CN114756820A - 一种减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,包括以下步骤:步骤1,通过各段冷却壁上的热电偶实时监测高炉高温区各段冷却壁测温点温度和各段冷却水温度;步骤2,基于传热原理计算高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度;步骤3,计算高炉高温区各段各冷却壁测温点处最近一段时间T内渣皮厚度的平均值,根据求得渣皮厚度的平均值判断高炉高温区每段每个冷却壁测温点处冷却壁水管破损风险;步骤4,根据分析判断结果,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作建议。本发明有利于及时调整高炉,减少高炉高温区冷却壁水管破损,保障高炉稳定运行,节约生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及高炉冶金技术领域,具体涉及一种减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法。
背景技术
高炉是一种内部高温而且物理化学反应复杂的大型密闭连续式反应器,是公认“黑匣子”和最复杂反应器之一,其连续高温的冶炼过程具有“多变量、大滞后、非线形”特点,内部的成分、温度、压力、流速等物理量无法直接监测,对其内部状态判断一直是炼铁研究的重点和难点,其中高温区冷却壁的工作状态的判断是关键点之一。
高炉高温区一般是指高炉炉腹、炉腰、炉缸上部和炉身下部,该区域高炉内部环境复杂,冷却壁工作环境无法直接测量,炉役初期以后冷却管镶砖均已不存在,该区域冷却壁热面一般依靠渣皮保护,该区域的热流强度和冷却壁热面渣皮厚度影响着高炉炉况的稳定、冷却壁的正常运行以及技术经济指标,在高炉冶炼过程中十分重要。当冷却壁工作环境恶劣,渣皮无法保护冷却壁壁时,会出现冷却壁被侵蚀或磨损,严重时冷却壁水管破损。
很多研究人员采用三维数学模型计算高炉冷却壁传热过程,但模拟过程比较复杂,求解需要时间,而且模型假设与实际情况不一致,渣皮厚度和冷却壁测温点温度也不是简单的线性关系,所以难以在高炉生产中直接应用。
高炉生产人员一般根据高炉冷却壁进出水温差、热负荷或者高炉冷却壁测温点温度来判断高炉高温区和冷却壁热面渣皮的厚度,再根据经验判断冷却壁水管破损的风险。根据高炉冷却壁进出水温差、热负荷判断时,如果采用总冷却壁进出水温差、热负荷进行判断,则难以得知各段冷却壁的情况,不够精细,如果采用各段冷却壁进出水温差、热负荷进行判断,由于每段冷却壁的进出水温差很小,用不同的水温表测进出水温度,计算得到的进出水温差、热负荷误差较大,不够准确;根据高炉冷却壁上测温点温度判断时,虽然冷却壁温度较为准确,但冷却壁测温点温度与热流强度、渣皮厚度的关系只是依据经验分析,不同的操作人员分析结果会有偏差,而且通过生产数据分析发现,当冷却壁冷却水温度变化较大时,单纯依靠高炉冷却壁测温点温度判断热面渣皮的厚度会有较大的误差。
因此,有必要设计一种方法综合考虑理论和生产实践,计算渣皮厚度,判断高炉冷却壁水管破损的风险,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作措施。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的上述缺陷,提供了一种减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,有利于及时调整高炉,减少高炉高温区冷却壁水管破损,保障高炉稳定运行,节约生产成本。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,包括以下步骤:
步骤1,通过各段冷却壁上的热电偶实时监测高炉高温区各段冷却壁测温点温度和各段冷却水温度;
步骤2,基于传热原理计算高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度;
步骤3,计算高炉高温区各段各冷却壁测温点处最近一段时间T内渣皮厚度的平均值,根据求得渣皮厚度的平均值判断高炉高温区每段每个冷却壁测温点处冷却壁水管破损风险;通过生产实践经验和高炉降料线对比分析;
步骤4,根据分析判断结果,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作建议。
按照上述技术方案,在所述的步骤1中,过滤掉检测到的温度异常数据,异常数据的情况包括:数据没有或为0;数据长时间不变化;冷却壁热电偶温度小于冷却壁冷却水温度。
按照上述技术方案,在所述的步骤2中,计算高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度的具体过程为:根据厚度方向上冷却壁渣皮热面到冷却壁测温点的热流强度与冷却壁测温点到冷却壁与冷却水接触面的热流强度相等计算冷却壁渣皮厚度。
按照上述技术方案,热流强度的计算方法为:
式中,q—热流强度,W/m2;
tg—渣皮热面炉气温度,℃;
tc—冷却壁测温点温度,℃;
δc—厚度方向上冷却壁热面到冷却壁测温点的传热距离,m;
λ壁—冷却壁本体的导热系数,W/(m·K);
δs—渣皮厚度,m;
λs—渣皮的导热系数,W/(m·K);
αh—渣皮热面与炉气间的对流换热系数,W/(m2·K);
tw—冷却水温度,℃。
δ1—厚度方向上冷却壁测温点到冷却壁与冷却水接触面的传热距离,m;
αw—冷却水与冷却壁间的对流换热系数,W/(m2·K)。
其中tc、δc、λ壁、tw、δ1可以根据高炉冷却壁的材质和结构和高炉检测数据得到;通过计算分析发现αh的取值对于计算结果影响很小,可以根据参考文献中取值;αw可以通过冷却水在管道内的强制对流计算得到;渣皮的导热系数λs可以利用高炉降料线休风期间采集冷却壁热面的实际渣皮样品检测得到。
按照上述技术方案,在所述的步骤3中,设计判断依据为(1)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度小于15mm时,判断该区域为冷却壁水管破损高风险区域;当炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度小于20mm不小于15mm,并且其临界的上下左右测温点处有处于最近一段时间T的平均渣皮厚度小于15mm的情况,则判断该区域为冷却壁水管破损高风险区域;(2)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度小于20mm不小于15mm,并且其临界的上下左右测温点处没有处于最近一段时间T的平均渣皮厚度小于15mm的情况,则判断该区域为冷却壁水管破损中风险区域;当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度不小于15mm,但是波动频繁即最近一段时间T内渣皮厚度小于15mm的时间总和大于时间t时,则判断该区域为冷却壁水管破损中风险区域;(3)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度不小于20mm,且没有波动频繁即最近一段时间T内渣皮厚度小于20mm的时间总和小于时间t时,则判断该区域为冷却壁水管破损低风险区域;
按照上述技术方案,时间T为20~30小时,时间t为3~5小时。
按照上述技术方案,时间T的最优选择为24小时,时间t的最优选择为4小时。
按照上述技术方案,在所述的步骤1中,热电偶连接有上位机,热电偶将实时采集到的高炉高温区各段冷却壁测温点热电偶温度和各段冷却水温度传递给上位机,存储于上位机的数据库中;
在所述的步骤2和3中,将计算过程在上位机中软件程序化,实现高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度的实时变化趋势的显示。
按照上述技术方案,上位机为计算机。
按照上述技术方案,在所述的步骤4中,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作建议具体为:(1)当高炉高温区冷却壁出现多个冷却壁水管破损高风险区域或者出现单个高风险区域同时存在中风险区域时,建议立即采用增加边缘矿石布料量和增加中心焦炭布料量的方式减少中心气流,并择机休风采取增加风口长度、减小风口面积的措施;(2)当高炉高温区冷却壁出现单个冷却壁水管破损高风险区域且没有同时存在中风险区域时,建议择机休风时对该区域下方的风口采取增加风口长度或堵风口的措施;(3)当高炉高温区冷却壁出现多个冷却壁水管破损中风险区域且无高风险区域时,建议适当采用增加边缘矿石布料量和增加中心焦炭布料量的措施。
本发明具有以下有益效果:
本发明具体是通过计算高炉高温区炉墙渣皮厚度,根据渣皮厚度及其波动情况,判断高温区冷却壁水管破损的风险,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作建议;相比于传统的只通过当前冷却壁温度或冷却水温度判断,本发明提供的方法计算了高炉高温区冷却壁测温点处渣皮厚度,考虑了渣皮厚度的变化及其临界测温点处的情况,结合生产实践提出判断依据,更加及时准确,有利于及时调整高炉,减少高炉高温区冷却壁水管破损,保障高炉稳定运行,节约生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中某3000m3级高炉依据本发明的方法利用软件实现高炉高温区6、7、8、9段冷却壁测温点处渣皮厚度的实时变化趋势的显示界面图。;
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1所示,本发明提供的一个实施例中的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,将本发明提供的方法应用到某3000m3级高炉,步骤如下:
步骤1:通过C#编程与现场oracle数据库连接,读取和预处理所需数据,读取的数据包括实时的高炉高温区6、7、8、9段冷却壁测温点热电偶温度和各段冷却水温度,每段冷却壁有周向均匀12个测温点热电偶温度。过滤掉异常数据,异常数据的情况包括:数据没有或为0;数据长时间不变化;冷却壁热电偶温度小于冷却壁冷却水温度。
步骤2:实时计算渣皮厚度并用C#编程软件化,基于传热原理计算高炉高温区6、7、8、9段冷却壁测温点处渣皮厚度,根据厚度方向上冷却壁渣皮热面到冷却壁测温点的热流强度与冷却壁测温点到冷却壁与冷却水接触面的热流强度相等计算冷却壁渣皮厚度。如图1所示,利用软件实现高炉高温区6、7、8、9段冷却壁测温点处渣皮厚度的实时计算和变化趋势的显示,为观看清楚,图中只勾选了6_1和6_2处的渣皮厚度变化趋势曲线。
步骤3:计算炉高温区各段各冷却壁测温点处最近24小时渣皮厚度的平均值,利用渣皮厚度判断高炉高温区每段每个冷却壁测温点处冷却壁水管破损风险。判断依据为(1)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近24小时平均渣皮厚度小于15mm时,判断该区域为冷却壁水管破损高风险区域;当炉高温区某段某冷却壁测温点处最近24小时平均渣皮厚度小于20mm不小于15mm,并且其临界的上下左右测温点处有处于最近24小时平均渣皮厚度小于15mm的情况,则判断该区域为冷却壁水管破损高风险区域;(2)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近24小时平均渣皮厚度小于20mm不小于15mm,并且其临界的上下左右测温点处没有处于最近24小时平均渣皮厚度小于15mm的情况,则判断该区域为冷却壁水管破损中风险区域;当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近24小时平均渣皮厚度不小于15mm,但是波动频繁即最近24小时内渣皮厚度小于15mm的时间总和大于4小时时,则判断该区域为冷却壁水管破损中风险区域;(3)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近24小时平均渣皮厚度不小于20mm,且没有波动频繁即最近24小时内渣皮厚度小于20mm的时间总和小于4小时时,则判断该区域为冷却壁水管破损低风险区域。
对当前时间2021-11-24 11:14:19该高炉6、7、8、9段各测温点处24小时内渣皮厚度平均值进行计算,如表1所示,结合上述判断依据,得到冷却壁水管破损风险判断结果如下表2所示,其中表1中风险标记0为低风险,1为中风险,2为高风险。
表1高炉6、7、8、9段各测温点处24小时内渣皮厚度平均值
表2高炉6、7、8、9段各测温点处冷却壁水管破损风险判断结果
步骤4:根据高炉6、7、8、9段各测温点处冷却壁水管破损风险判断结果采取措施,如表1所示,高炉高温区冷却壁出现多个冷却壁水管破损中风险区域且无高风险区域,此时高炉采取了适当增加边缘矿石布料量和增加中心焦炭布料量的措施,减少边缘气流对冷却壁的冲刷侵蚀,保证冷却壁热面渣皮厚度,逐渐使高炉6、7、8、9段各测温点处冷却壁水管破损风险均降为低风险。
最后需要说明的是,上述具体实施方式只是对本发明技术方案的说明而非限制,在本发明技术方案基础上经等效替换形成的技术方案都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,通过各段冷却壁上的热电偶实时监测高炉高温区各段冷却壁测温点温度和各段冷却水温度;
步骤2,基于传热原理计算高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度;
步骤3,计算高炉高温区各段各冷却壁测温点处最近一段时间T内渣皮厚度的平均值,根据求得渣皮厚度的平均值判断高炉高温区每段每个冷却壁测温点处冷却壁水管破损风险;
步骤4,根据分析判断结果,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作建议。
2.根据权利要求1所述的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,在所述的步骤1中,过滤掉检测到的温度异常数据,异常数据的情况包括:数据没有或为0;数据长时间不变化;冷却壁热电偶温度小于冷却壁冷却水温度。
3.根据权利要求1所述的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,在所述的步骤2中,计算高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度的具体过程为:根据厚度方向上冷却壁渣皮热面到冷却壁测温点的热流强度与冷却壁测温点到冷却壁与冷却水接触面的热流强度相等计算冷却壁渣皮厚度。
5.根据权利要求1所述的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,在所述的步骤3中,设计判断依据为(1)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度小于15mm时,判断该区域为冷却壁水管破损高风险区域;当炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度小于20mm不小于15mm,并且其临界的上下左右测温点处有处于最近一段时间T的平均渣皮厚度小于15mm的情况,则判断该区域为冷却壁水管破损高风险区域;(2)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度小于20mm不小于15mm,并且其临界的上下左右测温点处没有处于最近一段时间T的平均渣皮厚度小于15mm的情况,则判断该区域为冷却壁水管破损中风险区域;当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度不小于15mm,但是波动频繁即最近一段时间T内渣皮厚度小于15mm的时间总和大于时间t时,则判断该区域为冷却壁水管破损中风险区域;(3)当高炉高温区某段某冷却壁测温点处最近一段时间T的平均渣皮厚度不小于20mm,且没有波动频繁即最近一段时间T内渣皮厚度小于20mm的时间总和小于时间t时,则判断该区域为冷却壁水管破损低风险区域。
6.根据权利要求5所述的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,时间T为20~30小时,时间t为3~5小时。
7.根据权利要求1所述的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,在所述的步骤1中,热电偶连接有上位机,热电偶将实时采集到的高炉高温区各段冷却壁测温点热电偶温度和各段冷却水温度传递给上位机,存储于上位机的数据库中;
在所述的步骤2和3中,将计算过程在上位机中软件程序化,实现高炉高温区各段冷却壁测温点处渣皮厚度的实时变化趋势的显示。
8.根据权利要求1所述的减少高炉高温区冷却壁水管破损的方法,其特征在于,在所述的步骤4中,提出减少冷却壁水管破损的高炉操作建议具体为:(1)当高炉高温区冷却壁出现多个冷却壁水管破损高风险区域或者出现单个高风险区域同时存在中风险区域时,建议立即采用增加边缘矿石布料量和增加中心焦炭布料量的方式减少中心气流,并择机休风采取增加风口长度、减小风口面积的措施;(2)当高炉高温区冷却壁出现单个冷却壁水管破损高风险区域且没有同时存在中风险区域时,建议择机休风时对该区域下方的风口采取增加风口长度或堵风口的措施;(3)当高炉高温区冷却壁出现多个冷却壁水管破损中风险区域且无高风险区域时,建议适当采用增加边缘矿石布料量和增加中心焦炭布料量的措施。
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