CN114807468B - 一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，包括以下步骤：利用雷达监测高炉料面形状，并将高炉料面形状信息传递至上位机；上位机对高炉料面形状进行识别和聚类；上位机对当前料面形状与数据库中存储的数据进行匹配，数据库中存储的数据为统计和计算之前的多个料面形状形成的多个类别及各类别料面形状对应的煤气利用率；根据当前料面形状匹配与数据库中数据匹配结果，通过布料操作调整料面形状，改善高炉煤气利用率。本发明有利于及时调整高炉布料，提高高炉煤气利用率，降低高炉燃耗，节约生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法。
背景技术
高炉是将铁矿石还原为铁水的大型密闭连续式反应器，内部一直是气、固、液多相共存。目前高炉仍是公认的“黑匣子”和最复杂反应器之一，其冶炼过程复杂，内部的状态难以直接监测，对其内部状态的判断一直是高炉冶炼工艺研究的重点和难点，高炉的运行仍然需要依靠经验进行操作，通过科学的方法和量化的检测数据对高炉冶炼过程状态进行分析和计算对于指导高炉生产操作十分重要。
高炉上部为气固多相流，炉料在下降过程中被上升的煤气还原，保证煤气流合理分布和提高煤气利用率对于高炉的稳定顺行和节能降耗非常重要，而高炉内部的煤气流分布状态和其与含铁原料的反应状态并不能直接监测，高炉操作人员通常根据经验进行高炉上、下部调剂，以提高煤气利用率。
提高高炉煤气利用率一直是高炉研究人员和操作人员关注的重点，例如公开号为“CN106636504A”的专利“提高钒钛矿高炉煤气利用率的方法”指出了针对钒钛矿冶炼的高炉炉料结构、批重、料线、焦炭负荷、布料矩阵和布料角度的控制范围，从而保证炉况长期稳定顺行，提高煤气利用率。该方法针对性太强，通用性差，不能应用到其它原料条件的高炉。
公开号为“CN108085444A”的专利“一种提高大型高炉煤气利用率的布料矩阵设计方法”提出在高炉装料过程中，通过改变溜槽的倾动角度及布料环数和节流阀的开度，从而改变矿石和焦炭在炉内的分布，通过采用适当宽度平台及漏斗深度的布料模式，控制边沿及中心煤气的分布，使得煤气流合理分布，达到稳定炉况，提高一氧化碳利用率。通过调整布料，控制边沿及中心煤气的分布，提高煤气利用率，是高炉操作人员最常用的方法，但是很多高炉的料面并不是平台及漏斗的模式，而且布料后料面的平台深度和漏斗深度一般高炉都没有监测设备，依靠操作人员经验判断，易造成误判。
因此，有必要提供一种更为准确可靠的方法，监测和分析高炉布料后的料面形状，为操作人员调整布料制度和提高煤气利用率提供帮助。
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，提供了一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，有利于及时调整高炉布料，提高高炉煤气利用率，降低高炉燃耗，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：
一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，包括以下步骤：
步骤1，利用雷达监测高炉料面形状，并将高炉料面形状信息传递至上位机；
步骤2，上位机对高炉料面形状进行识别和聚类；
步骤3，上位机对当前料面形状与数据库中存储的数据进行匹配，数据库中存储的数据为统计和计算之前的多个料面形状形成的多个类别及各类别料面形状对应的煤气利用率；
步骤4，根据当前料面形状与数据库中数据匹配结果，通过布料操作调整料面形状，改善高炉煤气利用率。
按照上述技术方案，在所述的步骤1中，雷达设置于高炉炉顶，雷达安装在与高炉炉顶探尺安装孔相同的高度，实现沿高炉径向线扫描高炉料面，雷达与上位机连接。
按照上述技术方案，在所述的步骤3中，数据库中存储的数据的具体产生过程为：将焦炭布料后的高炉料面形状分为N类，计算每次焦炭布料后下一次焦炭布料前的高炉平均煤气利用率，作为该次焦炭布料的料面形状对应的煤气利用率，统计一段时间T内N类焦炭料面形状中每一类对应的煤气利用率的平均值，作为该类料面形状对应的煤气利用率。
按照上述技术方案，时间T不小于3个月。
按照上述技术方案，5≤N≤10。
按照上述技术方案，在所述的步骤2中，上位机对高炉料面形状进行识别和聚类的具体过程为：焦炭布料后的各类高炉料面形状，对高炉料面形状的中心和边缘的状态进行识别。
按照上述技术方案，对高炉料面形状的中心和边缘的状态进行识别具体为：
对于中心加焦的高炉，对焦炭布料后高炉料面形状的识别和聚类依据有：料面中心鼓包的高度或宽度，及边缘平台的宽度或斜率；
对于中心不加焦的高炉，对焦炭布料后高炉料面形状的识别和聚类依据有：料面中心漏斗的大小，及边缘平台的宽度或斜率。
按照上述技术方案，N＝6，即将焦炭布料后高炉料面形状分为6个种类，分别为：
第1类为料面形状的边缘高度减去中心鼓包高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第2类为料面形状的边缘高度减去中心鼓包高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3；
第3类为料面形状的中心鼓包高度与边缘高度差值小于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第4类为料面形状的中心鼓包高度与边缘高度差值小于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3；
第5类为料面形状的中心鼓包高度减去边缘高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第6类为料面形状的中心鼓包高度减去边缘高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3。
按照上述技术方案，在所述的步骤3中，各类别料面形状对应的煤气利用率为统计出现各类别料面形状时期的平均煤气利用率，第1类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为48.3％，第2类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为47.8％，第3类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为46.8％，第4类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为46.5％，第5类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为45.8％，第6类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为45.6％。
按照上述技术方案，在所述的步骤4中，布料操作包括以下多个调控措施：1.通过适当增加料面中心焦炭布料量来增大料面中心鼓包或减小中心漏斗；2.通过适当减少料面中心焦炭布料来减小料面中心鼓包或增大中心漏斗；3.通过适当增加边缘矿石布料量来增大边缘平台宽度或减小边缘平台斜率；4.通过适当减少边缘矿石布料量来减小边缘平台宽度或增大边缘平台斜率。
本发明具有以下有益效果：
通过监测和分析高炉布料后的料面形状，为操作人员调整布料制度和提高煤气利用率提供帮助，使计算和判断更加准确，有利于及时调整高炉布料，提高高炉煤气利用率，降低高炉燃耗，节约生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中3000m3级高炉焦炭布料后料面形状分为6类的典型料面；
图2是本发明实施例中当前该3000m3级高炉焦炭布料后的料面形状；
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～图2所示，本发明提供的一个实施例中的基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用雷达监测高炉料面形状，并将高炉料面形状信息传递至上位机；
步骤2，上位机对高炉料面形状进行识别和聚类；
步骤3，上位机对当前料面形状与数据库中存储的数据进行匹配，数据库中存储的数据为统计和计算之前的多个料面形状形成的多个类别及各类别料面形状对应的煤气利用率；
步骤4，根据当前料面形状匹配与数据库中数据匹配结果，通过布料操作调整料面形状，改善高炉煤气利用率。
本发明涉及一种高炉炼铁提高煤气利用率的技术，具体是高炉炉顶安装扫描雷达，对雷达扫描的高炉料面形状结果进行聚类分析，找出每一类对应的煤气利用率，用于指导高炉提高煤气利用率。
一般高炉每批料采用焦炭和矿石分层布料，焦炭层的透气性远高于矿石层，所以本发明通过识别焦炭布料后的料面形状来判断焦炭层状态，提出调控建议，对当前焦炭布料后料面形状进行识别分类，判断当前料面所属类别及对应的煤气利用率，如果所属类别对应的煤气利用率较差，则建议通过布料操作调整料面形状来提高煤气利用率。
进一步地，在所述的步骤1中，雷达设置于高炉炉顶，雷达安装在与高炉炉顶探尺安装孔相同的高度，实现沿高炉径向线扫描高炉料面，雷达与上位机连接。
进一步地，计算机安装于高炉控制室，作为雷达的上位机，该上位机与高炉现场一级监测系统数据连接，控制雷达在高炉每次布料后扫描料面，得到的料面形状信号数据保存在该上位机。
进一步地，在所述的步骤3中，数据库中存储的数据的具体产生过程为：将焦炭布料后的高炉料面形状分为N类，计算每次焦炭布料后下一次焦炭布料前的高炉平均煤气利用率，作为该次焦炭布料的料面形状对应的煤气利用率，统计一段时间T内N类焦炭料面形状中每一类对应的煤气利用率的平均值，作为该类料面形状对应的煤气利用率。
进一步地，时间T不小于3个月。
进一步地，5≤N≤10。
进一步地，在所述的步骤2中，上位机对高炉料面形状进行识别和聚类的具体过程为：焦炭布料后的各类高炉料面形状，对高炉料面形状的中心和边缘的状态进行识别；对焦炭布料后高炉料面形状进行识别和聚类，分为N类，由于高炉布料主要通过控制中心和边缘气流的强弱来调控煤气流分布，进而提高煤气利用率，所以对高炉料面形状进行主要识别中心和边缘的状态。
进一步地，对高炉料面形状的中心和边缘的状态进行识别具体为：
对于中心加焦的高炉，对焦炭布料后高炉料面形状的识别和聚类依据有：料面中心鼓包的高度或宽度，及边缘平台的宽度或斜率；
对于中心不加焦的高炉，对焦炭布料后高炉料面形状的识别和聚类依据有：料面中心漏斗的大小，及边缘平台的宽度或斜率。
进一步地，N＝6，即将焦炭布料后高炉料面形状分为6个种类，分别为：
第1类为料面形状的边缘高度减去中心鼓包高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第2类为料面形状的边缘高度减去中心鼓包高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3；
第3类为料面形状的中心鼓包高度与边缘高度差值小于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第4类为料面形状的中心鼓包高度与边缘高度差值小于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3；
第5类为料面形状的中心鼓包高度减去边缘高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第6类为料面形状的中心鼓包高度减去边缘高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3。
进一步地，在所述的步骤3中，各类别料面形状对应的煤气利用率为统计出现各类别料面形状时期的平均煤气利用率，具体来说：第1类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为48.3％，第2类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为47.8％，第3类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为46.8％，第4类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为46.5％，第5类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为45.8％，第6类的料面形状对应的高炉平均煤气利用率为45.6％。
进一步地，在所述的步骤4中，布料操作包括以下多个调控措施：1.通过适当增加料面中心焦炭布料量来增大料面中心鼓包或减小中心漏斗；2.通过适当减少料面中心焦炭布料来减小料面中心鼓包或增大中心漏斗；3.通过适当增加边缘矿石布料量来增大边缘平台宽度或减小边缘平台斜率；4.通过适当减少边缘矿石布料量来减小边缘平台宽度或增大边缘平台斜率。
本发明的一个实施例中，将本发明提供的方法应用到某3000m3级高炉(该高炉炉顶安装了料面扫描雷达)，步骤如下：
步骤1：高炉炉顶安装扫描雷达，控制雷达在高炉每次布料后扫描料面，得到的料面形状信号数据保存到控制室计算机中。
步骤2：对高炉料面形状进行识别聚类，该高炉布料采用中心加焦，依据中心鼓包的高度和边缘平台的宽度将焦炭布料后的形状分为6类，如图1所示，各类的特征如表1所示。
表1焦炭布料后料面形状各类特征
步骤3：计算每次焦炭布料后下一次焦炭布料前的高炉平均煤气利用率，作为该次焦炭布料对应的煤气利用率，统计近半年6类焦炭料面中每一类对应的煤气利用率的平均值，作为该类料面对应的煤气利用率。得到6类焦炭料面对应的煤气利用率如下表2所示。
表2料面形状类别对应的煤气利用率
| 料面形状类别 | 对应的平均煤气利用率，％ |
| 第1类 | 48.3 |
| 第2类 | 47.8 |
| 第3类 | 46.8 |
| 第4类 | 46.5 |
| 第5类 | 45.8 |
| 第6类 | 45.6 |
步骤4：对当前料面形状匹配，提出调控措施建议。对当前焦炭布料后料面形状进行识别分类，图2为当前料面形状，根据步骤2的方法，得到当前料面形状属于第4类，当前的煤气利用率为46.3％，有较大的提升空间，建议参考煤气利用率较好的第1类料面形状调整布料，降低中心鼓包高度，增加边缘平台，提出的调控措施建议为：在保证高炉稳定顺行的前提下，适当减少中心焦炭布料量或增加边缘焦炭布料量。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用雷达监测高炉料面形状，并将料面形状信息传递至上位机；
步骤2，上位机对料面形状进行识别和聚类；
步骤3，上位机对当前料面形状与数据库中存储的数据进行匹配，数据库中存储的数据为统计和计算之前的多个料面形状形成的多个类别及各类别料面形状对应的煤气利用率；
步骤4，根据当前料面形状与数据库中数据匹配结果，通过布料操作调整料面形状，改善高炉煤气利用率；
在所述的步骤3中，数据库中存储的数据的具体产生过程为：将焦炭布料后的料面形状分为N类，计算每次焦炭布料后下一次焦炭布料前的高炉平均煤气利用率，作为该次焦炭布料的料面形状对应的煤气利用率，统计一段时间T内N类焦炭料面形状中每一类对应的煤气利用率的平均值，作为该类料面形状对应的煤气利用率；
在所述的步骤2中，上位机对料面形状进行识别和聚类的具体过程为：焦炭布料后的各类料面形状，对料面形状的中心和边缘的状态进行识别；
时间T不小于3个月；
N=6，即将焦炭布料后料面形状分为6个种类，分别为：
第1类为料面形状的边缘高度减去中心鼓包高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第2类为料面形状的边缘高度减去中心鼓包高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3；
第3类为料面形状的中心鼓包高度与边缘高度差值小于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第4类为料面形状的中心鼓包高度与边缘高度差值小于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3；
第5类为料面形状的中心鼓包高度减去边缘高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度大于等于高炉炉喉半径的1/3；
第6类为料面形状的中心鼓包高度减去边缘高度大于等于25cm，且高炉边缘平台宽度小于高炉炉喉半径的1/3。
2.根据权利要求1所述的基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，其特征在于，在所述的步骤1中，雷达设置于高炉炉顶，雷达安装在与高炉炉顶探尺安装孔相同的高度，实现沿高炉径向线扫描高炉料面，雷达与上位机连接。
3.根据权利要求1所述的基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，其特征在于，在所述的步骤3中，各类别料面形状对应的煤气利用率为出现各类别料面形状时期的平均煤气利用率。
4.根据权利要求1所述的基于高炉料面监测提高高炉煤气利用率的方法，其特征在于，在所述的步骤4中，布料操作包括以下多个调控措施：1).通过适当增加料面中心焦炭布料量来增大料面中心鼓包或减小中心漏斗；2).通过适当减少料面中心焦炭布料来减小料面中心鼓包或增大中心漏斗；3).通过适当增加边缘矿石布料量来增大边缘平台宽度或减小边缘平台斜率；4).通过适当减少边缘矿石布料量来减小边缘平台宽度或增大边缘平台斜率。
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