CN112668148B - 一种高钛型高炉上部气流分布情况与炉况判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉气流分布情况的判定方法。本发明提供的了高炉气流分布情况的判断方法，仅利用高负荷区域冷却壁的热负荷数据经过简单计算就能较为准确地判断高炉上部气流分布情况，而且还能基于此判定高炉的炉况，简单、高效、实用，同时还能适用于高钛型高炉。本发明基于高负荷区域(炉腹、炉腰、炉身下一段)冷却壁的热负荷及渣皮生成数据，即可快速判定高炉上部气流分布情况及高炉炉况，达到简单、高效判定高炉炉况的目的。

Description

一种高钛型高炉上部气流分布情况与炉况判定方法

技术领域

本发明属于高炉气流分布模拟计算技术领域，涉及一种高炉气流分布情况的判断方法，尤其涉及一种高钛型高炉上部气流分布与炉况判定方法。

背景技术

高炉是指横断面为圆形的炼铁竖炉，通常选用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭(有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，铁水一起从铁口排出，经撇渣器分离出来。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

高炉是当前对铁氧化物还原最高效的工艺设备、炼钢工艺原材料的主要生产者，如在生产过程中出现问题，会延误和影响整个生产工艺的正常进行。但是由于在实际的生产过程中高炉内部是高温度、高压力、密闭复杂并且恶劣的环境，冶金过程很难进行实时的监测，因此，尽早的发现高炉炉况的异常波动并采取及时措施进行调整对高炉的稳定顺行至关重要。为此，国内外科研工作者开发了许多高炉专家系统综合判定高炉炉况，但是这些系统往往复杂，实用性并不高。特别是对于高钛型高炉，由于TiC、TiN、Ti(C,N)的存在，渣铁分离比普通高炉更为困难，受异常炉况的影响更大，而且目前针对高钛型高炉气流分布与炉况判断的方法较少。

因此，如何找到一种高炉气流分布情况的判断方法，特别是针对于高钛型高炉上部气流分布与炉况判定方法，已成为本领域诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高炉气流分布情况的判断方法，特别是一种高钛型高炉上部气流分布与炉况判定方法。本发明提供的判断方法，基于高负荷区域(炉腹、炉腰、炉身下一段)冷却壁的热负荷及渣皮生成数据即可快速判定高炉上部气流分布情况及高炉炉况，达到简单、高效判定高炉炉况的目的。

本发明提供了一种高炉气流分布情况的判定方法，包括以下步骤：

1)将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；

2)基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；

3)基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；

4)基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

优选的，所述采集的方式包括实时检测、实时计算和计算分析中的一种或多种；

所述高炉高负荷区域包括高炉炉腹、高炉炉腰和高炉炉身下一段。

优选的，所述采集的周期大于等于10天；

将H为设置为100～150mm，代入关系式(1)，计算得到临界热负荷Q_c。

优选的，所述步骤1)中计算的过程为：

将各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度的均值的80％作为H的数值，代入关系式(1)，计算得到临界热负荷Q_c。

优选的，所述比对的具体方式为：

当

时，则高炉上部边缘气流未受到抑制，记为[A]类情况；

当

时，则高炉上部边缘气流受到抑制，记为[B]类情况；

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；

分别为各个冷却段的冷却壁热负荷均值；Q_c为临界热负荷；

所述高炉上部包括高炉炉腹、高炉炉腰和高炉炉身。

优选的，所述得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值的具体公式为：

ΔQ_n＝Q_max-n-Q_min-n (2)；

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差；Q_max-n为第n个冷却段各个冷却壁热负荷中的最大值；Q_min-n为第n个冷却段各个冷却壁热负荷中的最小值。

优选的，所述步骤3)中计算的具体公式为：

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；σ_n为第n个冷却段气流分布的均匀性；ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差；

为第n个冷却段的冷却壁热负荷均值。

优选的，所述气流分布均匀性指标的均值

为σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n的平均值；其中，σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n分别为第1个到第n个冷却段气流分布的均匀性。

优选的，所述得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况的具体过程为：

(1)在[A]类情况下：

当

时，则高炉上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，则高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况不稳定，急需调整；

(2)在[B]类情况下：

当

时，则高炉高负荷区域渣皮厚度分布均匀，上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉高负荷区域渣皮厚度分布开始出现异常，但由于上部边缘气流受到抑制，上部气流分布仍然表现为正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，认为高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况不稳定，急需调整；

其中，

为气流分布均匀性指标的均值。

本发明提供了一种高炉气流分布情况的在线判定系统，包括以下步骤：

计算单元，将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；

比对单元，基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；

综合计算单元，基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；

判定单元：基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

本发明提供了一种高炉气流分布情况的判定方法，包括以下步骤：首先将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；H＝f(Q)(1)；其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；然后基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；再基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；最后基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。与现有技术相比，本发明针对现有的综合判定高炉炉况的系统，存在统复杂，实用性不高，特别对于高钛型高炉，受异常炉况的影响更大，而且还少有对高钛型高炉气流分布与炉况判断的方法的缺陷。

本发明提供了一种高炉气流分布情况的判断方法，仅利用高负荷区域冷却壁的热负荷数据经过简单计算就能较为准确地判断高炉上部气流分布情况，而且还能基于此判定高炉的炉况，简单、高效、实用，同时还能适用于高钛型高炉。

本发明基于高负荷区域(炉腹、炉腰、炉身下一段)冷却壁的热负荷及渣皮生成数据，即可快速判定高炉上部气流分布情况及高炉炉况，达到简单、高效判定高炉炉况的目的。

验证结果表明，经现场实时采集数据得到的模型计算结果与高炉实际炉况吻合度较高，表明所建立的计算模型能比较准确地反映高炉气流分布与炉况变化情况。

附图说明

图1为本发明提供的高炉气流分布情况与炉况的判断方法的流程示意图；

图2为本发明提供的某高炉的热负荷与渣皮厚度的数据及拟合曲线。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明所有名词表达和简称均属于本领域常规名词表达和简称，每个名词表达和简称在其相关应用领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据名词表达和简称，能够清楚准确唯一的进行理解。

本发明提供了一种高炉气流分布情况的判定方法，包括以下步骤：

1)将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；

2)基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；

3)基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；

4)基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

本发明首先将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷，w/(m2·s)；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度，即该冷却壁前炉衬上的渣皮厚度，mm。

本发明原则上对所述采集的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述采集的方式优选包括实时检测、实时计算和计算分析中的一种或多种，更优选包括实时检测、实时计算和计算分析中的多种。

特别的，在本发明的判定方法中，可能存在未被叙述来源的数据和概念，本领域技术人员基于本领域常识可以知道，未被叙述来源的数据、概念或定义，均可以通过实际检测或常识理论，得到或计算得到。

本发明原则上对所述高炉高负荷区域的具体范围没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述高炉高负荷区域优选包括高炉炉腹、高炉炉腰和高炉炉身下一段。本发明对所述高炉炉身下一段的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规定义即可，本发明所述高炉炉身下一段为行业通俗说法，即指炉身部分，自下而上第一段冷却壁。

本发明原则上对所述采集的周期没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述采集的周期优选大于等于10天。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，优选将H为设置为100～150mm，更优选将H为设置为110～140mm，更优选将H为设置为120～130mm，代入关系式(1)，计算得到临界热负荷Q_c。同时，本发明还提供了具体的计算过程，所述步骤1)中计算的过程优选为：

将各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度的均值的80％作为H的数值，代入关系式(1)，计算得到临界热负荷Q_c。

在本发明中，H的数值优选根据高炉的炉型确定，可以为100～150mm，也可以有上述方式计算后得到，特别的，当计算值超出该范围时，以该范围作为临界值。

本发明再基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况。

本发明原则上对所述比对的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述比对的具体方式优选为：

当

时，则高炉上部边缘气流未受到抑制，记为[A]类情况。即不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值中的最大值大于临界热负荷时，则高炉上部边缘气流未受到抑制。

当

时，即不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值中的最大值小于临界热负荷时，则高炉上部边缘气流受到抑制，记为[B]类情况。即不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值的最大值都小于等于临界热负荷时。

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；

分别为各个冷却段的冷却壁热负荷均值；Q_c为临界热负荷；

本发明原则上对所述高炉上部的具体范围没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述高炉上部优选包括高炉炉腹、高炉炉腰和高炉炉身。

本发明原则上对所述极差值的得到过程没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值的具体公式优选为：

ΔQ_n＝Q_max-n-Q_min-n (2)；

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差，w/(m²·s)；Q_max-n为第n个冷却段各个冷却壁热负荷中的最大值，w/(m²·s)；Q_min-n为第n个冷却段各个冷却壁热负荷中的最小值，w/(m²·s)。

本发明然后基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标。

本发明原则上对所述计算的具体过程没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述步骤3)中计算的具体公式优选为：

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；σ_n为第n个冷却段气流分布的均匀性；ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差；

为第n个冷却段的冷却壁热负荷均值。

本发明最后基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述气流分布均匀性指标的均值

优选为σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n的平均值；其中，σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n分别优选为第1个到第n个冷却段气流分布的均匀性。

本发明原则上对所述得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况的具体过程没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、炉体情况以及计算要求进行选择和调整，本发明为更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，所述得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况的具体过程优选为：

(1)在[A]类情况下：

当

时，则高炉上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，则高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况不稳定，急需调整；

(2)在[B]类情况下：

当

时，则高炉高负荷区域渣皮厚度分布均匀，上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉高负荷区域渣皮厚度分布开始出现异常，但由于上部边缘气流受到抑制，上部气流分布仍然表现为正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，认为高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况不稳定，急需调整；

其中，

为气流分布均匀性指标的均值。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的提高判定方法和结果的准确性和实时性，进一步优化和简化判定方法，提高判定方法的适用宽度，上述高炉气流分布情况的判定方法具体可以为以下步骤：

步骤一：计算判定所需的临界热负荷

针对所判定高炉一段时期的高负荷区域冷却壁的热负荷Q与相应的热面所生成的渣皮厚度H数据，拟合得到该高炉冷却壁渣皮厚度与热负荷的拟合关系式：

H＝f(Q) (1)

式中：Q为单块冷却壁的热负荷，w/(m²·s)；H为该冷却壁前炉衬上的渣皮厚度，mm。

式(1)中代入H＝100～150mm时，具体可以125mm，得到判定所需的临界热负荷Q_c。

步骤二：判断高炉上部边缘气流是否受到抑制

采集计算所需的实时数据(高负荷区域冷却壁热负荷数据)并判断其合理性，剔除不正常数据。首先，计算不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值

其中n为高负荷区域的冷却段数量。

当

时，即不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值中的最大值都大于临界热负荷，因此高炉上部边缘气流未受到抑制，记为[A]类情况。

当

时，即不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值中的最大值都小于临界热负荷，因此高炉上部边缘气流受到抑制，记为[B]类情况。

步骤三：计算气流分布均匀性

计算每个冷却段的冷却壁热负荷的极差值ΔQ_n，计算公式如下：

ΔQ_n＝Q_max-n-Q_min-n (2)

式中：ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差，w/(m²·s)；Q_max-n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的最大值，w/(m²·s)；Q_min-n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的最小值，w/(m²·s)。

然后，计算不同冷却段气流分布的均匀性指标σ_n，计算公式如下：

式中：σ_n为第n个冷却段气流分布的均匀性，其中n取1、2、3、……。

步骤四：判断高炉炉况

计算气流分布均匀性指标的均值

即取σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n的平均值。

(1)在[A]类情况下：

当

时，认为高炉上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，认为高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，认为高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况非常不稳定，急需调整。

(2)在[B]类情况下：

当

时，认为高炉高负荷区域渣皮厚度分布均匀，上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，认为高炉高负荷区域渣皮厚度分布开始出现异常，但由于上部边缘气流受到抑制，上部气流分布仍然表现为正常，且炉况稳定；

当

时，认为高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，认为高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况非常不稳定，急需调整。

参见图1，图1为本发明提供的高炉气流分布情况与炉况的判断方法的流程示意图。

本发明还提供了一种高炉气流分布情况的在线判定系统，包括以下步骤：

计算单元，将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；

比对单元，基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；

综合计算单元，基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；

判定单元：基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

本发明上述步骤提供了一种高钛型高炉上部气流分布与炉况判定方法。本发明，仅利用高负荷区域冷却壁的热负荷数据经过简单计算就能较为准确地判断高炉上部气流分布情况，而且还能基于此判定高炉的炉况，简单、高效、实用，同时还能适用于高钛型高炉。

本发明基于高负荷区域(炉腹、炉腰、炉身下一段)冷却壁的热负荷及渣皮生成数据，即可快速判定高炉上部气流分布情况及高炉炉况，达到简单、高效判定高炉炉况的目的。

验证结果表明，经现场实时采集数据得到的模型计算结果与高炉实际炉况吻合度较高，表明所建立的计算模型能比较准确地反映高炉气流分布与炉况变化情况。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高炉渣皮厚度的判定方法、高炉渣皮厚度的合理性的判断方法和高炉炉墙残存厚度的判定和判定方法、高炉炉型的在线计算系统进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

实施例1

步骤一：计算判定所需的临界热负荷

针对某钢铁公司高炉一段时期的高负荷区域冷却壁的热负荷Q与相应的热面所生成的渣皮厚度H数据，拟合得到该高炉冷却壁渣皮厚度与热负荷的拟合关系式。

参见图2，图2为本发明提供的某高炉的热负荷与渣皮厚度的数据及拟合曲线。如图2所示：

H＝a(1-e^(-bQ))^c (1)

式中，H为渣皮厚度，mm；Q为热负荷，w(m²·s)；a，b，c为常数，具体取值详见图2。

式(1)中代入H＝125mm时，得到判定所需的临界热负荷Q_c＝8735w(m²·s)。

步骤二：判断高炉上部边缘气流是否受到抑制

采集计算所需的实时数据(高负荷区域冷却壁热负荷数据)。

参见表1，表1为本发明提供的某时间点高炉高负荷区域冷却壁的热负荷实时采集数据。

表1

如表1所示，并判断其合理性，剔除不正常数据。由于该高炉高负荷区域有4段冷却壁，分别为第6、7、8、9段，因此依次计算不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值

分别为14945.94、18221.79、17703.91和14527.9w(m²·s)。

由于

时，即不同高度冷却段的冷却壁热负荷均值的最大值都大于临界热负荷，因此高炉上部边缘气流未受到抑制，记为[A]类情况。

步骤三：计算气流分布均匀性

计算每个冷却段的冷却壁热负荷的极差值ΔQ_n，计算公式如下：

ΔQ_n＝Q_max-n-Q_min-n (2)

式中：ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差，w/(m²·s)；Q_max-n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的最大值，w/(m²·s)；Q_min-n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的最小值，w/(m²·s)。

然后，计算不同冷却段气流分布的均匀性指标σ_n，计算公式如下：

式中：σ_n为第n个冷却段气流分布的均匀性，其中n取1、2、3、4。

代入根据表1中数据，计算得到σ₁＝0.66、σ₂＝0.78、σ₁＝1.58与σ₁＝0.97。

步骤四：判断高炉炉况

计算气流分布均匀性指标的均值

即取σ₁、σ₂、σ₃、σ₄的平均值，约为0.9975。

由于高炉处于在[A]类情况下，且

可以认为此时高炉上部气流分布正常，且炉况表现稳定，但

的值接近于1.0处在炉况不稳定的边缘，需要警惕。

以上对本发明提供的一种高炉渣皮厚度的判定方法、高炉渣皮厚度的合理性的判断方法和高炉炉墙残存厚度的判定和判定方法、高炉高温区域操作炉型在线计算系统进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种高炉气流分布情况的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；

2)基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；

3)基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；

4)基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

2.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，所述采集的方式包括实时检测、实时计算和计算分析中的一种或多种；

所述高炉高负荷区域包括高炉炉腹、高炉炉腰和高炉炉身下一段。

3.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，所述采集的周期大于等于10天；

将H为设置为100～150mm，代入关系式(1)，计算得到临界热负荷Q_c。

4.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，所述步骤1)中计算的过程为：

将各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度的均值的80％作为H的数值，代入关系式(1)，计算得到临界热负荷Q_c。

5.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，所述比对的具体方式为：

当

时，则高炉上部边缘气流未受到抑制，记为[A]类情况；

当

时，则高炉上部边缘气流受到抑制，记为[B]类情况；

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；

分别为各个冷却段的冷却壁热负荷均值；Q_c为临界热负荷；

所述高炉上部包括高炉炉腹、高炉炉腰和高炉炉身。

6.根据权利要求5所述的判定方法，其特征在于，所述得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值的具体公式为：

ΔQ_n＝Q_max-n-Q_min-n (2)；

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差；Q_max-n为第n个冷却段各个冷却壁热负荷中的最大值；Q_min-n为第n个冷却段各个冷却壁热负荷中的最小值。

7.根据权利要求5所述的判定方法，其特征在于，所述步骤3)中计算的具体公式为：

其中，n为高负荷区域的冷却段的段数；σ_n为第n个冷却段气流分布的均匀性；ΔQ_n为第n个冷却段不同冷却壁热负荷的极差；

为第n个冷却段的冷却壁热负荷均值。

8.根据权利要求5所述的判定方法，其特征在于，所述气流分布均匀性指标的均值

为σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n的平均值；其中，σ₁、σ₂、σ₃、……、σ_n分别为第1个到第n个冷却段气流分布的均匀性。

9.根据权利要求5所述的判定方法，其特征在于，所述得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况的具体过程为：

(1)在[A]类情况下：

当

时，则高炉上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，则高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况不稳定，急需调整；

(2)在[B]类情况下：

当

时，则高炉高负荷区域渣皮厚度分布均匀，上部气流分布正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉高负荷区域渣皮厚度分布开始出现异常，但由于上部边缘气流受到抑制，上部气流分布仍然表现为正常，且炉况稳定；

当

时，则高炉上部气流分布不均匀，且炉况开始出现异常；

当

时，认为高炉上部气流分布非常紊乱，且炉况不稳定，急需调整；

其中，

为气流分布均匀性指标的均值。

10.一种高炉气流分布情况的在线判定系统，其特征在于，包括以下步骤：

计算单元，将采集的高炉高负荷区域各单块冷却壁的热负荷数值与采集的各单块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度数值进行拟合，得到关系式(1)，并基于关系式(1)计算得到临界热负荷；

H＝f(Q) (1)；

其中，Q为单块冷却壁的热负荷；H为该块冷却壁相应的热面所生成的渣皮厚度；

比对单元，基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段的冷却壁热负荷均值，再与上述步骤得到的临界热负荷进行比对，得到高炉上部边缘气流情况；

综合计算单元，基于采集的各个冷却段的高炉高负荷区域冷却壁的热负荷数值和采集的高炉高负荷区域单块冷却壁的热负荷数值，得到各个冷却段中单个冷却段的所有冷却壁热负荷的极差值，再与上述步骤得到的各个冷却段的冷却壁热负荷均值进行计算，得到各个冷却段的气流分布的均匀性指标；

判定单元：基于上述步骤得到的各个冷却段的气流分布的均匀性指标，得到气流分布的均匀性指标的均值，结合上述步骤得到的高炉上部边缘气流情况，得到高炉气流分布情况和/或高炉炉况。

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