CN114934142B - 一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，纵向上通过高炉各段冷却壁、划分的各区域的热负荷分布规律、占比和相互的关系，反应高炉内部的热流分布状态，确定高炉操作炉型的合理性；横向上通过根据不同部位、区域的特征，控制不同部位不同的标准差值、极差值、和偏差率，确保横向圆周炉型的均匀合理。优点是：用纵向和横向热负荷分布来表征高炉操作炉型的方法，并找到了其最佳的分布比例。解决了高炉操作炉型难以定量描述，最佳炉型无明确概念的问题。能够精细描述并对比高炉操作炉型，并通过对高炉各区域热负荷比例分布的调整，使高炉获得最佳操作炉型，大幅提高煤气利用率降低燃耗。
Description
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，尤其涉及一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法。
背景技术
维持合理的操作炉型是实现高炉高产、优质、低耗、长寿的关键。也是高炉日常生产中调剂和操作的难点。
其难点在于炉型如何判断，目前国内受条件制约，通常采用的是用炉身的系统热负荷和冷却壁的温度值的分布情况，来反映和判断高炉操作炉型情况。此种方式存在较大缺陷：①系统热负荷只能反应炉身整体的热负荷水平。对炉身、炉腰、炉腹无法进行分部位的区分。无法准确分析各部位的渣皮厚度及气流情况。因此只能大体判断边缘煤气流的整体活跃程度。对炉型判断没有太大的参考意义。②冷却壁温度场的温度分布，由于供水采取串联方式，因此每段冷却壁的出口温度为下段冷却壁的进口温度，所以冷却壁温度场的分布，其实是逐层影响互相关联。无法真实反映炉体内部真实的各段热量分布情况。由于各钢企的冷却壁形式、水量、进水温度等均有所不同。也很难建立起通行的对标参照标准。也就无法从根本上分析研究真实的炉型情况。
某钢厂2高炉和5高炉在大修后在国内率先实现了单段冷却壁进出水电偶的全覆盖。在炉腹、炉腰、炉身的每段铜或铸铁冷却壁上都安装了水温差电偶。这为研究高炉各段炉体的真实热负荷分布情况提供了绝佳的机会。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，能够精细描述并对比高炉操作炉型，使高炉获得最佳冶炼操作炉型。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，纵向上通过高炉各段冷却壁、划分的各区域的热负荷分布规律、占比和相互的关系，反应高炉内部的热流分布状态，确定高炉操作炉型的合理性；横向上通过根据不同部位、区域的特征，控制不同部位不同的标准差值、极差值、和偏差率，确保横向圆周炉型的均匀合理；具体包括以下步骤：
1)纵向上将高炉由下至上分为炉腹，炉腰，炉身下部0～3.0m，炉身下部3.0～6.0m，炉身中部6.0～7.8m五部分区域；
2)高炉纵向占比中所分出的五个区域中的热负荷满足：
P腹＝(26±2)％，P腰＝(12±2)％，PⅠ＝(31±2)％，PⅡ6.0＝(21±2)％，PⅢ＝(9±2)％；
其中，P腹为炉腹的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
P腰为炉腰的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
PⅠ为炉身下部0～3.0m的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
PⅡ为炉身下部3.0～6.0m的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
PⅢ为炉身中部6.0～7.8m的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
3)P腰<P腹，炉腹的热负荷值控制在1200kw-1700kw，且风口上沿至炉腹部位为整个炉体所有部位中，热负荷波动最小的部位；
圆周方向：偏差率σ腹控制在<50％，R腹<3.0kw，S腹<1.5kw；
偏差率σ腹为炉腹单根水管热负荷数据的标准差除以其算数平均值；
R腹为炉腹极差值，极差值为同层单根水管的热负荷的最大值减去其最小值；
S腹为炉腹标准差，标准差为同高度部位冷却壁圆周方向所有单根水管管热负荷数据的标准差值；
4)P腰>PⅢ，P腰为PⅢ的1.1～2.2倍；同时在圆周均匀性上控制偏差率σ腰<55％，S腰<7.0Kw，R腰<8.0kw；
偏差率σ腰为炉腰单根水管热负荷数据的标准差除以其算数平均值；
R腹为炉腹极差值；
S腹为炉腹标准差；
5)确保炉身下部即炉身角拐点处控制在1600-2500kw，即炉身下部0～3.0m的热负荷值应是全高炉承受热负荷最高的部位；σⅠ<50％，SⅠ<7.0kw，RⅠ<11.0kw；
σⅠ为炉身下部0～3.0m的偏差率；
RⅠ为炉身下部0～3.0m的极差值；
SⅠ为炉身下部0～3.0m的标准差；
6)确保炉身下部3.0～6.0m的热负荷值<炉身下部0～3.0m的热负荷值，且炉身下部3.0～6.0m的热负荷值较炉身下部0～3.0m的热负荷值低；
7)使炉身中部6.0～7.8m的热负荷值为全炉最低部位，且炉身中部6.0～7.8m的热负荷值为500-800kw；σⅢ<50％，SⅢ<2.5kw，RⅢ<4.0kw；
σⅢ为炉身中部6.0～7.8m的偏差率；
RⅢ为炉身中部6.0～7.8m的极差值；
SⅢ为炉身中部6.0～7.8m的标准差。
步骤4)中，若P腰接近甚至小于PⅢ，则高炉转变为边缘结厚炉型，减轻边缘焦炭负荷，缩短风口长度。
步骤6)中，炉身下部3.0～6.0m的热负荷值控制在1400～2200kw；σⅡ<50％，SⅡ<9.0kw，RⅡ<10.0kw；
σⅡ为炉身下部3.0～6.0m的偏差率；
RⅡ为炉身下部3.0～6.0m的极差值；
SⅡ为炉身下部3.0～6.0m的标准差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对2座高炉长达1年半时间，近120万个数据的整理分析，得到了2座高炉各个阶段的热负荷分布的规律。并得出了其产能、燃料消耗和其热负荷分布的对应关系。将操作炉型通过热负荷分布的形式，具体表现出来，进而获得了最佳的热负荷分布的规律。
本发明用纵向和横向热负荷分布来表征高炉操作炉型的方法，并找到了其最佳的分布比例。解决了高炉操作炉型难以定量描述，最佳炉型无明确概念的问题。能够精细描述并对比高炉操作炉型，并通过对高炉各区域热负荷比例分布的调整，使高炉获得最佳操作炉型，大幅提高煤气利用率降低燃耗。
附图说明
图1是2高炉根据各段冷却壁热负荷SUM值分布所形成的不同类型炉型曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，包括以下步骤：
1)获得高炉风口至炉身各段冷却壁的热负荷数据，包括单块冷却壁单根水管的热负荷和每一段冷却壁热负荷总和值SUM值；
热负荷获得方法：如各段安装单管水温差电偶可直接由电偶测量获得，如高炉未安装则可用手持测温装置，对进出水管水温进行测量后计算得出。如果需手动测量，可在每一层圆周方向均匀间隔取8块冷却壁进行测量。
2)将获得的热负荷数据分为纵向分布和圆周分布两部分，分别进行计算。
3)计算纵向部分：计算每一段冷却壁区域的热负荷总值SUM值，以SUM+段数表示，如7段部位所有冷却壁热负荷总合值，表示为SUM7；
4)计算纵向部分：按炉腹、炉腰、炉身下部0～3m，炉身下部3～6m炉身中部6～7.8m五部分的热负荷值。
将五个部位的热负荷总值记为：SUM腹、SUM腰、SUMⅠ、SUMⅡSUMⅢ；
并将五部分的热负荷值求和计为M值；
5)计算纵向各段冷却壁SUM值和各部位热负荷SUM值所占M值的比例，记做P值，如6段热负荷占比为SUM6/M＝P6，炉腰热负荷SUM值占比为SUM腰/M＝P腰；炉身下部0～3m热负荷SUM值所占比例为SUMⅠ/M＝PⅠ。
6)计算圆周部分：分别计算各层冷却壁单管热负荷的标准差值S、偏差率σ、极差值R，各层冷却壁的标准差值用S+段数表示，如6段冷却壁标准差用S6表示，6段冷却壁极差值用R6表示，炉腹部位标准差用S腹表示。炉身中部6～7.8m部位标准差用SⅢ表示。
标准差为：同高度部位冷却壁圆周方向所有(或手动测量8点)单根水管管热负荷数据x的标准差值；
式(1)中，x为同高度部位圆周方向内各冷却壁的单根水管热负荷，单位kw；
偏差率σ为各段单根水管热负荷数据的标准差除以其算数平均值；
极差值R为：同层单根水管的热负荷的最大值减去其最小值；
7)调整装料制度包括起始倾动角度、最外环焦炭负荷、风口长度、风口面积、各段冷却壁水量使其热负荷分布达到以下规律，即可获得最佳操作炉型。
7.1使P腹＝(26±2)％，P腰＝(12±2)％，PⅠ＝(31±2)％，PⅡ6.0＝(21±2)％，PⅢ＝(9±2)％；
7.2一次煤气分布中，要求P腰<P腹，且SUM腹控制在1200kw～1700kw，且风口上沿至炉腹部位应为整个炉体所有部位中，热负荷波动最小的部位。圆周方向：偏差率σ腹需控制在<50％，R腹<3.0kw，S腹<1.5Kw；
7.3使P腰>PⅢ，P腰为PⅢ的1.1～2.2倍，如P腰≤PⅢ，高炉将转变为边缘结厚炉型，立即采取减轻边缘焦炭负荷，缩短风口长度的措施；同时在圆周均匀性上控制σ腰<55％，S腰<7.0Kw，R腰<8.0kw；
7.4确保炉身下部即炉身角拐点处，即SUMⅠ应是全高炉承受热负荷最高的部位；SUMⅠ控制在1600～2500kw；σⅠ<50％，SⅠ<7.0kw，RⅠ<11.0kw；
7.5确保SUMⅡ<SUMⅠ；且SUMⅡ较SUMⅠ低8％～15％，如果炉身角开始以上第2段冷却壁和第1段热负荷数值接近，证明边缘气流在炉身边缘向上延伸过高过盛。采取加重边缘焦炭负荷，加长风口等措施。SUMⅡ控制在1400～2200kw；σⅠ<50％，SⅠ<9.0kw，RⅠ<10.0kw
7.6使SUMⅢ为全炉最低部位，且SUMⅢ500～800kw；σⅢ<50％，SⅢ<2.5kw，RⅢ<4.0kw；
7.8如上述比例不符合标准，采取调节局部冷却水水量方式，使其分布比例达到要求，即可获得最佳炉型。
实施例
鞍钢2#3200m3高炉为例，按如下步骤进行实施：
1、热负荷数据的获得：
由于2#高炉从6段冷却板开始至11段炉身冷却壁，其每段的每一块冷却壁上的一根水管上均有高精度温度电偶，通过进出水温度的计算即可得出该块冷却壁单块冷却壁的热负荷数值。再将同段冷却壁的热负荷数值进行求和，得到该区域的热负荷总值SUM值。因此该高炉的热负荷数据可以方便获得，无需人工测量。同时形成数据库用来进行分析。
2、对炉体五个热负荷区域进行划分：
炉腹SUM腹：该高炉炉腹由风口以上为三层冷却板和7段1.75米铜冷却壁共同组成；
炉腰：为8段1.8米铜冷却壁；SUM腰为该段所有冷却壁热负荷相加；
炉身Ⅰ：为9段3.0米铜冷却壁；SUMⅠ为9段所有冷却壁热负荷相加；
炉身Ⅱ：为10段3.0米铜冷却壁；SUMⅡ为10段所有冷却壁热负荷相加；
炉身Ⅲ：为11段1.75米铸铁冷却壁；SUMⅢ为11段所有冷却壁热负荷相加；
3、对炉体热负荷分布的纵向调整：
对炉身各段冷却壁进水总管安装旁通阀门，通过控制旁通阀门的开闭，来控制高炉每段冷却壁的进水量。
通过各段冷却水流量、风口面积、风口长度、布料矩阵最外环挡位焦炭负荷、冷却水进水水温、中心焦比例。
通过上述参数的调整使纵向上，各段热负荷的分布曲线趋近于图1中的类型3。
为说明不同热负荷分布类型对高炉的影响，以鞍钢2#高炉为例，按其不同热负荷分布类型进行了指标统计，并与调整至类型3以后的指标进行对比，见表1，为增加数据代表性，表1中所有指标数据为高炉按月为单位的平均数据，其热负荷分布类型中各区域的热负荷也是按月为单位进行统计
表1：鞍钢2#3200m3高炉，热负荷分布类型对应的高炉指标情况
对热负荷分布的横向调整：
横向的热负荷主要依靠对局部热负荷超出规定范围的水管进行水量控制，使其达到规定范围内。炉体五区域分别按以下控制：
炉腹：偏差率σ腹控制在<50％，R腹<3.0kw，S腹<1.5kw；
炉腰：偏差率σ腰<55％，S腰<7.0Kw，R腰<8.0kw；
炉身Ⅰ：偏差率σⅠ<50％，SⅠ<7.0kw，RⅠ<11.0kw；
炉身Ⅱ：偏差率σⅡ<50％，SⅡ<9.0kw，RⅡ<10.0kw；
炉身Ⅲ：偏差率σⅢ<50％，SⅢ<2.5kw，RⅢ<4.0kw；
通过以上步骤即可通过热负荷分布的调整，将高炉内的热流分布调整至合理状态，从而实现高炉达到并保持最佳的操作炉型。
Claims (3)
1.一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，其特征在于，纵向上通过高炉各段冷却壁、划分的各区域的热负荷分布规律、占比和相互的关系，反应高炉内部的热流分布状态，确定高炉操作炉型的合理性；横向上通过根据不同部位、区域的特征，控制不同部位不同的标准差值、极差值、和偏差率，确保横向圆周炉型的均匀合理；具体包括以下步骤：
1)纵向上将高炉由下至上分为炉腹，炉腰，炉身下部0～3.0m，炉身下部3.0～6.0m，炉身中部6.0～7.8m五部分区域；
2)高炉纵向占比中所分出的五个区域中的热负荷满足：
P腹＝(26±2)％，P腰＝(12±2)％，PⅠ＝(31±2)％，PⅡ6.0＝(21±2)％，PⅢ＝(9±2)％；
其中，P腹为炉腹的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
P腰为炉腰的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
PⅠ为炉身下部0～3.0m的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
PⅡ为炉身下部3.0～6.0m的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
PⅢ为炉身中部6.0～7.8m的热负荷值占五部分区域的总热负荷值的百分比；
3)P腰<P腹，炉腹的热负荷值控制在1200kw-1700kw，且风口上沿至炉腹部位为整个炉体所有部位中，热负荷波动最小的部位；
圆周方向：偏差率σ腹控制在<50％，R腹<3.0kw，S腹<1.5kw；
偏差率σ腹为炉腹单根水管热负荷数据的标准差除以其算数平均值；
R腹为炉腹极差值，极差值为同层单根水管的热负荷的最大值减去其最小值；
S腹为炉腹标准差，标准差为同高度部位冷却壁圆周方向所有单根水管热负荷数据的标准差值；
4)P腰>PⅢ，P腰为PⅢ的1.1～2.2倍；同时在圆周均匀性上控制偏差率σ腰<55％，S腰<7.0Kw，R腰<8.0kw；
偏差率σ腰为炉腰单根水管热负荷数据的标准差除以其算数平均值；
R腹为炉腹极差值；
S腹为炉腹标准差；
5)确保炉身下部的炉身角拐点处的热负荷值控制在1600-2500kw，炉身下部0～3.0m的热负荷值应是全高炉承受热负荷最高的部位；σⅠ<50％，SⅠ<7.0kw，RⅠ<11.0kw；
σⅠ为炉身下部0～3.0m的偏差率；
RⅠ为炉身下部0～3.0m的极差值；
SⅠ为炉身下部0～3.0m的标准差；
6)确保炉身下部3.0～6.0m的热负荷值<炉身下部0～3.0m的热负荷值，且炉身下部3.0～6.0m的热负荷值较炉身下部0～3.0m的热负荷值低8％～15％；
7)使炉身中部6.0～7.8m的热负荷值为全炉最低部位，且炉身中部6.0～7.8m的热负荷值为500-800kw；σⅢ<50％，SⅢ<2.5kw，RⅢ<4.0kw；
σⅢ为炉身中部6.0～7.8m的偏差率；
RⅢ为炉身中部6.0～7.8m的极差值；
SⅢ为炉身中部6.0～7.8m的标准差。
2.根据权利要求1所述的一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，其特征在于，步骤4)中，若P腰接近甚至小于PⅢ，则高炉转变为边缘结厚炉型，减轻边缘焦炭负荷，缩短风口长度。
3.根据权利要求1所述的一种通过热负荷分布比例确定高炉最佳操作炉型的方法，其特征在于，步骤6)中，炉身下部3.0～6.0m的热负荷值控制在1400～2200kw；σⅡ<50％，SⅡ<9.0kw，RⅡ<10.0kw；
σⅡ为炉身下部3.0～6.0m的偏差率；
RⅡ为炉身下部3.0～6.0m的极差值；
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