CN111914203B - 一种头次出铁时间的计算方法及高炉开炉方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种头次出铁时间的计算方法及高炉开炉方法，该方法包括如下步骤：配料、高炉布料规律及基础矩阵确定、开炉配料计算及装料确定、头次出铁时间确定、开炉后冶炼进程控制、冶炼进程中上下部操作制度及综合冶炼参数控制、正常强化冶炼。本发明实现高炉精准开炉，对不同容积高炉整个开炉期间复杂计算、过程的处理和整个冶炼进程进度进行系统、有效控制，并具有计算方法简单、过程模板化、可操控性强和快速准确的特点。

Description

一种头次出铁时间的计算方法及高炉开炉方法
技术领域
本发明涉及一种计算方法，尤其是一种头次出铁时间的计算方法，还涉及基于该方法的高炉开炉方法，属于生铁制备方法操作技术领域。
背景技术
新建或大修高炉的开炉是一个繁杂的系统工程，是炼铁生产中比较复杂的特殊实践操作，整个开炉期过程具有时间长、人力物力耗资巨大的特点，整个过程关联环节、因素众多，并且，每一个环节、因素如出现不准确、不匹配、不协调时，都会对整个冶炼进程，以及后续的指标优化、甚至炉龄产生重大影响。因此，开炉质量水平对于开炉后的高炉生产稳定顺行、低耗长寿具有重要的意义。
在高炉的开炉过程中，依顺序包括具体高炉布料规律及基础矩阵确定、开炉配料计算及装料、头次出铁质量、开炉后具体条件下的冶炼进程控制计划、冶炼进程过程中各个操作制度及综合冶炼参数的控制、进入正常强化冶炼阶段以及各个阶段的生产准备、操作实施质量等工作。在每一个步骤中，又均关联到具体高炉的装备技术参数、原燃料质量参数、直接冶炼及衍生参数、炉内炉外的物料装备状态以及操作技术等各个方面的要素。对于高炉冶炼尤其是开炉期来说，冶炼进程的控制在条件不具备时过早进行或是条件具备了不及时前进，都会对高炉进程、炉况发展和成本产生重要影响。因此，高炉开炉期把握各类复杂数据的内在联系，精确选择好最佳最合适的调剂时间及幅度，是提升开炉质量的关键。
随着现代高炉装备技术、精料技术、操作技术的发展与进步，开炉成功率大大提升，但达到在适合各种类型容积高炉在开炉综合品位52.0％～56.0％、灰分13.5～14.5％焦炭条件下达到5～8天内利用系数>3.10t/(d.m3)、w(【Si】)稳定0.40％～0.65％、燃料比<550kg/t的高炉快速达产达标成效，并且，整个过程实现针对具体情况下的极具可适应性、量化、模板化计算，即时找出不匹配因素、得出相应情况下的解决方案和最佳选择的计算简单、过程可操控性强和快速准确的方法，并未有文献体现。
因此，如何将前述这些关联因素进行有机统一联合，并具有高的精确性、系统匹配性，在每一个环节都能达到精确控制效果，从而进一步有效地缩短开炉期、尽可能早地达到正常冶炼强度、指标水平，降低开炉其成本，成为炼铁工作者必需深入研究和解决的一个现实课题。实现精准开炉工艺，包括对高炉装备、原燃料条件、炉内炉外操作技术都提出很高的要求。也即，除了确保满足高水平开炉生产需要的物资设备及场地准备、炉外操作实施等工作之外，还需要系统解决包括具体高炉条件下的布料规律、高炉装料及开炉综合参数、开炉头次出铁时间确定等计算，开炉加风料动后对矿批、炉料结构、基础矩阵变化调整等结合冷却制度、热制度、造渣制度、送风制度等过程控制制度、冶炼进程中各个因素、冶炼参数的系统性匹配和协调发展问题，对开炉冶炼进程、指标进行精确控制，实现在开炉后短期内达到相关联冶炼数据、关系的协调发展，使高炉开炉快速达产达标达效。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种头次出铁时间的计算方法及开炉顺畅、快速达产达效达标的高炉开炉方法，系统解决在具体炉型装备、原燃料条件下开炉时包括布料基础矩阵确定、开炉配料计算及装料、头次出铁质量、冶炼进程控制、冶炼进程过程中各个操作制度及综合冶炼参数的控制、进入正常强化冶炼等各个阶段存在的复杂关系和技术难题，提高复杂条件下的综合操作技术水平，显著缩短高炉开炉达产达标时间，为后续高炉指标优化、稳定顺行、低耗长寿奠定坚实基础。
本发明基于高炉冶炼基础理论，结合具体高炉炉体装备、原燃料条件，通过量化、模板化、系统化的快速计算方式和实施中精确把握冶炼参数调剂时机和调整幅度，提升开炉期各个步骤、阶段操作制度、综合冶炼参数的精确性和系统配套性，在高炉开炉期内准确把握各类复杂数据的内在联系，精确选择最佳最合适的调剂时机及幅度，对不同容积高炉整个开炉期间复杂计算、过程的处理和整个冶炼进程进度进行系统、有效控制，实现高炉精准开炉，极大地提升高炉开炉质量水平，从而达到高炉开炉稳定顺行，短期内利用系数、燃料比、铁水及炉渣成分达到正常强化冶炼水平，显著降低高炉开炉成本。
本发明通过下列技术方案完成：一种高炉开炉头次出铁时间的计算方法，其特征在于：按以下进行：
头次铁出铁时间t＝t1+t2+t3+t4+t5；
其中，t1为高炉开炉加风后料动时间；t2为燃烧高炉炉腰+炉腹容积减去炉缸+死铁层容积剩余容纳焦炭所需要时间；t3为提供包含高炉装入开炉料的理论铁量填充死铁层安全容铁量所需要的新增料批数所需要的时间；t4为具体开炉风量条件下新增加正料的冶炼周期；t5为得到适宜头次铁量所需要的冶炼时间；
t2＝(V(炉腰+炉腹)-V(炉缸+死铁层))×r(焦堆比重)×V吨焦风耗/(V小时入炉风量)；
其中：V(炉腰+炉腹)-炉腰容积与炉腹容积之和；
V(炉缸+死铁层)-炉缸容积与死铁层容积之和；
V小时入炉风量指的是每小时进入高炉的风量；
r(焦堆比重)-焦炭堆比重，t/m3；
V吨焦风耗-燃烧1吨焦炭需要的风量，m3/t；
V吨焦风耗＝(1000×w(C)×f/24)×22.4/M0；
其中：w(C)为高炉用焦炭含碳量，f为高炉焦炭风口前燃烧率，M0为鼓风中氧气含量；
t3＝(M死铁层-M开炉料)/M批料理论铁量/n小时料速；
其中：M死铁层-高炉死铁层应容纳的安全容铁量，t；
M死铁层＝V死铁层容积×r(铁堆比重)×0.60，t；
M开炉料-高炉装入的开炉料的理论出铁量，t；
Figure GDA0004112163530000041
其中：mc,s,o为装入开炉物料的重量，w(TFec,s,o)为装入开炉物料的品位，ηFe为铁回收率，[Fe]为铁水中铁元素的百分含量；
n小时料速为每小时的下料速度，单位：批/小时；
t4＝V有效容积/(V批料容积×η压缩率)/n小时料速；
t5＝M适宜铁量/M批料铁量/n小时料速。
本发明还涉及的一种高炉开炉方法，包括如下步骤：
步骤(1)、配料
步骤(2)、高炉布料规律及基础矩阵确定
依次得到具体高炉各个溜槽倾动角度下的炉料落点值、按照对应等分圆环1～6米不同料线下各个圆环中点值，再根据落点值—角度对应值，利用内插法由已知不同料线的n个落点值计算得到对应实际档位角度；再结合具体条件下的料流半径和计算得到的碰点位置确定开炉基础矩阵；
步骤(3)、开炉配料计算及装料确定
获取具体高炉容积尺寸下的各部位填充物料数量及入炉装料顺序表；获取装料实测时得到具体装备的布料规律：环数-开度；重量-开度二次多项式或指数关系式；
步骤(4)、头次出铁时间确定
步骤(5)、开炉后冶炼进程控制
以头次铁后2～4个冶炼周期启动喷煤；3～5天内实现全风口作业；未捅开风口剩余1～2个时启动富氧；3～6天内w(【Si】)0.45～0.65％；
步骤(6)、冶炼进程中上下部操作制度及综合冶炼参数控制
步骤(7)、正常强化冶炼。
进一步地，步骤(1)中，
开炉前装入料的空料组成为：焦炭4000～8500kg/批料，石灰石0～1000kg/批料，白云石0～1000kg/批料；所述开炉前装入料的正常料组成为：矿石9000～16000kg/批料，焦炭4000～8500kg/批料，硅石0～1000kg/批料；开炉送风料动后炉料配料按以下进行：烧结矿60～77％、球团矿22～30％、块矿0～18％、矿石9000～34000kg/批料、焦炭3800～9000kg/批料。
进一步地，步骤(2)中，包括在料线为2～6米时的基础矩阵补偿角度。
进一步地，步骤(3)中，对于1000m3以上高炉，开炉料装料实测至6m，对于对于1000m3以下高炉，开炉料装料实测至4m；在高炉中修开炉不需要测定布料规律时，拉料至8米，基本规律测定后，即可加风0.02Mpa，然后继续装料至6米，再进入送风开炉步骤。
进一步地，步骤(6)中，控制方法如下：
进风风口面积的调整，以风速或鼓风动能维持或下行幅度<10％为原则，确定冶炼参数；限制条件：顶压<压差，顶温<300℃，风温8小时增加幅度<100℃；w(【Si】)下行幅度在>2.50％时<1.0％/周期，在<0.70％时<0.2％/周期；喷煤调整数量、时间在未达产达标前以维持矿批、负荷调整反应达到时综合燃料比不上升为原则，富氧数量以控制理论燃烧温度上升幅度<3.0％，堵风口剩余1～3个时入炉风量达到全风90％以上，入炉风量与全容积比2.50～2.70，理论冶炼强度趋向正常值为方向，即利用系数>2.80％之后增产幅度<3.0％；炉料结构、焦炭负荷的调整是随着炉温进程控制，以在预计达到w(【Si】)值下炉渣碱度R2达到预定范围内数值，即w(【Si】)>2.00％，R2范围0.98～1.05；w(【Si】)<2.00％，R2范围1.03～1.10，保证随着炉温的下行，炉渣有一定的稳定性和脱硫能力。
进一步地，步骤(6)中，趋势是烧结矿、球团矿比例增加、块矿比例减少；矿批以达到具体高炉的合理容积倍数范围内增加，合理容积倍数为富氧后范围2.50～2.90，容积大者取下限，阶段矩阵以基础矩阵为基随着矿批的变化进行档位角及各个档位角布料环数的调整，趋势为：每环矿石布料量保持稳定，每环焦炭布料量渐次减少，综合以该矩阵条件下焦矿角度差渐次降低为判断依据，降幅为每次幅度<1°。
进一步地，步骤(6)中，在接近正常指标时，下一步的调剂严格按照以上一步参数调剂后的作用周期进行调整；冷却总水压、循环水温差的控制为设计值70～90％范围，理论冶炼强度与实际出铁铁量差值<10.0％。
以此，通过冶炼进程中上、下部操作制度及综合冶炼参数调整，对开炉冶炼进程、指标进行精确控制。从而使达到调整后高炉稳定顺行，短期内高炉利用系数、燃料比、铁水及炉渣成分达到正常强化冶炼要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明将具体高炉炉体装备、原燃料条件结合量化、模板化、系统化的快速计算方式，并在开炉作业实施中精确把握操作制度、冶炼参数的调剂时机和调整幅度，提升开炉期各个步骤、阶段操作制度、综合冶炼参数的精确性和系统配套性，在高炉开炉期各个阶段内准确把握各类复杂参数、数据的内在联系，精确选择出合适的调剂时机及幅度，对不同容积高炉整个开炉期间复杂计算、过程的处理和整个冶炼进程进度进行系统、有效控制，实现高炉精准开炉，极大地提升高炉开炉质量水平，从而达到高炉开炉稳定顺行，短期内利用系数、燃料比、铁水及炉渣成分达到正常强化冶炼水平，显著降低高炉开炉成本。
本发明方法克服现有开炉方法系统性、冶炼控制精确性方面存在的不足，并具有更为广泛的实用性。实现在高炉开炉头次铁出尽后的2～8个冶炼周期内喷煤、富氧，3～5天内实现全风口作业。实现了在开炉期内各个阶段相关联冶炼参数、数据关系的协调发展和对不同容积、原料高炉在整个开炉期间复杂计算、过程的处理和整个冶炼进程进度进行系统、有效控制，达到在开炉综合品位52.0％～56.0％条件下，开炉5～8天内高炉利用系数>3.10t/(d.m3)、w(【Si】)稳定0.40％～0.65％、燃料比<550kg/t的目的。从而显著缩短冶炼进程、降低开炉成本。并具有计算方法简单、过程模板化、实用性强、可操控性强和快速准确的特点。
本发明为高炉在进行开炉特殊操作时，提供一种开炉顺畅、快速达产达效达标的高炉开炉方法，通过开炉后各个阶段过程中矿批、炉料结构、基础矩阵变化调整等结合冷却制度、热制度、造渣制度、送风制度等过程控制制度、冶炼参数的系统性匹配和协调发展，对开炉冶炼进程、指标进行精确控制。系统解决在具体炉型装备、原燃料条件下开炉时包括布料基础矩阵确定、开炉配料计算及装料、头次出铁质量、冶炼进程控制、冶炼进程过程中各个操作制度及综合冶炼参数的控制、进入正常强化冶炼等各个阶段存在的复杂关系和技术难题。即时、精确把握在高炉开炉期内各个阶段各类复杂冶炼参数、数据的内在联系，利于及时消除外界复杂因素带来的影响，并对在过程中出现的不确定、不匹配因素，可即时得出相应情况下的较佳解决方案和选择。对精确选择合适的调剂时间及幅度，具有很强的全面性、系统性和实践指导性，是提升开炉质量的关键技术，不仅显著缩短开炉期时间，降低开炉成本，也为后续持续优化指标，为高炉一代炉役内稳定顺行、优质低耗生产奠定坚实基础。
特别涉及不同容积、装备高炉在不同具体开炉料条件下开炉顺畅，并在短期内快速达到正常冶炼强度、w(【Si】)、技术经济指标，显著降低高炉开炉期生铁制备成本的高炉精准开炉方法。
本发明实现高炉精准开炉，对不同容积高炉整个开炉期间复杂计算、过程的处理和整个冶炼进程进度进行系统、有效控制，从而显著缩短冶炼进程、降低开炉成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例的高炉开炉方法，针对某新建1080m3级高炉，包括如下步骤：
步骤(1)、配料
1.1、开炉装入料配料：
烧结矿65％、球团矿22％、块矿13％、矿石12000kg、焦炭5705kg(干量)、石灰石0kg、白云石1400kg、硅石0kg；
上述烧结矿、球团矿和块矿的百分比之和为100％，焦炭、石灰石、白云石和硅石的质量为每批料单独的投入量，其中石灰石、白云石在空料中加入(不带矿石的料)；
1.2、开炉送风料动后炉料配料：
烧结矿65～75％、球团矿22～27％、块矿0～13％、矿石12000～29000kg、焦炭5700～7100kg(干量)；
在开炉期各个阶段矿焦在范围内有其具体值；
开炉装入料及开炉期所用矿石、焦炭、煤粉化学分析及性能如下表1.1～1.3所示；
表1.1开炉期矿石、熔剂化学分析
Figure GDA0004112163530000101
Figure GDA0004112163530000111
表1.2开炉期焦炭理化分析
项目 H2O A S H2O结 V C M40 M10 SRI CSR
单位 ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％
数值 5.60 14.55 0.605 0.237 1.03 84.36 81.90 5.99 28.69 65.37
表1.3开炉期煤粉化学分析
项目 水份 挥发份 灰份 硫 固定碳 粒度(200目)
单位 ％ ％ ％ ％ ％ ％
数值 1.18 7.36 12.35 0.81 76.43 66.12
步骤(2)、高炉布料规律及基础矩阵确定
根据高炉统一布料方程和不同料线下的圆环中点计算公式(刘云彩，高炉布料规律[M]，北京：北京冶金工业出版社，2012，P199～P437)，采用将公式编入的计算模板顺次得到最大至最小各个溜槽倾动角度下的炉料落点值如表1.4所示；按照对应9等分圆环1～6米不同料线下各个圆环中点值，依据不同料线条件下各个档位落点均应落入对应圆环中点原则，进而得到不同料线下对应9个实际档位角度，如表1.5所示；
考虑料流半径、碰点位置、开炉料批，暂定开炉基础矩阵及其深料线下的补偿矩阵，如表1.6所示；
表1.4本例高炉各个溜槽倾动角度下的炉料落点值
Figure GDA0004112163530000112
Figure GDA0004112163530000121
续表1.4
Figure GDA0004112163530000122
表1.5本例高炉不同料线下对应9个实际档位角度
Figure GDA0004112163530000123
表1.6本例高炉开炉基础矩阵及其深料线下的补偿矩阵
Figure GDA0004112163530000124
步骤(3)、开炉配料计算及装料确定，按照CN104313214A得到本实施例的开炉料装料至6m；
步骤(4)、确定开炉头次铁出铁时间
本实施例的高炉装入开炉料理论铁量、死铁层安全容铁量及其他相关参数如表1.7所示；
本实施例开炉4小时(t1)后料动，高炉炉腰+炉腹容积与炉缸+死铁层容积之差为51.73m3，燃烧该部分相差容积容纳焦炭所需要时间t2为0.79h；高炉开炉料的理论铁量与死铁层安全容铁量之差为-9.30吨，为提供填充死铁层安全容铁量所需要的新增料批数所需要的时间t3为0.19h；开炉风量条件下新增加正料的冶炼周期t4为9.14h；
表1.7高炉装入开炉料理论铁量及其他相关参数
Figure GDA0004112163530000131
本例风量下，小时料批7.03批，小时理论铁量48.07吨，按照出铁两罐(120吨以内)，出铁1.0～1.5h，得到适宜头次铁量所需要的冶炼时间t5为1.5小时(理论出铁量120.19吨)；最终确定开炉头次铁出铁时间16.61h；
步骤(5)、开炉后冶炼进程控制
本例开炉送风后17小时出铁，出铁量137吨；头次铁w(【Si】)6.03％，炉渣碱度R2为1.22，铁水温度1514℃；自料动后顺畅，制度、冶炼参数可调；头次铁出尽后第三个冶炼周期启动喷煤30kg/t；喷煤后19小时(约3.5个周期)富氧3500m3/h(风口剩余1个，富氧率1.64％)；开炉第三天实现全风口作业，第5天达到平均w(【Si】)0.50％；
步骤(6)、冶炼进程中上下部操作制度及综合冶炼参数按以下参数控制：
对本实施例高炉开炉达产达效期各个制度、直接冶炼及关联冶炼参数进行计算与实施：
各个阶段冶炼强度(风量、富氧、喷煤)下涉及冶炼周期、因素作用时间的喷煤调整数量、矿批及焦炭负荷的调整趋势和幅度、理论冶炼强度(理论产量)及与实际出铁铁量差控制与实施结果如表1.8所示；
冶炼进程中进风风口面积的调整、风量、风速、鼓风动能、风温、风压、顶压、透气性、顶温、富氧数量、理论燃烧温度、入炉风量与全容积比、矿批与全容积比等冶炼参数的控制、冷却总水压、循环水温差控制与实施时间、幅度及计算结果如表1.9所示；
炉料结构、焦炭负荷、喷煤调整在随着炉温控制进程下，以预计达到既定w(【Si】)值下炉渣碱度R2值及燃料比的控制与实施如表1.10所示；
随着矿批、焦批调整时各个阶段阶段矩阵以基础矩阵为基，进行的档位角及各个档位角布料环数的调整(每环矿石布料量、每环焦炭布料量、以及该矩阵条件下焦矿角度差)的控制与实施如表1.11所示；
开炉各个期间得到的渣铁成分分析如表1.12所示；特别地，在接近正常指标时，下一步的调剂严格按照以上一步参数调剂后的作用周期进行调整；
表1.8本例开炉涉及冶炼周期、理论冶炼强度等的相关控制与实施
Figure GDA0004112163530000141
Figure GDA0004112163530000151
续表1.8
Figure GDA0004112163530000152
表1.9开炉冶炼参数控制与实施时间、幅度及计算结果
Figure GDA0004112163530000153
续表1.9
Figure GDA0004112163530000154
Figure GDA0004112163530000161
表1.10开炉炉料结构调整炉渣碱度R2值及燃料比的控制与实施
Figure GDA0004112163530000162
表1.11开炉各阶段矩阵参数调整的控制与实施
Figure GDA0004112163530000163
Figure GDA0004112163530000171
表1.12开炉各个期间渣铁成分分析
Figure GDA0004112163530000172
/>
步骤(7)、强化冶炼阶段步骤
在冶炼进程控制末期达到本例高炉装备、原燃料条件下的利用系数、燃料比、铁水成分等强化冶炼参数、指标，即，高炉利用系数>3.10t/(m3.d)、燃料比<550kg/t、铁水w(【Si】)<0.50％、脱硫系数>20.0％等强化冶炼参数、指标如表1.13所示；并且，炉况稳定顺行，为进一步增产降耗奠定基础；
表1.13高炉开炉期各个阶段汇总表
时间 矿批 干焦批 烧结矿 球团矿 块矿 品位 渣比 堵风口 富氧率 小时煤量
单位 kg kg ％ ％ ％ ％ kg/t 个 ％ kg
装炉料 12000 5704 65 22 13 54.94 506 10
第1日 16000 6566 65 22 13 54.94 506 5
第2日 22000 6860 65 22 13 55.07 448 2 3519
第3日 27000 7056 75 22 3 55.08 432 0 1.40 13327
第4日 28000 7056 73 27 0 55.59 423 0 2.67 14982
第5日 28000 7056 73 27 0 55.59 423 0 3.00 14724
第6日 29000 6958 75 25 0 55.41 429 0 3.46 16768
续表1.13
Figure GDA0004112163530000181
本实施例中，风速、鼓风动能、透气性指数、理论燃烧温度、鼓风动能、焦比、燃料比、利用系数为常规公式计算(周传典，高炉炼铁工艺生产技术手册[M]，北京：北京冶金工业出版社，2008，P313～358)，其余相关概念及计算公式如下：
冶炼周期t4＝V有效容积/(V批料容积×η压缩率)/n小时料速，h；
喷煤调整作用时间＝V炉腹容积/(V批料容积×η压缩率)/n小时料速，h；
风温作用时间＝1个小时，h；
矩阵、矿批、负荷作用时间＝1个冶炼周期，h；
日理论产量m0＝(V分钟风量×60-V小时喷煤耗风)/V吨焦耗风/m干焦批重)×m批料铁重×24，t；
其中：V小时喷煤耗风＝m小时喷煤量×V吨煤耗风，m3；
Figure GDA0004112163530000182
w(C煤)为高炉用煤粉含碳量(％)，f煤为高炉煤粉燃烧率(％)，
Figure GDA0004112163530000183
为风中氧气含量(％)；/>
其中：
Figure GDA0004112163530000184
w(C焦)为高炉用焦炭含碳量(％)，f焦为高炉焦炭燃烧率(％)，
Figure GDA0004112163530000191
为风中氧气含量(％)，
日理论产量与实际产量铁量差＝(m0-m实)/m0×100％，m3；
炉渣理论碱度R2计算：
Figure GDA0004112163530000192
其中：(CaOc,o)为入炉批料焦炭、矿石等各物料的合计CaO含量，(SiO2)为入炉批料焦炭、矿石等各物料的合计SiO2含量；
为便于描述矿批在开炉冶炼进程调剂幅度，定义矿批与具体高炉的全容积倍数R矿批/全容积；
R矿批/全容积＝m矿石批重×100/V高炉全容积；
m每环矿石布料量＝m矿批重/布矿环数，kg/环；
m每环焦炭布料量＝m焦批重/布矿环数，kg/环；
为便于描述基础矩阵调整在开炉冶炼进程中对高炉边缘气流的影响幅度，定义布料全档位焦矿角度差R布料焦矿角度差；
Figure GDA0004112163530000193
其中：
Figure GDA0004112163530000194
为布料矩阵中焦炭布料各个档位角度数值(°)，P焦炭1,2,3…为布料矩阵中焦炭布料各个档位角度下的布料环数，n焦为矩阵中焦炭布料总环数，/>
Figure GDA0004112163530000195
为布料矩阵中矿石布料各个档位角度数值(°)，P矿石1,2,3…为布料矩阵中矿石布料各个档位角度下的布料环数，n矿为矩阵中矿石布料总环数。
实施例2
本实施例的高炉开炉方法，针对某1350m3级高炉大修开炉，包括如下步骤：
步骤(1)、配料
1.1、开炉装入料配料：
烧结矿60％、球团矿20％、块矿20％、矿石16000kg、焦炭8075kg(干量)、石灰石350kg、白云石580kg、硅石0kg；
上述烧结矿、球团矿和块矿的百分比之和为100％，焦炭、石灰石、白云石和硅石的质量为每批料单独的投入量，其中石灰石、白云石在空料中加入(不带矿石的料)；
1.2、开炉送风料动后炉料配料：
烧结矿60～70％、球团矿22～30％、块矿0～18％、矿石16000～34000kg、焦炭8000～8500kg(干量)；
在开炉期各个阶段矿焦在范围内有其具体值；
开炉装入料及开炉期所用矿石、焦炭、煤粉化学分析及性能如表2.1～2.3所示；
表2.1开炉期矿石、熔剂化学分析
品种 Tfe SiO2 CaO MgO S Al2O3 TiO2 K2O Na2O FeO MnO 堆比重
单位 ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ t/m3
烧结 51.80 6.52 13.33 2.30 0.072 2.35 0.41 0.129 0.073 8.800 0.76 1.950
球团 60.50 9.50 0.76 0.77 0.017 2.09 0.987 0.118 0.328 1.600 0.091 2.500
块矿 53.73 17.76 2.04 0.77 0.023 2.060 0.462 0.122 0.754 1.037 2.280
石灰石 0.63 3.94 52.19 0.64 0.018 0.44 0.81 1.480
白云石 0.71 0.20 32.28 20.03 0.016 0.09 0.91 1.580
硅石 98.00 0.02 0.45 0.70 1.58
表2.2开炉期焦炭理化分析
项目 H2O A S H2O结 V C M40 M10 SRI CSR
单位 ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％
数值 5.00 14.73 0.585 0.231 1.05 84.55 82.96 5.76 29.39 64.87
表2.3开炉期煤粉化学分析
项目 水份 挥发份 灰份 硫 固定碳 粒度(200目)
单位 ％ ％ ％ ％ ％ ％
数值 1.09 7.47 12.41 0.72 77.01 65.82
步骤(2)、高炉布料规律及基础矩阵确定
根据实施例1的公式、定义、概念和计算方法，本实施例到以下结果：得到依次最大至最小各个溜槽倾动角度下的炉料落点值如表2.4所示；得到不同料线下对应11等分圆环1～6米各个圆环中点值和对应的11个实际档位角度，暂定开炉基础矩阵及其深料线下的补偿矩阵如表2.5所示；
表2.4高炉各个溜槽倾动角度下的炉料落点值
Figure GDA0004112163530000211
续表2.4
Figure GDA0004112163530000212
表2.5高炉开炉基础矩阵及其深料线下的补偿矩阵
Figure GDA0004112163530000213
Figure GDA0004112163530000221
步骤(3)、开炉配料计算及装料确定
按照CN104313214A的方法得到高炉各部位填充物料数量及入炉装料顺序表如表2.6所示；根据装料实测时得到料流调节阀开度—排料流量指数关系式。得到本实施例开炉料装料至6m；
表2.6高炉各部位填充物料数量及入炉装料顺序表
Figure GDA0004112163530000222
步骤(4)、确定开炉头次铁出铁时间
本实施例高炉装入开炉料理论铁量、死铁层安全容铁量及其他相关参数如表2.7所示。本例开炉3.5小时后料动，其余时间按照前述计算方法依次为：本实施例高炉炉腰+炉腹容积与炉缸+死铁层容积之差为51.73m3，燃烧该部分相差容积容纳焦炭所需要时间t2为0.79h；从表2.7，高炉开炉料的理论铁量与死铁层安全容铁量之差为-143.0吨，为提供填充死铁层安全容铁量所需要的新增料批数所需要的时间t3为3.33h；t4为开炉风量条件下新增加正料的冶炼周期，本例为12.23h；
本例风量下，小时料批4.78批，小时理论铁量42.82吨，按照出铁两罐(120吨以内)，出铁1.0～1.5h，得到适宜头次铁量所需要的冶炼时间t5为2.0小时(理论出铁量128.46吨)，确定开炉头次铁出铁时间21.85h；
步骤(5)、本实施例开炉送风后21小时出铁，出铁量135吨；头次铁w(【Si】)5.25％，炉渣碱度R2为1.22，铁水温度1529℃；自料动后顺畅，制度、冶炼参数可调；头次铁出尽后第五个冶炼周期启动喷煤31kg/t；喷煤后29小时(约4.5个周期)富氧4000m3/h(风口剩余1个，富氧率1.50％)；开炉第五天实现全风口作业，第7天达到平均w(【Si】)0.58％，数据详见步骤(6)相关列表；
步骤(6)、冶炼进程中上下部操作制度及综合冶炼参数按以下参数控制：
各个阶段冶炼强度(风量、富氧、喷煤)下涉及冶炼周期、因素作用时间的喷煤调整数量、矿批及焦炭负荷的调整趋势和幅度、理论冶炼强度(理论产量)及与实际出铁铁量差控制与实施结果如表2.7所示；冶炼进程中进风风口面积的调整、风量、风速、鼓风动能、风温、风压、顶压、透气性、顶温、富氧数量、理论燃烧温度、入炉风量与全容积比、矿批与全容积比等冶炼参数的控制、冷却总水压、循环水温差控制与实施时间、幅度及计算结果，如表2.8所示；炉料结构、焦炭负荷、喷煤调整在随着炉温控制进程下，以预计达到既定w(【Si】)值下炉渣碱度R2值及燃料比的控制与实施如表2.9所示；随着矿批、焦批调整时各个阶段阶段矩阵以基础矩阵为基，进行的档位角及各个档位角布料环数的调整(每环矿石布料量、每环焦炭布料量、以及该矩阵条件下焦矿角度差)的控制与实施如表2.10所示；开炉各个期间得到的渣铁成分分析如表2.11所示；特别地，在接近正常指标时，下一步的调剂严格按照以上一步参数调剂后的作用周期进行调整；
表2.8开炉涉及冶炼周期、理论冶炼强度等的相关控制与实施
时间 入炉风量 料批 腾容积 矿批 焦批 批料容积 冶炼周期 有效容积 小时煤量 富氧率
单位 m3/min 批 m3 kg kg m3 pi m3 kg ％
6米料线 1712 4.78 87 16000 8075 18 59 1099 0 0.00
第1日 1802 5.04 87 19000 8075 18 67 1169 0 0.00
第2日 2709 7.63 178 21500 8430 21 58 1169 0 0.00
第3日 3096 9.17 287 25000 7562 22 57 1169 3375 0.00
第4日 3404 9.61 401 26500 7125 22 57 1169 9995 0.00
第5日 3495 8.83 506 31000 7771 25 50 1169 15300 1.50
第6日 3533 8.94 613 31000 7771 25 50 1169 16274 1.86
第7日 3527 9.08 711 32000 8018 25 49 1169 18136 2.51
第8日 3522 9.47 812 32000 8018 25 49 1169 16759 2.92
第9日 3515 9.02 919 33000 7866 26 48 1169 17892 3.18
第10日 3583 8.98 1026 34000 8075 26 47 1169 18421 3.30
续表2.8
Figure GDA0004112163530000241
/>
Figure GDA0004112163530000251
表2.9开炉冶炼参数控制与实施时间、幅度及计算结果
Figure GDA0004112163530000252
续表2.9
Figure GDA0004112163530000253
/>
Figure GDA0004112163530000261
表2.10开炉炉料结构调整炉渣碱度R2值及燃料比的控制与实施
Figure GDA0004112163530000262
表2.11开炉各阶段矩阵参数调整的控制与实施
Figure GDA0004112163530000263
/>
Figure GDA0004112163530000271
表2.12开炉各个期间渣铁成分分析
Figure GDA0004112163530000272
步骤(7)、正常强化冶炼阶段步骤
在冶炼进程控制末期达到本例高炉装备、原燃料条件下的利用系数、燃料比、铁水成分等强化冶炼参数、指标。即，高炉利用系数>3.10t/(m3.d)、燃料比<550kg/t、铁水w(【Si】)0.40～0.65％、脱硫系数>20.0％等强化冶炼参数、指标如表2.13所示；并且，炉况稳定顺行，为进一步增产降耗奠定基础。
表2.13高炉开炉期各个阶段主要控制参数、指标汇总表
时间 矿批 干焦批 烧结矿 球团矿 块矿 品位 渣比 堵风口 富氧率 小时煤量
单位 kg kg ％ ％ ％ ％ kg/t 个 ％ kg
装炉料 16000 8075 60 22 18 54.06 536 10 0.00 0
第1日 19000 8075 60 22 18 54.06 536 8 0.00 0
第2日 21500 8430 60 22 18 54.31 497 5 0.00 0
第3日 25000 7562 62 25 15 54.23 482 3 0.00 3375
第4日 26500 7125 68 25 7 54.11 483 2 0.00 9995
第5日 31000 7771 70 25 5 54.07 482 1 1.50 15300
第6日 31000 7771 70 25 5 54.07 483 0 1.86 14774
第7日 32000 8018 70 27 3 54.21 480 0 2.51 16336
第8日 32000 8018 70 30 0 54.41 471 0 2.92 15259
第9日 33000 7866 70 30 0 54.41 469 0 3.18 18392
第10日 34000 8075 70 30 0 54.41 469 0 3.30 18421
续表2.13
Figure GDA0004112163530000281
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高炉开炉头次出铁时间的计算方法，其特征在于：按以下进行：
头次铁出铁时间t＝t1+t2+t3+t4+t5；
其中，t1为高炉开炉加风后料动时间；t2为燃烧高炉炉腰+炉腹容积减去炉缸+死铁层容积剩余容纳焦炭所需要时间；t3为提供包含高炉装入开炉料的理论铁量填充死铁层安全容铁量所需要的新增料批数所需要的时间；t4为具体开炉风量条件下新增加正料的冶炼周期；t5为得到适宜头次铁量所需要的冶炼时间；
t2＝(V(炉腰+炉腹)-V(炉缸+死铁层))×r(焦堆比重)×V吨焦风耗/(V小时入炉风量)；
其中：V(炉腰+炉腹)-炉腰容积与炉腹容积之和；
V(炉缸+死铁层)-炉缸容积与死铁层容积之和；
V小时入炉风量指的是每小时进入高炉的风量；
r(焦堆比重)-焦炭堆比重，t/m3；
V吨焦风耗-燃烧1吨焦炭需要的风量，m3/t；
V吨焦风耗＝(1000×w(C)×f/24)×22.4/M0；
其中：w(C)为高炉用焦炭含碳量，f为高炉焦炭风口前燃烧率，M0为鼓风中氧气含量；
t3＝(M死铁层-M开炉料)/M批料理论铁量/n小时料速；
其中：M死铁层-高炉死铁层应容纳的安全容铁量，t；
M死铁层＝V死铁层容积×r(铁堆比重)×0.60，t；
M开炉料-高炉装入的开炉料的理论出铁量，t；
Figure FDA0004112163520000021
其中：mc,s,o为装入开炉物料的重量，w(TFec,s,o)为装入开炉物料的品位；ηFe为铁回收率；[Fe]为铁水中铁元素的百分含量；
n小时料速为每小时的下料速度，单位：批/小时；
t4＝V有效容积/(V批料容积×η压缩率)/n小时料速；
t5＝M适宜铁量/M批料铁量/n小时料速。
2.一种高炉开炉方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)、配料
步骤(2)、高炉布料规律及基础矩阵确定
依次得到具体高炉各个溜槽倾动角度下的炉料落点值、按照对应等分圆环1～6米不同料线下各个圆环中点值，再根据落点值—角度对应值，利用内插法由已知不同料线的n个落点值计算得到对应实际档位角度；再结合具体条件下的料流半径和计算得到的碰点位置确定开炉基础矩阵；
步骤(3)、开炉配料计算及装料确定
获取具体高炉容积尺寸下的各部位填充物料数量及入炉装料顺序表；获取装料实测时得到具体装备的布料规律：环数-开度；重量-开度二次多项式或指数关系式；
步骤(4)、头次出铁时间确定
根据权利要求1所述的方法确定开炉头次铁出铁时间；
步骤(5)、开炉后冶炼进程控制
以头次铁后2～4个冶炼周期启动喷煤；3～5天内实现全风口作业；未捅开风口剩余1～2个时启动富氧；3～6天内w(【Si】)0.45～0.65％；
步骤(6)、冶炼进程中上下部操作制度及综合冶炼参数控制
步骤(7)、正常强化冶炼。
3.根据权利要求2所述的高炉开炉方法，其特征在于：步骤(1)中，开炉前装入料的空料组成为：焦炭4000～8500kg/批料，石灰石0～1000kg/批料，白云石0～1000kg/批料；所述开炉前装入料的正常料组成为：矿石9000～16000kg/批料，焦炭4000～8500kg/批料，硅石0～1000kg/批料；开炉送风料动后炉料配料按以下进行：烧结矿60～77％、球团矿22～30％、块矿0～18％、矿石9000～34000kg/批料、焦炭3800～9000kg/批料。
4.根据权利要求2所述的高炉开炉方法，其特征在于：步骤(2)中，包括在料线为2～6米时的基础矩阵补偿角度。
5.根据权利要求2所述的高炉开炉方法，其特征在于：步骤(3)中，对于1000m3以上高炉，开炉料装料实测至6m，对于1000m3以下高炉，开炉料装料实测至4m；在高炉中修开炉不需要测定布料规律时，拉料至8米，基本规律测定后，即加风0.02Mpa，然后继续装料至6米，再进入送风开炉步骤。
6.根据权利要求2所述的高炉开炉方法，其特征在于：步骤(6)中，控制方法如下：
进风风口面积的调整，以风速或鼓风动能维持或下行幅度<10％为原则，确定冶炼参数；限制条件：顶压<压差，顶温<300℃，风温8小时增加幅度<100℃；w(【Si】)下行幅度在>2.50％时<1.0％/周期，在<0.70％时<0.2％/周期；喷煤调整数量、时间在未达产达标前以维持矿批、负荷调整反应达到时综合燃料比不上升为原则，富氧数量以控制理论燃烧温度上升幅度<3.0％，堵风口剩余1～3个时入炉风量达到全风90％以上，入炉风量与全容积比2.50～2.70，理论冶炼强度趋向正常值为方向，即利用系数>2.80％之后增产幅度<3.0％；炉料结构、焦炭负荷的调整是随着炉温进程控制，以在预计达到w(【Si】)值下炉渣碱度R2达到预定范围内数值，即w(【Si】)>2.00％，R2范围0.98～1.05；w(【Si】)<2.00％，R2范围1.03～1.10。
7.根据权利要求6所述的高炉开炉方法，其特征在于：步骤(6)中，趋势是烧结矿、球团矿比例增加、块矿比例减少；矿批以达到具体高炉的合理容积倍数范围内增加，合理容积倍数为富氧后范围2.50～2.90，容积大者取下限，阶段矩阵以基础矩阵为基随着矿批的变化进行档位角及各个档位角布料环数的调整，趋势为：每环矿石布料量保持稳定，每环焦炭布料量渐次减少，综合以该矩阵条件下焦矿角度差渐次降低为判断依据，降幅为每次幅度<1°。
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