CN108842015A - 一种判断高炉的炉内料面位置的方法 - Google Patents

一种判断高炉的炉内料面位置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种判断高炉的炉内料面位置的方法，其包括以下步骤：步骤1、将高炉的炉喉下边缘至炉缸上边缘的空间沿着竖向划分为n个子空间；步骤2、确定每个子空间内的停炉料的压缩率和高炉的吨焦风耗，并分别计算出每个子空间的最大累计风量；步骤3、获取实时累计风量BL，并判定炉内料面位置当前处于的子空间；步骤4、根据炉内料面位置当前处于的子空间，并通过停炉料消耗量算式计算出已消耗的停炉料的体积Vs；步骤5、根据已消耗的停炉料的体积Vs和高炉的内型尺寸来判断炉内料面位置。在高炉停炉过程中，本发明的判断高炉的炉内料面位置的方法能够准确、方便而稳定地判断高炉的炉内料面位置。

Description

一种判断高炉的炉内料面位置的方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种判断高炉的炉内料面位置的方法。
背景技术
高炉停炉是高炉炼铁生产的重要环节，高炉停炉需要先进行预休风操作，在预休风操作时需向高炉内分多批加入停炉料，并在停炉料的表面加上盖面焦，预休风操作后再开始进行送风降料面操作。在送风降料面操作中，需要时刻掌握高炉的炉内料面位置。
现有技术中判断高炉的炉内料面位置的方法主要包括机械探尺探测法、雷达探尺探测法和化学分析法。但是上述三种方法都有一定的缺陷，例如，机械探尺探测法中使用的机械探尺在高温或爆震状态下容易脱落，雷达探尺探测法中使用的雷达探尺在高炉内的工作环境逐渐变差后容易出现失灵及测量数据波动大等问题，而化学分析法始终存在取样及化验结果误差等方面的问题，且化学分析法的操作难度较大。因此，如何能够更加准确、方便而稳定地判断高炉的炉内料面位置是本领域技术人员一个亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明提供一种判断高炉的炉内料面位置的方法，在高炉停炉过程中，该方法能够准确、方便而稳定地判断高炉的炉内料面位置。
本发明提供一种判断高炉的炉内料面位置的方法，其包括以下步骤：
步骤1、将高炉的炉喉下边缘至炉缸上边缘的空间沿着竖向划分为n个子空间；
步骤2、确定每个所述子空间内的停炉料的压缩率和所述高炉的吨焦风耗，根据各个所述子空间内的停炉料的压缩率和所述高炉的吨焦风耗，分别计算出每个所述子空间的最大累计风量；
步骤3、获取从降料面操作开始到当前时刻所述高炉的实时累计风量BL，并把所述实时累计风量BL与各个所述子空间的最大累计风量相比较，基于比较结果判定所述炉内料面位置当前处于的所述子空间；
步骤4、根据所述炉内料面位置当前处于的所述子空间，选择对应的压缩率、最大累计风量及停炉料消耗量算式，然后根据实时累计风量BL、所述高炉的吨焦风耗及选定的压缩率和最大累计风量，并通过停炉料消耗量算式计算出已消耗的所述停炉料的体积Vs；
步骤5、根据已消耗的所述停炉料的体积Vs和所述高炉的内型尺寸来判断所述炉内料面位置。
根据本发明的判断高炉的炉内料面位置的方法，相较于现有技术中的机械探尺探测法和雷达探尺探测法，本发明的方法无需在高炉内安装探测设备，高炉内恶劣的环境不会影响最终的判断结果，相较于化学分析法，本发明的方法也无需从高炉中取样，判断过程中所需要的数据都能够方便地获知。因此，本发明可以更加准确、方便而稳定地判断高炉料面位置，为高炉操作人员判断高炉内状况提供有力保障。此外，使用本发明的方法不需要在高炉内增设技术设施，不会提高高炉的成本，具有较高的经济效益。另外，本发明的判断高炉的炉内料面位置的方法计算方便，操作简单，便于广泛地推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例的判断高炉的炉内料面位置的方法的流程图；
图2为高炉的结构示意图。
附图标记说明：1、炉喉；2、炉身；3、炉腰；4、炉腹；5、炉缸；21、炉身上部；22、炉身中部；23、炉身下部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1为本发明实施例的判断高炉的炉内料面位置的方法的流程图，图2为高炉的结构示意图。如图1-2所示，该判断高炉的炉内料面位置的方法包括以下步骤：
步骤1、将高炉的炉喉1下边缘至炉缸5上边缘的空间沿着竖向划分为n个子空间；
步骤2、确定每个子空间内的停炉料的压缩率和高炉的吨焦风耗，根据各个子空间内的停炉料的压缩率和高炉的吨焦风耗，分别计算出每个子空间的最大累计风量；
步骤3、获取从降料面操作开始到当前时刻高炉的实时累计风量BL，并把实时累计风量BL与各个子空间的最大累计风量相比较，基于比较结果判定炉内料面位置当前处于的子空间；
步骤4、根据炉内料面位置当前处于的子空间，选择对应的压缩率、最大累计风量及停炉料消耗量算式，然后根据实时累计风量BL、高炉的吨焦风耗及选定的压缩率和最大累计风量，并通过停炉料消耗量算式计算出已消耗的停炉料的体积Vs；
步骤5、根据已消耗的停炉料的体积Vs和高炉的内型尺寸来判断炉内料面位置。
在上述步骤中，每消耗一吨焦炭所需的风量即为吨焦风耗；从降料面操作开始到炉内料面位置处于某一个的子空间的下边缘时所需的风量即为该子空间的最大累计风量；从降料面操作开始到当前时刻高炉所需的风量即为实时累计风量BL。由于高炉从降料面操作开始后就不再加入炉料，因此从降料面操作开始后高炉内的停炉料会不断地消耗而减少，在此过程中减少的停炉料的体积即为已消耗的停炉料的体积Vs。
根据本发明的判断高炉的炉内料面位置的方法，相较于现有技术中的机械探尺探测法、雷达探尺探测法，本发明的方法无需在高炉内安装探测设备，高炉内恶劣的环境不会影响最终的判断结果，相较于化学分析法，本发明的方法也无需从高炉中取样，判断过程中所需要的数据都能够方便地获知。因此，本发明可以更加准确、方便而稳定地判断高炉料面位置，为高炉操作人员判断高炉内状况提供有力保障。此外，使用本发明的方法不需要在高炉内增设技术设施，不会提高高炉的成本，具有较高的经济效益。
在本实施例中，在步骤1中，第1个子空间最靠近高炉的炉喉1，而第n个子空间最靠近高炉的炉缸5。在步骤2中，根据各个子空间内的停炉料的压缩率和高炉的吨焦风耗，并通过最大累计风量计算式分别计算出每个子空间的最大累计风量，最大累计风量计算式为：其中，i为子空间的序号，i∈[1,n]，BVi为第i个子空间的最大累计风量，BVi-1为第i-1个子空间的最大累计风量，εi为第i个子空间内的停炉料的压缩率，L为高炉的吨焦风耗，Vi为第i个子空间的容积，d为每批停炉料中焦炭的重量，Vm为每批停炉料的体积。每批停炉料中焦炭的重量d即本领域技术人员通常所说的焦批。
在步骤3中，判定炉内料面位置当前处于的子空间的方法为：当BL≤BV1时，炉内料面位置当前处于第1个子空间内；当BVj-1＜BL≤BVj时，判定炉内料面位置当前处于第j个子空间内，此时，j∈[2,n]。在上述判定方法中，BVj代表了从降料面操作开始到炉内料面位置位于第j个子空间的下边缘时所消耗的风量，而BVj-1代表了炉内料面位置位于第j-1个子空间的下边缘时所消耗的风量，因此，当BVj-1＜BL≤BVj时，即可说明炉内料面位置低于第j-1个子空间的下边缘而高于第j个子空间的下边缘，从而判定炉内料面位置当前处于第j个子空间内。此外，在该步骤3中，实时累计风量BL是通过高炉的自动化控制系统来获知。在确定实时累计风量BL的过程中，无需再安装辅助设备，使用高炉原来就配备的设备即可进行实时累计风量的统计，不会增加高炉成本。
在步骤4中，当炉内料面位置当前处于第1个子空间内时，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积其中，ε1为第1个子空间内的停炉料的压缩率，g为盖面焦的重量，e为停炉料的焦炭堆比重；当炉内料面位置当前处于第j个子空间内时，j∈[2,n]，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积其中，Vk为第k个子空间的容积，εj为第j个子空间内的停炉料的压缩率。
高炉冶炼主要是风量中的氧气与炉缸5上边缘前端的焦炭发生燃烧反应而形成的一氧化碳气体还原上部炉料中的氧化铁。高炉内停炉料消耗量主要与风量有关，在上述步骤3和步骤4中，通过实时累计风量来表征停炉料的消耗量，并通过其他参数来对结果进行修正，能够准确地表征出已消耗的停炉料的体积。
在本实施例中，发明人综合考虑了高炉的结构、内型尺寸和温度分布等因素，在步骤1中将高炉的炉喉1下边缘至炉缸5上边缘的空间沿着竖向划分为5个子空间。如图2所示，第1个子空间为炉身上部21，第2个子空间为炉身中部22，第3个子空间为炉身下部23，第4个子空间为炉腰3，第5个子空间为炉腹4，且炉身上部21、炉身中部22与炉身下部23将炉身2进行划分，三者的高度相等。
优选地，在步骤2中，炉身上部21的停炉料的压缩率ε1为3％～5％，炉身中部22的停炉料的压缩率ε2为6％～7％，炉身下部23的停炉料的压缩率ε3为8％～9％，炉腰3的停炉料的压缩率ε4为11％～13％，炉腹4的停炉料的压缩率ε5为14％～18％。温度和高炉的内型尺寸的大小等因素都会影响停炉料的压缩率，发明人再次经过多次的取样、计算和研究，根据每次休风时停炉料的装入量校正每一个子空间的炉料压缩率，再通过历史休风数据而最终回归出各个子空间的压缩率，上述数据能够较好地反应高炉中各个子空间内停炉料的实际压缩率。子空间的划分以及各个子空间中停炉料的压缩率的确定的依据为：在高炉冶炼的过程中，高炉内各个部位的温度差别较大，高炉由上至下的温度逐步升高，根据高炉内部的温度分布而划分出子空间，再确定各个子空间内的停炉料的压缩率，此时确定出的停炉料的压缩率的准确度较高。此外，当停炉料中球团矿的比例大于35％时，炉身中部22的停炉料的压缩率ε2为7％。当球团比例大于35％时，炉身中部22的测压点所测量的压力值高，这说明炉身中部22球团大部分软化，此时，炉身中部22的炉料压缩率大。因此，选择炉身中部22的炉料压缩率ε2为7％可以使得计算结果更加准确。
在本实施例中，在步骤2中，高炉的吨焦风耗根据停炉料的焦比来确定，并且二者正相关。停炉料的焦比是高炉炼铁的技术经济指标之一，即高炉每冶炼一吨生铁所消耗的焦炭量。进一步地，当停炉料的焦比大于等于550kg/t且小于620kg/t时，高炉的吨焦风耗L大于等于2450m3/t且小于2580m3/t；当停炉料的焦比大于等于620kg/t且小于630kg/t时，高炉的吨焦风耗L大于等于2580m3/t且小于2600m3/t；当停炉料的焦比大于等于630kg/t且小于640kg/t时，高炉的吨焦风耗L大于等于2600m3/t且小于2630m3/t；当停炉料的焦比大于等于640kg/t且小于650kg/t时，高炉的吨焦风耗L大于等于2630m3/t且小于2660m3/t；当停炉料的焦比大于等于650kg/t且小于等于700kg/t时，高炉的吨焦风耗L大于等于2660m3/t且小于等于2780m3/t。
本发明的判断高炉的炉内料面位置的方法的原理为：在停炉料的成分确定后，停炉料的焦比即可确定，根据停炉料的焦比即可确定高炉在停炉过程中的吨焦风耗。当获知实时累计风量BL后，利用吨焦风耗计算出实时累计风量BL下消耗的焦炭量，再根据每批停炉料中焦炭的重量、每批停炉料的体积以及停炉料的压缩率等参数即可得到已消耗的停炉料的体积Vs。
在一个具体的实施例中，在步骤1中，将高炉的炉喉1下边缘至炉缸5上边缘的空间沿着竖向划分为5个子空间，由上至下为炉身上部21、炉身中部22、炉身下部23、炉腰3和炉腹4。本实施例中所选用的高炉的内型尺寸如下表所示：
炉喉高度(m) 2 炉喉直径(m) 10.5
炉身高度(m) 17.8 炉腰直径(m) 16.0
炉腰高度(m) 2.1 炉缸直径(m) 14.0
炉腹高度(m) 4.5 炉腹角 78°41′24″
炉缸高度(m) 5.4 炉身角 81°13′3″
由高炉的内型尺寸计算出的高炉的各个子空间的容积如下表所示：
在步骤2中，首先，确定炉身上部21的炉料压缩率ε1为4％，炉身下部23的炉料压缩率ε3选择为8％，炉腰3的炉料压缩率ε4选择为11％，炉腹4的炉料压缩率ε5选择为14％，此外，由于停炉料中球团矿的比例为25％，因此炉身中部22的炉料压缩率ε2选择为6％。其次，根据经验确定本次停炉料的焦比为641kg/t，再根据焦比确定吨焦风取值为2640m3/t。
在步骤3中，计算炉身上部21的最大累计风量计算式为：计算炉身中部22的最大累计风量计算式为：计算炉身下部23的最大累计风量计算式为：计算炉腰3的最大累计风量计算式为：计算炉腹4的最大累计风量计算式为：在上述最大累计风量的计算式中，每批停炉料中焦炭的重量d为32t，每批停炉料的体积Vm为115.56m3。
由上述公式计算出的各个子空间的最大累计风量如下表所示：
在步骤4中，当BL≤BV1时，炉内料面位置当前处于炉身上部21；当BV1<BL≤BV2时，炉内料面位置当前处于炉身中部22；当BV2<BL≤BV3时，炉内料面位置当前处于炉身下部23；当BV3<BL≤BV4时，炉内料面位置当前处于炉腰3；当BV4<BL≤BV5时，炉内料面位置当前处于炉腹4。
在步骤5中，当炉内料面位置当前处于炉身上部21时，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积在此公式中，盖面焦的重量g为100t，停炉料的焦炭堆比重为0.53t/m3；
当炉内料面位置当前处于炉身中部22时，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积
当炉内料面位置当前处于炉身下部23时，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积
当炉内料面位置当前处于炉腰3时，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积
当炉内料面位置当前处于炉腹4时，停炉料消耗量算式为：已消耗的停炉料的体积
根据几组实验中不同的实时累计风量，并根据上述停炉料消耗量算式而计算出的已消耗的停炉料的体积Vs如下表所示：
在步骤5中即可根据上述已消耗的停炉料的体积Vs和高炉的内型尺寸来判断所述炉内料面位置，从而确定出炉内料线深度。下表中示出了在几组实验中不同的实时累计风量下根据本发明的方法计算出的已消耗的停炉料的体积Vs，并根据已消耗的停炉料的体积Vs和高炉的内型尺寸计算出炉内料线深度，同时，下表还示出了实际的炉内料线深度。
通过上表中计算出炉内料线深度和实际的炉内料线深度的对比结果可以看出，通过本发明的判断高炉的炉内料面位置的方法来进行计算而判断出的炉内料面位置与实际料面位置相比误差较小，且在各组实验中都没有出现较大的误差，可以认定本方法的判断高炉的炉内料面位置的方法判断出的高炉料面位置较为准确且稳定。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种判断高炉的炉内料面位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将高炉的炉喉下边缘至炉缸上边缘的空间沿着竖向划分为n个子空间；
步骤2、确定每个所述子空间内的停炉料的压缩率和所述高炉的吨焦风耗，根据各个所述子空间内的停炉料的压缩率和所述高炉的吨焦风耗，分别计算出每个所述子空间的最大累计风量；
步骤3、获取从降料面操作开始到当前时刻所述高炉的实时累计风量BL，并把所述实时累计风量BL与各个所述子空间的最大累计风量相比较，基于比较结果判定所述炉内料面位置当前处于的所述子空间；
步骤4、根据所述炉内料面位置当前处于的所述子空间，选择对应的压缩率、最大累计风量及停炉料消耗量算式，然后根据实时累计风量BL、所述高炉的吨焦风耗及选定的压缩率和最大累计风量，并通过停炉料消耗量算式计算出已消耗的所述停炉料的体积Vs；
步骤5、根据已消耗的所述停炉料的体积Vs和所述高炉的内型尺寸来判断所述炉内料面位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，第1个所述子空间最靠近所述高炉的炉喉，而第n个所述子空间最靠近所述高炉的炉缸上边缘；在所述步骤2中，根据各个所述子空间内的停炉料的压缩率和所述高炉的吨焦风耗，并通过最大累计风量计算式分别计算出每个所述子空间的最大累计风量，所述最大累计风量计算式为：其中，i为所述子空间的序号，i∈[1,n]，BVi为第i个所述子空间的最大累计风量，BVi-1为第i-1个所述子空间的最大累计风量，εi为第i个所述子空间内的停炉料的压缩率，L为所述高炉的吨焦风耗，Vi为第i个所述子空间的容积，d为每批所述停炉料中焦炭的重量，Vm为每批所述停炉料的体积。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，当BL≤BV1时，所述炉内料面位置当前处于第1个所述子空间内；当BVj-1＜BL≤BVj时，判定所述炉内料面位置当前处于第j个所述子空间内，j∈[2,n]。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，当所述炉内料面位置当前处于第1个所述子空间内时，所述停炉料消耗量算式为：已消耗的所述停炉料的体积其中，ε1为第1个所述子空间内的停炉料的压缩率，g为盖面焦的重量，e为所述停炉料的焦炭堆比重；
当所述炉内料面位置当前处于第j个所述子空间内时，j∈[2,n]，所述停炉料消耗量算式为：已消耗的所述停炉料的体积其中，Vk为第k个所述子空间的容积。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，将高炉的炉喉下边缘至炉缸上边缘的空间沿着竖向划分为5个子空间，其中，第1个子空间为炉身上部，第2个子空间为炉身中部，第3个子空间为炉身下部，第4个子空间为炉腰，第5个子空间为炉腹，所述炉身上部、炉身中部与炉身下部的高度相等。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述炉身上部的停炉料的压缩率ε1为3％～5％，所述炉身中部的停炉料的压缩率ε2为6％～7％，所述炉身下部的停炉料的压缩率ε3为8％～9％，所述炉腰的停炉料的压缩率ε4为11％～13％，所述炉腹的停炉料的压缩率ε5为14％～18％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述停炉料中球团矿的比例大于35％时，所述炉身中部的停炉料的压缩率ε2为7％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述高炉的吨焦风耗根据所述停炉料的焦比来确定，并且二者正相关。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，当所述停炉料的焦比大于等于550kg/t且小于620kg/t时，所述高炉的吨焦风耗L大于等于2450m3/t且小于2580m3/t；
当停炉料的焦比大于等于620kg/t且小于630kg/t时，所述高炉的吨焦风耗L大于等于2580m3/t且小于2600m3/t；
当停炉料的焦比大于等于630kg/t且小于640kg/t时，所述高炉的吨焦风耗L大于等于2600m3/t且小于2630m3/t；
当停炉料的焦比大于等于640kg/t且小于650kg/t时，所述高炉的吨焦风耗L大于等于2630m3/t且小于2660m3/t；
当停炉料的焦比大于等于650kg/t且小于等于700kg/t时，所述高炉的吨焦风耗L大于等于2660m3/t且小于等于2780m3/t。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，通过所述高炉的自动化控制系统来获知所述实时累计风量BL。
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