发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种简单、高效的判定高炉炉况的高炉上部压力分布与炉况判定方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种高炉上部压力分布与炉况判定方法,所述的判定方法先采集炉况稳定顺行条件下的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得炉况稳定顺行条件下的临界压差Pc和临界波动值εc,然后采集需要判定炉况高炉实际运行过程中的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得该高炉运行时的高炉上部中心压差Pcd和压力分布均匀性指标的最大值εmax,最后将Pcd与Pc进行比较来判断高炉运行时的炉内情况,
若0.95Pc<Pcd<1.05Pc,则判定为高炉上部中心压力分布正常,炉况正常;并在此基础上通过比较εc与εmax的关系判高炉炉况在不同类型情况下的发展趋势,
若Pcd≤0.95Pc或Pcd≥1.05Pc,则判定为高炉上部中心压力分布异常,高炉发生波动炉况异常,
其中,
式中P
c为临界压力,单位为kPa;
和
分别为同一时间下高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,单位为kPa,其中i为常数,取1、2、3、……;n为常数,表示所采集的数据总数量;
Pcd=Pw-Ptop,式中Pcd为高炉上部中心压差,单位为kPa;Pw和Ptop分别为高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,单位为kPa;
ε
max=max(ε
1,ε
2,ε
3,…,ε
m),式中
ε
m为第m层压力分布的均匀性,m取1、2、3、……,
为不同高度静压力均值,ΔP
m为第m层静压力极差。
进一步的是,在计算高炉上部中心压差Pcd时,需要对采集的实时数据进行合理性判断,剔除不正常的数据。
上述方案的优选方式是,在计算不同高度静压力均值
时,需先对炉墙静压力数据进行分类编号,以位于同一高度平面的静压力数据记为同一层数据,沿风口平面向炉顶方向,以距离风口平面上方的第一层静压力数据记为编号“1”,第二层数据记为编号“2”,……,依次类推,靠近炉顶的最后一层数据记为编号“m”,然后计算不同高度层的炉墙静压力数据的均值,自风口向上到炉顶依次为
进一步的是,在计算第m层静压力极差ΔPm时,依据采集到的数据按ΔPm=Pmax-m-Pmin-m进行计算,式中Pmax-m和Pmin-m为第m层静压力数据的最大值和最小值,单位为kPa。
上述方案的优选方式是,临界波动值εc为高炉顺行期间一段时间的压力数据,按时间点分组依次代入公式ΔPm=Pmax-m-Pmin-m和εmax=max(ε1,ε2,ε3,…,εm),计算得到不同时间点下的压力分布均匀性指标最大值,记为εmax-1、εmax2、εmax-3、……、εmax-t,随后取上述数据的平均值并四舍五入取整后获得的。
进一步的是,计算出不同高度层的炉墙静压力数据的均值
后,将不同高度静压力均值
与对应的位置高度数据绘制成曲线并做平滑处理,寻找曲线变化的拐点位置S,并依据S的位置进行分类,
若拐点位置S位于炉腹,则高炉上部边缘压力分布受到抑制,记为[A]类情况;
若拐点位置S位于炉腰,则高炉上部边缘压力获得发展,记为[B]类情况;
若拐点位置S位于炉身,则高炉上部边缘压力得到强化,记为[C]类情况,
其中,拐点位置S即为曲线上切线斜率最大的点所对应的位置。
上述方案的优选方式是,比较εc与εmax的关系判高炉炉况在不同类型情况下的发展趋势时,
1)在[A]类情况下:
当εmax<1.5εc时,则可认为高炉上部压力分布正常,炉况稳定;
当1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布出现异常,但由于边缘受到抑制,上部气流分布仍然表现为正常,且炉况仍可维持稳定;
当2.0εc≤εmax<2.5εc时,认为高炉上部边缘压力分布不均匀性加重,边缘气流分布出现波动,且炉况开始出现异常;
当εmax≥2.5εc时,认为高炉上部边缘压力分布非常紊乱,边缘气流分布大幅波动且炉况非常不稳定,急需调整;
2)在[B]或[C]类情况下:
当εmax<1.5εc时,认为高炉上部压力分布正常,中心正常,边缘发展或者强化,气流分布均匀,且炉况稳定;
当1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布不均匀,边缘气流不稳定,且炉况开始出现异常;
当
时,认为高炉上部边缘压力分布非常紊乱,边缘气流失衡,且炉况非常不稳定,急需调整。
本发明的有益效果是:本申请提供的判断方法通过先采集炉况稳定顺行条件下的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得炉况稳定顺行条件下的临界压差Pc和临界波动值εc,然后采集需要判定炉况高炉实际运行过程中的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得该高炉运行时的高炉上部中心压差Pcd和压力分布均匀性指标的最大值εmax,最后将Pcd与Pc进行比较来判断高炉运行时的炉内情况,具体来说就是,若0.95Pc<Pcd<1.05Pc,则判定为高炉上部中心压力分布正常,炉况正常;并在此基础上通过比较εc与εmax的关系判高炉炉况在不同类型情况下的发展趋势;若Pcd≤0.95Pc或Pcd≥1.05Pc,则判定为高炉上部中心压力分布异常,高炉发生波动炉况异常需要进行调整,达到简单、高效的判定高炉炉况的目的。
具体实施方式
如图1、图2所示是本发明提供的一种简单、高效的判定高炉炉况的高炉上部压力分布与炉况判定方法。所述的判定方法先采集炉况稳定顺行条件下的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得炉况稳定顺行条件下的临界压差Pc和临界波动值εc,然后采集需要判定炉况高炉实际运行过程中的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得该高炉运行时的高炉上部中心压差Pcd和压力分布均匀性指标的最大值εmax,最后将Pcd与Pc进行比较来判断高炉运行时的炉内情况,
若0.95Pc<Pcd<1.05Pc,则判定为高炉上部中心压力分布正常,炉况正常;并在此基础上通过比较εc与εmax的关系判高炉炉况在不同类型情况下的发展趋势,
若Pcd≤0.95Pc或Pcd≥1.05Pc,则判定为高炉上部中心压力分布异常,高炉发生波动炉况异常,
其中,
式中P
c为临界压力,单位为kPa;
和
分别为同一时间下高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,单位为kPa,其中i为常数,取1、2、3、……;n为常数,表示所采集的数据总数量;
Pcd=Pw-Ptop,式中Pcd为高炉上部中心压差,单位为kPa;Pw和Ptop分别为高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,单位为kPa;
ε
max=max(ε
1,ε
2,ε
3,…,ε
m),式中
ε
m为第m层压力分布的均匀性,m取1、2、3、……,
为不同高度静压力均值,ΔP
m为第m层静压力极差。本申请提供的判断方法通过先采集炉况稳定顺行条件下的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得炉况稳定顺行条件下的临界压差P
c和临界波动值ε
c,然后采集需要判定炉况高炉实际运行过程中的炉顶压力值、鼓风压力值以及高炉上部炉墙侧壁静压力值,并计算获得该高炉运行时的高炉上部中心压差P
cd和压力分布均匀性指标的最大值ε
max,最后将P
cd与P
c进行比较来判断高炉运行时的炉内情况,具体来说就是,若0.95P
c<P
cd<1.05P
c,则判定为高炉上部中心压力分布正常,炉况正常;并在此基础上通过比较ε
c与ε
max的关系判高炉炉况在不同类型情况下的发展趋势;若P
cd≤0.95P
c或P
cd≥1.05P
c,则判定为高炉上部中心压力分布异常,高炉发生波动炉况异常需要进行调整,达到简单、高效的判定高炉炉况的目的。
上述实施方式中,为了提高判断准确度,并尽可能的避免出现判定的异常情况,本申请在计算高炉上部中心压差P
cd时,需要对采集的实时数据进行合理性判断,剔除不正常的数据。而且在计算不同高度静压力均值
时,需先对炉墙静压力数据进行分类编号,以位于同一高度平面的静压力数据记为同一层数据,沿风口平面向炉顶方向,以距离风口平面上方的第一层静压力数据记为编号“1”,第二层数据记为编号“2”,……,依次类推,靠近炉顶的最后一层数据记为编号“m”,然后计算不同高度层的炉墙静压力数据的均值,自风口向上到炉顶依次为
相应的,在计算第m层静压力极差ΔP
m时,依据采集到的数据按ΔP
m=P
max-m-P
min-m进行计算,式中P
max-m和P
min-m为第m层静压力数据的最大值和最小值,单位为kPa。
与此同时,本申请所述的临界波动值ε
c为高炉顺行期间一段时间的压力数据,按时间点分组依次代入公式ΔP
m=P
max-m-P
min-m和ε
max=max(ε
1,ε
2,ε
3,…,ε
m),计算得到不同时间点下的压力分布均匀性指标最大值,记为ε
max-1、ε
max2、ε
max-3、……、ε
max-t,随后取上述数据的平均值并四舍五入取整后获得的。并且在计算出不同高度层的炉墙静压力数据的均值
后,将不同高度静压力均值
与对应的位置高度数据绘制成曲线并做平滑处理,寻找曲线变化的拐点位置S,并依据S的位置进行分类,
若拐点位置S位于炉腹,则高炉上部边缘压力分布受到抑制,记为[A]类情况;
若拐点位置S位于炉腰,则高炉上部边缘压力获得发展,记为[B]类情况;
若拐点位置S位于炉身,则高炉上部边缘压力得到强化,记为[C]类情况,
其中,拐点位置S即为曲线上切线斜率最大的点所对应的位置。
比较εc与εmax的关系判高炉炉况在不同类型情况下的发展趋势时,
1)在[A]类情况下:
当εmax<1.5εc时,则可认为高炉上部压力分布正常,炉况稳定;
当1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布出现异常,但由于边缘受到抑制,上部气流分布仍然表现为正常,且炉况仍可维持稳定;
当2.0εc≤εmax<2.5εc时,认为高炉上部边缘压力分布不均匀性加重,边缘气流分布出现波动,且炉况开始出现异常;
当εmax≥2.5εc时,认为高炉上部边缘压力分布非常紊乱,边缘气流分布大幅波动且炉况非常不稳定,急需调整;
2)在[B]或[C]类情况下:
当εmax<1.5εc时,认为高炉上部压力分布正常,中心正常,边缘发展或者强化,气流分布均匀,且炉况稳定;
当1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布不均匀,边缘气流不稳定,且炉况开始出现异常;
当
时,认为高炉上部边缘压力分布非常紊乱,边缘气流失衡,且炉况非常不稳定,急需调整。
综上所述,本申请提供的技术方案,仅利用高炉上部压力数据经过简单计算就能较为准确地判断高炉上部压力分布情况及炉况,简单、高效、实用,且适用于高钛型高炉。
具体实施例
本发明的目的在于,提供一种用于高炉上部压力分布与炉况判定方法,该判定方法基于高炉上部(风口以上,包括炉腹、炉腰、炉身)的侧壁静压力数据及顶压、风压数据即可快速判定普通矿冶炼高炉(或钒钛磁铁矿冶炼高炉)的上部压力分布情况及高炉炉况,达到简单、高效判定高炉炉况的目的。
技术方案:
为实现以上目的,本发明通过以下步骤判定高炉上部压力分布与炉况:
步骤一:计算判定所需临界压差
利用所判定高炉在炉况稳定顺行条件下一段时间(至少1个月以上)的高炉压力数据,包括炉顶压力、鼓风压力与高炉上部炉墙侧壁静压力数据。首先计算临界压差,计算公式如下:
式中:P
c为临界压力,kPa;
和
分别为同一时间下高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,kPa,其中i为常数,取1、2、3、……;n为常数,表示所采集的数据总数量。
步骤二:计算高炉上部中心压差
采集计算所需的实时数据(高炉上部压力数据)并判断其合理性,剔除不正常数据。首先,计算高炉上部中心压差,计算公式如下:
Pcd=Pw-Ptop (2)
式中:Pcd为高炉上部中心压差,kPa;Pw和Ptop分别为高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,kPa。
计算高炉上部边缘压力分布
首先,对炉墙静压力数据进行分类编号,以位于同一高度平面的静压力数据记为同一层数据,沿风口平面向炉顶方向,以距离风口平面上方的第一层静压力数据记为编号“1”,第二层数据记为编号“2”,……,依次类推,靠近炉顶的最后一层数据记为编号“m”。
计算不同高度层的炉墙静压力数据的均值,自风口向上到炉顶依次为
然后将不同高度静压力均值
与对应的位置高度数据,绘制成曲线并做平滑处理,寻找曲线变化的拐点位置S,即曲线上切线斜率最大的点所对应的位置(高度及层数编号)。
若拐点位置S位于炉腹,则高炉上部边缘压力分布受到抑制,记为[A]类情况;
若拐点位置S位于炉腰,则高炉上部边缘压力获得发展,记为[B]类情况;
若拐点位置S位于炉身,则高炉上部边缘压力得到强化,记为[C]类情况。
步骤三:计算压力分布均匀性
根据表一数据,计算每层炉墙静压力数据的极差值ΔPm,计算公式如下:
ΔPm=Pmax-m-Pmin-m (3)
式中:ΔPm为第m层静压力极差,kPa;Pmax-m和Pmin-m为第m层静压力数据的最大值和最小值,kPa。
然后,计算每层压力分布的均匀性指标εm,计算公式如下:
式中:εm为第m层压力分布的均匀性,其中m取1、2、3、……。
计算压力分布均匀性指标的最大值εmax,即取ε1、ε2、ε3、……、εm的最大值,并记录最大值对应的层数编号mmax,以便查找问题所在区域,计算公式如下:
εmax=max(ε1,ε2,ε3,…,εm) (5)
根据步骤一的高炉顺行期间一段时间的压力数据,按时间点分组依次代入公式(3)、(4)和(5),计算得到不同时间点下的压力分布均匀性指标最大值,记为εmax-1、εmax2、εmax-3、……、εmax-t,随后取上述数据的平均值并四舍五入取整后设为临界波动值εc。
步骤四:判断高炉炉况
1)若0.95Pc<Pcd<1.05Pc,则可认为高炉上部中心压力分布正常,进一步判断炉况,如下:
(1)在[A]类情况下:
当εmax<1.5εc时,则可认为高炉上部压力分布正常,炉况稳定。
当1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布出现异常,但由于边缘受到抑制,上部气流分布仍然表现为正常,且炉况仍可维持稳定;
当2.0εc≤εmax<2.5εc时,认为高炉上部边缘压力分布不均匀性加重,边缘气流分布出现波动,且炉况开始出现异常;
当εmax≥2.5εc时,认为高炉上部边缘压力分布非常紊乱,边缘气流分布大幅波动且炉况非常不稳定,急需调整。
(2)在[B]或[C]类情况下:
当εmax<1.5εc时,认为高炉上部压力分布正常,中心正常,边缘发展或者强化,气流分布均匀,且炉况稳定;
当1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布不均匀,边缘气流不稳定,且炉况开始出现异常;
当εmax≥2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布非常紊乱,边缘气流失衡,且炉况非常不稳定,急需调整。
2)若Pcd≤0.95Pc或Pcd≥1.05Pc,则可认为高炉上部中心压力分布异常,高炉发生波动,炉况异常。
实施例一
为让本发明的上述特征和优点能更加明显易懂,结合附图1判定逻辑图,以某钢铁公司高炉上部压力采集数据为例,对本发明作进一步详细说明:
图1为该发明的判定逻辑图;
图2为某高炉的上部不同高度静压力数据与对应高度的曲线图。
步骤一:计算判定所需临界压差
利用所判定高炉在炉况稳定顺行条件下一段时间(至少1个月以上)的高炉压力数据,包括炉顶压力、鼓风压力与高炉上部炉墙侧壁静压力数据。首先计算临界压差,计算公式如下:
式中:P
c为临界压力,kPa;
和
分别为同一时间下高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,kPa,其中i为常数,取1、2、3、……;n为常数,表示用于判定的数据总数量。基于所判定高炉近一个月的压力数据,代入式(1)计算得到:P
c=155.7kPa。
步骤二:计算高炉上部中心压差
采集计算所需的实时数据(高炉上部压力数据)并判断其合理性,剔除不正常数据,如表一。首先,计算高炉上部中心压差,计算公式如下:
Pcd=Pw-Ptop (2)
式中:Pcd为高炉上部中心压差,kPa;Pw和Ptop分别为高炉风口鼓风压力与炉顶压力数据,kPa。代入表一中数据,计算得到Pcd=160.5kPa。
表一某时间点高炉上部压力实时采集数据
步骤二:计算高炉上部边缘压力分布
首先,对炉墙静压力数据进行分类编号,以位于同一高度平面的静压力数据记为同一层数据,沿风口平面向炉顶方向,以距离风口平面上方的第一层静压力数据记为编号“1”,第二层数据记为编号“2”,……,依次类推,靠近炉顶的最后一层数据记为编号“m”。此高炉m=8,即共8层。
根据表一数据,计算不同高度层的炉墙静压力数据的均值,自风口向上到炉顶依次为
然后将不同高度静压力均值
与对应的位置高度数据,绘制成曲线并做平滑处理,寻找曲线变化的拐点位置S,即曲线上切线斜率最大的点所对应的位置(高度),如图2所示,计算得到S≈18.6m。
由于该高炉炉腰的高度区间为15.91~18.85m,则拐点位置S位于炉腹,则高炉上部边缘压力分布受到抑制,记为[A]类情况。
步骤三:计算压力分布均匀性
根据表一数据,计算每层炉墙静压力数据的极差值ΔPm,计算公式如下:
ΔPm=Pmax-m-Pmin-m (3)
式中:ΔPm为第m层静压力极差,kPa;Pmax-m和Pmin-m为第m层静压力数据的最大值和最小值,kPa。
然后,计算每层压力分布的均匀性指标εm,计算公式如下:
式中:εm为第m层压力分布的均匀性,其中m取1、2、3、……。
计算压力分布均匀性指标的最大值εmax,即取ε1、ε2、ε3、……、εm中的最大值,代入数据到式(5)得到εmax=15.3%,并记录最大值对应的层数编号mmax=3,属于高炉炉腰区域,计算公式如下:
εmax=max(ε1,ε2,ε3,…,εm) (5)
根据步骤一的高炉顺行期间一段时间的压力数据,按时间点分组依次代入公式(3)、(4)和(5),计算得到不同时间点下的压力分布均匀性指标最大值,记为εmax-1,εmax2,εmax-3,……,εmax-t,随后取上述数据的平均值并四舍五入取整后设为临界波动值εc,经计算εc=10.0%。
步骤四:判断高炉炉况
1)由于Pcd=160.5kPa,Pc=155.7kPa,则0.95Pc<Pcd<1.05Pc,则可认为高炉上部中心压力分布正常,进一步判断炉况,如下:
根据步骤二判断可知拐点位置S位于炉腹,则高炉上部边缘压力分布受到抑制,记为[A]类情况。在此条件下,由于εmax=15.3%,εc=10.0%,则1.5εc≤εmax<2.0εc时,认为高炉上部边缘压力分布出现异常,但由于边缘受到抑制,上部气流分布仍然表现为正常,且炉况仍可维持稳定,但需要现场操作者持续关注炉况,避免恶化。