉缸直径长度都超过10m，不容易吹透中心，所以一定要控制足够的鼓风动能，以确保中心煤气流的稳定和中心死焦柱的活性，防止炉缸堆积，确保高炉稳定、顺行和长寿。但由于受到炉体设计、炉容差异、入炉原燃料条件以及操作习惯不同等因素的影响，不同的高炉在日常生产过程中，为了维持炉况的稳定顺行，对于鼓风动能的要求是存有差异的，而寻求适合企业自身高炉生产中适宜的鼓风动能，仍然是目前困扰炼铁企业生产的一个难题之一。
虽然国内外对此关注较多，也有大量的相关人员开展研究与生产摸索，并有大量文献研究记录了相关研究成果，但由于高炉为黑箱操作，出于对于炼铁工艺的理解不同，仍然未能够针对鼓风动能形成统一意见，依据现有生产条件来确定适合的鼓风动能，依然是横亘在冶炼工作者面前的亟待解决的问题。对与高炉其它操作指标，如喷煤比、入炉焦比、料批质量以及风温、风压等操作参数是可以进行人为预判与调节的。
鼓风动能是一种数学算法下多因素共同作用指标，影响因素众多，要在生产中人为进行控制和在线调节，来达到高炉稳定操作是极为困难的。作为一项高炉重要的操作指标，多方人员都开展了相应研究，但由于影响因素和人为理解不同，目前大多仅停留在进行简单的数学关系描述上，如中国专利“操作高炉的方法”(CN87105969)、“高炉操作炉型维护方法”(CN102925602A)等，均是涉及高炉如何合理操作的技术，通过对生产中高炉的入炉原燃料条件、风量、富氧、风温以及冷却制度等操作参数的调节，营造出不同高炉适宜的操作环境，从而获得良好高炉操作指标。但此类方法未能够提及如何控制鼓风动能，仅仅是采用对高炉操作参数调节和生产经验方法来进行控制，仍未对生产中高炉的鼓风动能进行提及和合理确定，从而建立适宜的煤气流分布，从高炉内部进行炉体合理冶炼问题的解决。而台湾专利“高炉内气体流分布安定化之高炉操作法”(TW307796)，中国专利“基于平衡点的稳定高炉操作的方法”(CN1594601)、“一种定量评价风口回旋区活跃性的方法”(CN102758039A)、“一种确定高炉内煤气流速的方法”(CN104316719A)等，虽然据报道已成功应用于不同公司的高炉操作，并通过对高炉生产过程中的下部如风量、风压、风口面积等进行人为干涉控制，达到炉缸活跃、初始煤气流分布合理以及风口回旋区深度适宜等目的。但在现实中还是存在如对煤气流影响因素统计过少和过于单一，尚未给出最基本高炉需要确定鼓风动能的方法。目前，也有通过对鼓风系统的控制来实现调节高炉鼓风量和达到活跃炉缸的方法和技术，如中国专利“高炉鼓风富氧节能工艺及装置”(CN102776304A)、“高炉鼓风机在线能效分析方法及分析仪”(CN102534076A)、“高炉鼓风系统能效分析方法”(CN102559969A)、“一种高炉富氧热风鼓风工艺及其应用的装置”(CN102010919A)等，此类技术仅仅是从高炉鼓风系统和风量的角度出发，通过对鼓风系统的优化设计及效能分析，来实现合理的高炉冶炼用风量，但仍未涉及如何确定生产中鼓风动能的问题。“高喷煤时高炉鼓风动能的探讨”(《湖南冶金》，2006年，34卷，3期，21)、“鼓风动能对高炉冶炼的影响及控制”(《炼铁》，2005年，24卷，4期，6)、“控制适宜的鼓风动能保证高炉稳产高产”(《安徽工业大学学报》，2003年，20卷，4期，235)等)文献中论述了鼓风动能的数学概念，也从不同角度分析了鼓风动能对高炉初始煤气流分布的影响，但是此类文献，大多是针对某一固定高炉，采用简单数学方法计算，仍未能实现生产中不同炉容高炉适宜的鼓风动能的确定方法，因而亦未能实现重大技术突破。
故在此想法基础上，本发明依据不同高炉生产过程中的可调节操作参数，提出一种高炉生产中适宜鼓风动能的计算方法，实现了生产过程中的在线实时控制合理鼓风动能，合理进行日常高炉生产操作。
发明内容
本发明提出一种高炉生产中鼓风动能的计算方法，其目的是实现高炉生产中在线实时控制鼓风动能，合理进行操作生产，从而确保高炉的长寿和生产的低耗、稳定及顺行。
为此，本发明所采取的技术解决方案是：
一种高炉生产过程中鼓风动能的计算方法，根据不同炉容的高炉日常生产过程中的可控制操作参数，其鼓风动能计算公式为：
式中：α为系数；GFL为高炉鼓风量，m3/min；FYL为鼓风中富氧量，m3/h；GFSF为鼓风中湿分，g/m3；RFWD为热风温度，℃；GFYL为鼓风压力，kPa；FKGS为工作风口个数，个；k1为氮气密度，数值0.25～1.30kg/m3；k2为氧气密度，数值0.30～1.60kg/m3；k3为重力加速度数值9.81m/s2；k4为水蒸气密度，数值200.00～1400.00g/m3；k5为摄氏零度时的开尔文温度，数值273.00K；k6为标态下大气压，数值101.30kPa。
系数α依据高炉有效炉容差异进行取值：有效炉容1000m3以下，α取值范围为0.90～0.85；有效炉容1000～2000m3，α取值范围为0.85～0.80；有效炉容＞2000m3～3500m3；α取值范围为0.75～0.80；有效炉容3500m3以上，α取值范围为0.70～0.75。
本发明的有益效果为：
本发明能够实现高炉生产中的在线和实时控制合理的鼓风动能，达到从炉缸内部合理煤气流的形成和控制角度出发，进行合理的日常高炉生产操作，确保高炉的长寿和生产的低耗、稳定及顺行。
具体实施方式
实施例1：
高炉有效炉容450m3。
高炉原始生产过程操作参数：
高炉原始生产过程操作参数以及鼓风动能计算结果见表1。
表1高炉原始操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数优化调整：
通过对高炉原生产过程中的鼓风动能分析，初始操作条件下的鼓风动能为54200J/s，鼓风动能偏小，行业内同体积高炉鼓风动能标准都维持在56000J/s以上，因此，应增加鼓风动能，并对相关操作参数调整。调整后的高炉操作参数以及鼓风动能计算结果见表2。
表2优化后高炉操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数 数值 操作参数 数值
系数α 0.88 鼓入热风温度，℃ 1068
高炉鼓入风量m3/min 1318 鼓风压力，kpa 165
鼓入热风中富氧量，m3/h 3425 工作风口个数，个 14
鼓入热风中湿分，g/m3 19 鼓风动能，J/s 58170
高炉使用效果：高炉冶炼效果对比见表3。
表3高炉冶炼效果对比
实施例1按照本发明方法进行有效炉容450m3高炉鼓风动能计算，可以准确了解高炉操作中的鼓风动能，判断生产中的鼓风动能是否适宜，从而通过现实生产中的在线和时时优化操作参数，实现高炉炉缸内部煤气流合理形成与分布，改进高炉顺行状态，达到增加日产量150t，降低燃烧消耗5kg/t，降低生铁冶炼成本10元以上的良好效果。
实施例2：
高炉有效炉容1280m3。
高炉原始生产过程操作参数：高炉原始生产过程操作参数以及鼓风动能计算结果见表4。
表4原始高炉操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数优化调整：
通过对高炉原生产过程中的鼓风动能分析，初始操作条件下的鼓风动能为68750J/s，鼓风动能偏小，行业内同体积高炉鼓风动能标准都维持在70000J/s以上，因此，应增加鼓风动能，并对相关操作参数调整，调整后的高炉操作参数以及鼓风动能计算结果见表5。
表5优化后高炉操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数 数值 操作参数 数值
系数α 0.88 鼓入热风温度，℃ 1100
高炉鼓入风量m3/min 2318 鼓风压力，kpa 218
鼓入热风中富氧量，m3/h 5660 工作风口个数，个 20
鼓入热风中湿分，g/m3 19 鼓风动能，J/s 70320
高炉使用效果：高炉冶炼效果对比见表6。
表6高炉冶炼效果对比
实施例2按照本发明方法进行有效炉容1280m3高炉鼓风动能计算，可以准确了解高炉操作中的鼓风动能，判断生产中的鼓风动能是否适宜，从而通过现实生产中的在线和时时优化操作参数，实现高炉炉缸内部煤气流合理形成与分布，改进高炉顺行状态，达到增加日产量160t，降低燃烧消耗6kg/t，降低生铁冶炼成本4元以上的良好效果。
实施例3：
高炉有效炉容2580m3。
高炉原始生产过程操作参数：高炉原始生产过程操作参数以及鼓风动能计算结果见表7。
表7原始高炉操作参数和鼓风动能计算结果
优化操作参数调整：
通过对高炉原生产过程中的鼓风动能分析，初始操作条件下的鼓风动能为82170J/s，鼓风动能偏小，行业内同体积高炉鼓风动能标准都维持在83000J/s以上，因此，应增加鼓风动能，并对相关操作参数调整，调整后的高炉操作参数以及鼓风动能计算结果见表8。
表8优化后高炉操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数 数值 操作参数 数值
系数α 0.79 鼓入热风温度，℃ 1160
高炉鼓入风量m3/min 4320 鼓风压力，kpa 315
鼓入热风中富氧量，m3/h 14800 工作风口个数，个 28
鼓入热风中湿分，g/m3 19 鼓风动能，J/s 83450
高炉使用效果：高炉冶炼效果对比见表9。
表9高炉冶炼效果对比
实施例3按照本发明方法进行有效炉容2580m3高炉鼓风动能计算，可以准确了解高炉操作中的鼓风动能，判断生产中的鼓风动能是否适宜，从而通过现实生产中的在线和时时优化操作参数，实现高炉炉缸内部煤气流合理形成与分布，改进高炉顺行状态，达到增加日产量90t，降低燃烧消耗6kg/t，降低生铁冶炼成本15元以上的良好效果。
实施例4：
高炉有效炉容3200m3。
高炉原始生产过程操作参数：高炉原始生产过程操作参数以及鼓风动能计算结果见表10。
表10原始高炉操作参数和鼓风动能计算结果
优化操作参数调整：
通过对高炉原生产过程中的鼓风动能分析，初始操作条件下的鼓风动能为118900J/s，鼓风动能偏大，行业内同体积高炉鼓风动能标准都维持在110000J/s以下，因此，应减少鼓风动能，并对相关操作参数调整，调整后的高炉操作参数以及鼓风动能计算结果见表11。
表11优化后高炉操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数 数值 操作参数 数值
系数α 0.76 鼓入热风温度，℃ 1020
高炉鼓入风量m3/min 5350 鼓风压力，kpa 365
鼓入热风中富氧量，m3/h 17500 工作风口个数，个 32
鼓入热风中湿分，g/m3 19 鼓风动能，J/s 110000
高炉使用效果：高炉冶炼效果对比见表12。
表12高炉冶炼效果对比
实施例4按照本发明方法进行有效炉容3200m3高炉鼓风动能计算，可以准确了解高炉操作中的鼓风动能，判断生产中的鼓风动能是否适宜，从而通过现实生产中的在线和时时优化操作参数，实现高炉炉缸内部煤气流合理形成与分布，改进高炉顺行状态，达到增加日产量64t，降低燃烧消耗5kg/t，降低生铁冶炼成本4元以上的良好效果。
实施例5：
高炉有效炉容4038m3。
高炉原始生产过程操作参数：高炉原始生产过程操作参数以及鼓风动能计算结果见表13。
表13原始高炉操作参数和鼓风动能计算结果
优化操作参数调整：
通过对高炉原生产过程中的鼓风动能分析，初始操作条件下的鼓风动能为124500J/s，鼓风动能偏大，行业内同体积高炉鼓风动能标准都维持在120000J/s以下，因此，减少鼓风动能，并对相关操作参数调整，调整后的高炉操作参数以及鼓风动能计算结果见表14。
表14优化后高炉操作参数和鼓风动能计算结果
操作参数 数值 操作参数 数值
系数α 0.74 鼓入热风温度，℃ 1220
高炉鼓入风量m3/min 5804 鼓风压力，kpa 405
鼓入热风中富氧量，m3/h 18500 工作风口个数，个 36
鼓入热风中湿分，g/m3 19 鼓风动能，J/s 118600
高炉使用效果：高炉冶炼效果对比见表15。
表15高炉冶炼效果对比
实施例5按照本发明方法进行有效炉容4038m3高炉鼓风动能计算，可以准确了解高炉操作中的鼓风动能，判断生产中的鼓风动能是否适宜，从而通过现实生产中的在线和时时优化操作参数，实现高炉炉缸内部煤气流合理形成与分布，改进高炉顺行状态，达到增加日产量95t，降低燃烧消耗4kg/t，降低生铁冶炼成本7元以上的良好效果。

Claims (2)

1.一种高炉生产过程中鼓风动能的计算方法，其特征在于，根据不同炉容的高炉日常生产过程中的可控制操作参数，其鼓风动能计算公式为：
式中：α为系数；GFL为高炉鼓风量，m3/min；FYL为鼓风中富氧量，m3/h；GFSF为鼓风中湿分，g/m3；RFWD为热风温度，℃；GFYL为鼓风压力，kPa；FKGS为工作风口个数，个；k1为氮气密度，数值0.25～1.30kg/m3；k2为氧气密度，数值0.30～1.60kg/m3；k3为重力加速度数值9.81m/s2；k4为水蒸气密度，数值200.00～1400.00g/m3；k5为摄氏零度时的开尔文温度，数值273.00K；k6为标态下大气压，数值101.30kPa。
2.根据权利要求1所述的高炉生产过程中鼓风动能的计算方法，其特征在于，系数α依据高炉有效炉容差异进行取值：有效炉容1000m3以下，α取值范围为0.90～0.85；有效炉容1000～2000m3，α取值范围为0.85～0.80；有效炉容＞2000m3～3500m3；α取值范围为0.75～0.80；有效炉容3500m3以上，α取值范围为0.70～0.75。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115058549A (zh) * 2022-06-15 2022-09-16 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种高炉合理鼓风动能的评判方法
WO2022217894A1 (zh) * 2021-04-14 2022-10-20 中冶南方工程技术有限公司 一种高炉风口风量和风速分配的计算方法、计算机设备

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