CN114139799A - 一种高炉风口进风面积的确定方法 - Google Patents

一种高炉风口进风面积的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高炉风口进风面积的确定方法，包括如下步骤：1)确定高炉运行采用的炉缸直径、高炉风量、含氧风量等参数；2)根据高炉內型计算高炉炉缸截面积，并根据炉腹煤气指数确定炉腹煤气量；3)根据含氧风量、高炉富氧量、喷吹煤粉含H2量、喷吹煤粉量和鼓风湿度计算高炉炉腹煤气量，构建高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数；4)根据线性系数建立高炉风口进风面积与高炉炉缸截面积之间的关系，计算得到的高炉风口进风面积。采用本发明所述量化方法可使高炉鼓风速度、鼓风动能、回旋区深度处于合适范围，保证高炉炉缸质量传输、热量传输、动量传输，并形成高炉煤气流的初始分布；且涉及的确定方法简便，适合推广应用。

Description

一种高炉风口进风面积的确定方法
技术领域
本发明属于高炉冶炼技术领域，具体涉及一种高炉风口进风面积的确定方法。
背景技术
高炉是竖炉型逆流式反应器。自炉顶加入的原燃料(烧结+球团+块矿+焦炭)，受到逆流而上的高温还原气体的作用(该还原气体由鼓风机鼓入的空气，经过热风炉升温再经风口进入高炉，与高炉的焦炭发生燃烧反应生成煤气)，不断被加热、分解、还原、软化、熔融、滴落、渗碳并最终形成渣铁融体而分离。
高炉中包含多种制度：如送风制度、装料制度、热制度、造渣制度、出渣出铁制度、冷却制度等。其中高炉送风制度是高炉各种制度的基础，是最重要最关键的制度。送风制度包括风量、风温、风压、炉顶压力、鼓风湿度、喷吹、进风面积、风口长度、风口布局等。其中风量、风温、风压、炉顶压力、鼓风湿度、喷吹等在高炉生产过程中可根据需要适时进行调整，其调节十分方便；而进风面积、风口长度、风口布局等只能在高炉休风状态才能调整。进风面积直接影响高炉的鼓风速度、鼓风动能、回旋区深度，影响高炉炉缸质量、热量、动量传输、影响高炉煤气流的初始分布。因此进风面积必须选择十分重要。
然而，目前高炉进风面积的选择一般简单根据高炉有效容积的大小进行确定，其量化方式缺乏一定的全面性。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种高炉合适风口进风面积的量化方法，使得高炉鼓风速度、鼓风动能、回旋区深度处于合适范围，保证高炉炉缸质量传输、热量传输、动量传输，并形成高炉煤气流的初始分布。
为实现上述技术方案，采用的技术方案为：
一种高炉风口进风面积的确定方法，包括如下步骤：
1)确定高炉运行采用的炉缸直径、高炉风量、含氧风量、高炉富氧量、喷吹煤粉量、喷吹煤粉含H2量和鼓风湿度；
2)根据高炉內型计算高炉炉缸截面积S截；根据合适的炉腹煤气指数确定炉腹煤气量；
3)根据含氧风量、高炉富氧量、喷吹煤粉含H2量、喷吹煤粉量和鼓风湿度构建高炉炉腹煤气量的计算公式，计算高炉炉腹煤气量与高炉风量(含氧风量)之间的线性系数K；
4)根据线性系数K建立高炉风口进风面积s进与高炉炉缸截面积S截之间的关系，计算得到的高炉风口进风面积s进。
上述方案中，所述高炉炉缸截面积S截＝πD2/4，D为炉缸截面半径。
上述方案中，所述炉腹煤气量＝炉腹煤气指数×高炉炉缸截面积S截。
本发明根据合适的炉腹煤气量，合理的鼓风速度(标态风速，即0℃、1大气压)等，通过风速与炉腹煤气指数的计算量化高炉风口进风面积与炉缸截面积之间的关系；再根据固定的炉缸截面积，得出高炉合适的进风面积。
炉腹煤气量为单位时间内通过高炉炉腹的煤气流量，单位m3/min；炉腹煤气指数＝炉腹煤气量/炉缸截面积。炉腹煤气成分由CO、H2和N2组成。在一定的条件下料柱的阻力大小是受通过的煤气量大小影响的，炉腹煤气量越大，料柱受到的阻力越大。因此同样风量的情况下，炉腹煤气量大，则料柱受到向上的浮力也就是阻力大。如果风量保持不变，当喷吹煤粉H2含量增加时，则炉腹煤气量增加，料柱阻力增加，压差会升高。因此高炉只能通过减少风量来维持原有的煤气量，使料柱受到的煤气阻力保持不变。
上述方案中，所述炉腹煤气量计算公式的确定方法包括如下：炉腹煤气可描述为：O2→2CO(风口前的燃烧反应)；H2→H2；H2O→H2+(1/2)CO(水煤气反应)；N2→N2；炉腹煤气成分为N2+CO+H2；炉腹煤气量的主要影响因素除风量外，还包括鼓风O2含量、鼓风湿度、喷吹煤粉挥发份(主要是H2)，其中富氧影响最大；具体计算过程包括：
①计算干风量：干风量＝含氧风量-高炉富氧量/60-含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000；
②计算炉腹煤气中CO煤气量：CO量＝干风量×0.21×2+(高炉富氧量/60)×2+含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000；
③计算炉腹煤气中N2量：N2量＝干风量×0.79+喷吹燃料挥发份中的N2量。(因喷吹燃料挥发分中主要是H，因此此项在计算中一般忽略)；
④计算炉腹煤气中H2量：H2量＝含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000+小时喷煤量/60×煤粉含H2量×22.4×1000/2；
⑤计算炉腹煤气量：炉腹煤气量＝CO量+N2量+H2量＝1.21含氧风量(F)+0.0131高炉富氧量+0.00098鼓风湿度×含氧风量(F)+186.666×小时喷煤量×煤粉含H2量；其中炉腹煤气量单位为m3/min；相关数据单位为：含氧风量m3/min，高炉富氧量m3/h，鼓风湿度g/m3，小时喷煤量t/h，煤粉含H2量％。
上述方案中，合理的炉腹煤气量由(炉缸截面积*合理的炉腹煤气指数决定)。再利用高炉富氧量、鼓风湿度、小时喷煤量和煤粉含H2量计算炉腹煤气量的公式计算出高炉含氧风量；将炉腹煤气量/高炉含氧风量，得到高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的系数K。
上述方案中，所述合适进风面积s进的确定方法包括：
V标＝F/s进； (1)
其中，V标为鼓风标准风速，m/s；F为高炉鼓风量(冷风流量，含氧风量)m3/min；s进为风口进风面积m2；
V腹＝Q/S截.；Q＝V腹/S截； (2)
其中，V腹为炉腹煤气指数m/min；Q为炉腹煤气量m3/min；s截为炉缸截面积m2；
Q＝1.21×F+0.0131×高炉富氧量+0.00098×湿×F+186.666×小时喷煤量×煤粉含H2量； (3)
其中，炉腹煤气量单位为m3/min；相关数据单位为：风量(F)m3/min，氧量m3/h，鼓风湿度(湿)g/m3，喷煤量t/h，煤粉含H2量％；
利用(2)计算出合理的炉腹煤气量Q、再根据(2)、(3)计算得到高炉合理含氧风量F，进一步计算高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数K；
Q＝K×F； (4)
由公式(1)、(2)、(3)、(4)得出
s进＝(V腹/V标/60/K)×S截(II)。
上述方案中，所述高炉合理炉腹煤气指数为64-70m/min，取中间值67；合适标态风速255-265m/s，取260m/s。
高炉只要建成，其炉缸截面积为定值，则高炉合适进风面积s进＝(67/260/1.35/60)×S截，即s进＝0.003181S截。实际过程中存在一定偏差，但误差范围在3％以内。
上述方案中，根据行业多年的生产经验拟定以下量化的基础数据：①高炉合理的标态风速255-265m/s(1500m3以下的小型高炉或4000m3以上的大型高炉除外)。②高炉较好的炉腹煤气指数64-70m/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明首次提出一种基于高炉炉缸截面积的高炉合适进风面积确定方法，该方法操作简便，并全面考虑了高炉生产时的多种影响因素，可为高炉实际生产操作提供新思路和新依据。
2)采用本发明所述量化方法，可使高炉鼓风速度、鼓风动能、回旋区深度保持合理，保证高炉炉缸质量传输、热量传输、动量传输，并形成高炉煤气流的初始分布。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述高炉风口进风面积的确定方法，包括如下步骤：
1)根据高炉內型计算出高炉炉缸截面积；S截＝πD2/4，D为炉缸截面半径；选择合适的炉腹煤气指数，并计算出合适的炉腹煤气量；
2)根据高炉风量、高炉富氧量、喷吹煤粉H2含量、鼓风湿度等具体情况计算高炉鼓风量(冷风流量)与风量之间的关系，炉腹煤气量的主要影响因素除风量外：鼓风O2含量，鼓风湿度，喷吹煤粉挥发份(主要是H2)，其中富氧影响最大；具体其计算过程为：
①计算干风量：干风量＝含氧风量-高炉富氧量/60-含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000；
②计算炉腹煤气中CO煤气量：CO量＝干风量×0.21×2+(高炉富氧量/60)×2+含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000。
③计算炉腹煤气中N2量：N2量＝干风量×0.79+喷吹燃料挥发份中的N2量。(因喷吹燃料挥发分中主要是H，因此此项在计算中一般忽略)。
④计算炉腹煤气中H2量：H2量＝含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000+小时喷煤量/60×煤粉含％H2×22.4×1000/2。
⑤综合上述，炉腹煤气量(Q)＝CO量+N2量+H2量＝1.21含氧风量(F)+0.0131高炉富氧量+0.00098湿度(湿)×含氧风量(F)+186.666×小时喷煤量×煤粉含H2量(其中，炉腹煤气量单位为m3/min；相关数据单位为：风量m3/min，氧量m3/h，鼓风湿度g/m3，喷煤量t/h，煤粉含H2量％)；简化为：Q＝1.21×F+0.0131高炉富氧量+0.00098湿×F+186.666×小时喷煤量×煤粉含H2量；
利用上述公式(2)计算出合理的炉腹煤气量Q、再利用公式(3)计算得到高炉合理含氧风量(高炉风量)F，进一步计算高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数K；
3)根据高炉运行需要确定合适的炉腹煤气指数(64-70m/min)；高炉合适的风速(255-265m/s)；再根据线性系数K建立高炉风口进风面积s进与高炉炉缸截面积S截之间的关系，计算合适的高炉风口进风面积s进。
实施例1
一种高炉风口进风面积的确定方法，针对某4117m3高炉，炉缸直径13.6m，高炉富氧量39000m3/h，喷吹煤粉量(小时煤量)76t/h，喷吹煤粉H2含量4％，鼓风湿度11g/m3；高炉合适进风面积确定步骤具体如下：
1)根据高炉內型计算高炉炉缸截面积S截；S截＝πD2/4(D为炉缸截面半径)＝π13.62/4＝145.27m2；高炉合理炉腹煤气指数选68.45m3/m2，则高炉合理炉腹煤气量为68.45×145.27＝9944m3/min；
2)根据炉腹煤气量、富氧量、喷吹煤粉H2含量、鼓风湿度等具体情况计算推理出高炉鼓风量(冷风流量)与炉腹煤气量之间的对应关系；具体计算方法如下：炉腹煤气可描述为：O2→2CO(风口前的燃烧反应)；H2→H2；H2O→H2+(1/2)CO(水煤气反应)；N2→N2.炉腹煤气成分：N2+CO+H2.炉腹煤气量的主要影响因素除风量外：鼓风O2含量，鼓风湿度，喷吹煤粉挥发份(主要是H2)，其中富氧影响最大；其中炉腹煤气量的具体计算过程如下：
①计算干风量：干风量＝含氧风量-高炉富氧量/60-含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000；
②计算炉腹煤气中CO煤气量：CO量＝干风量×0.21×2+(高炉富氧量/60)×2+含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000；
③计算炉腹煤气中N2量：N2量＝干风量×0.79+喷吹燃料挥发份中的N2量。(因喷吹燃料挥发分中主要是H，因此此项在计算中一般忽略)；
④计算炉腹煤气中H2量：H2量＝含氧风量×鼓风湿度×22.4/18000+小时喷煤量/60×煤粉含H2量×22.4×1000/2；
⑤综合上述，炉腹煤气量(Q)＝CO量+N2量+H2量＝1.21含氧风量(F)+0.0131高炉富氧量+0.00098湿度×含氧风量(F)+186.666×小时喷煤量×煤粉含H2量(炉腹煤气量单位为m3/min；相关数据单位为：含氧风量m3/min，高炉富氧量m3/h，鼓风湿度g/m3，小时喷煤量t/h，煤粉含H2量％)；
即：Q＝(1.21+0.00098鼓风湿度)×F+0.0131×高炉富氧量+186.66×小时煤量×煤粉含H2量；
进一步得：合理的含氧风量F＝(Q-0.0131×高炉富氧量-186.66×小时煤量×煤粉含H2量)/(1.21+0.00098鼓风湿度)
＝(9944-0.0131×39000-186.66×76×4％)/(1.21+0.00098×11)＝7072m3/min；
再根据计算得到的含氧风量(高炉风量)，计算高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数K为9944/7072＝1.41；即高炉炉腹煤气量＝1.41高炉风量；
3)根据高炉运行需要确定合适的炉腹煤气指数(64-70m/min)；本实施例兼顾高产与燃料比以及高炉顺行与稳定，高炉合适的炉腹煤气指数为68.45m/min；高炉合适的风速根据高炉炉型较大的情况，取值265m/s；
4)根据s进＝(V腹/V标/60/K)×S截；计算出高炉合理进风面积s进＝(68.45/265/60/1.41)×145.27＝0.443m2。
按此确定进风面积后，高炉长期稳定顺行，取得了较好的技术经济指标。
实施例2
一种高炉风口进风面积的确定方法，针对某2800m3高炉，炉缸直径11.4m，高炉富氧量20685m3/h，喷吹煤粉量46t/h，喷吹煤粉H2含量4％，鼓风湿度15g/m3，高炉合适进风面积确定步骤具体如下：
1)根据高炉內型计算出高炉炉缸截面积；S截＝πD2/4(D为炉缸截面半径)，算出炉缸截面积为：S截＝π11.42/4＝102.07m2；高炉合理炉腹煤气指数选67.2m3/m2.则高炉合理炉腹煤气量为67.2×102.07＝6862m3/min；
2)采用实施例1所述方法，根据炉腹煤气量、富氧量、喷吹煤粉H2含量、鼓风湿度等具体情况计算推理出高炉鼓风量(冷风流量)与炉腹煤气量之间的对应关系；
其中，Q＝(1.21+0.00098鼓风湿度)×F+0.0131×氧量+186.66×小时煤量×煤粉含H2量；炉腹煤气量单位为m3/min；相关数据单位为：风量(F)m3/min，氧量m3/h，鼓风湿度(湿)g/m3，喷煤量t/h，煤粉含H2量％；
进一步得：合理的风量F＝(Q-0.0131×氧量-186.66×小时煤量×煤粉含H2量)/(1.21+0.00098鼓风湿度)＝(6862-0.0131×20685-186.66×46×4％)/(1.21+0.00098×15)＝5100m3/min；
再根据计算得到的含氧风量(高炉风量)，计算高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数K为6862/5100＝1.345；即高炉炉腹煤气量＝1.345高炉风量；
3)根据高炉运行需要确定合适的炉腹煤气指数(64-70m/min)；本实施例兼顾高产与燃料比以及高炉顺行与稳定，高炉合适的炉腹煤气指数为67.2m/min；高炉合适的风速根据高炉炉型较大的情况，取值258m/s；
4、根据s进＝(V腹/V标/60/K)×S截；计算出高炉合理进风面积s进＝(67.2/258/60/1.345)×102.07＝0.3294m2。
按此确定进风面积后，高炉长期稳定顺行，取得了较好的技术经济指标。
实施例3
一种高炉风口进风面积的确定方法，针对某3200m3高炉，炉缸直径12.4m，高炉富氧量26053m3/h，喷吹煤粉量56t/h，喷吹煤粉H2含量4％，鼓风湿度11g/m3；高炉合适进风面积确定步骤具体如下：
1)根据高炉內型计算高炉炉缸截面积S截；S截＝πD2/4(D为炉缸截面半径)＝π12.42/4＝120.76m2；高炉合理炉腹煤气指数选65.3m3/m2；则高炉合理炉腹煤气量为Q＝65.3×120.76＝7883m3/m2；
2)采用实施例1所述方法，根据炉腹煤气量、富氧量、喷吹煤粉H2含量、鼓风湿度等具体情况计算推理出高炉鼓风量(冷风流量)与炉腹煤气量之间的对应关系；
其中，Q＝(1.21+0.00098鼓风湿度)×F+0.0131×氧量+186.66×小时煤量×煤粉含H2量；其中，炉腹煤气量单位为m3/min；相关数据单位为：风量(F)m3/min，氧量m3/h，鼓风湿度(湿)g/m3，喷煤量t/h，煤粉含H2量％；
进一步得：合理的风量F＝(Q-0.0131×氧量-186.66×小时煤量×煤粉含H2量)/(1.21+0.00098鼓风湿度)＝(7883-0.0131×26053-186.66×56×4％)/(1.21+0.00098×11)＝5834m3/min.
再根据计算得到的含氧风量(高炉风量)，计算高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数K为7883/5834＝1.351；即高炉炉腹煤气量＝1.351高炉风量；
3)根据高炉运行需要确定合适的炉腹煤气指数(64-70m/min)；本实施例兼顾高产与燃料比以及高炉顺行与稳定，高炉合适的炉腹煤气指数为65.3m/min；高炉合适的风速根据高炉炉型较大的情况，取值选255m/s；
4)根据s进＝(V腹/V标/60/K)×S截；计算出高炉合理进风面积s进＝(65.3/255/60/1.351)×120.76＝0.3815m2。
按此确定进风面积后，高炉长期稳定顺行，取得了较好的技术经济指标。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高炉风口进风面积的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定高炉运行采用的炉缸直径、高炉风量、含氧风量、高炉富氧量、喷吹煤粉量、喷吹煤粉含H2量和鼓风湿度；
2)根据高炉內型计算高炉炉缸截面积S截；并结合炉腹煤气指数确定炉腹煤气量；
3)根据含氧风量、高炉富氧量、喷吹煤粉含H2量、喷吹煤粉量和鼓风湿度计算高炉炉腹煤气量的计算公式，构建高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数K；
4)根据线性系数K建立高炉风口进风面积s进与高炉炉缸截面积S截之间的关系，计算得到的高炉风口进风面积s进。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述高炉炉缸截面积S截＝πD2/4，D为炉缸截面半径。
3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述炉腹煤气量＝炉腹煤气指数×高炉炉缸截面积S截。
4.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述高炉炉腹煤气量的计算公式见式I；
炉腹煤气量＝1.21含氧风量+0.0131高炉富氧量+0.00098鼓风湿度×含氧风量+186.666×小时喷煤量×煤粉含H2量；(I)。
5.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述高炉风口进风面积s进与高炉炉缸截面积S截之间的关系见式II；
s进＝(V腹/V标/60/K)×S截；(II)；
式中，V腹为炉腹煤气指数，V标为鼓风标准风速，K为高炉炉腹煤气量与高炉风量之间的线性系数。
6.根据权利要求1或4所述的确定方法，其特征在于，所述炉腹煤气指数取值64-70m/min。
7.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述鼓风标准风速取值255-265m/s。
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