CN115114759A - 一种评价高炉炉缸活跃程度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价高炉炉缸活跃程度的系统，其包括：炉底热电偶阵列，其设于高炉炉缸的炉底处，所述炉底热电偶阵列检测炉底处的温度；炉壁热电偶阵列，其设于高炉炉缸的炉壁上，所述炉壁热电偶阵列检测炉壁处的温度；数据采集和处理装置，其与所述炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列数据连接，以基于炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列传输的温度数据，对炉缸活跃程度进行评价。相应地，本发明还公开了一种基于上述系统评价高炉炉缸活跃程度的方法，其可以通过采集炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列传输的温度数据，计算炉缸活跃指数，并将炉缸活跃指数与设定的阈值进行比较，如果炉缸活跃指数A≤设定的阈值，则认为炉缸活跃程度低。

Description

一种评价高炉炉缸活跃程度的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种高炉控制方法，尤其涉及一种评价高炉炉缸的监控系统和方法。

背景技术

在高炉炼铁时，高炉炉缸至炉身的下部，存在一个焦炭以极其缓慢速度下降的空间，在这里堆积的焦炭团块称为死料柱，液态渣铁填充于死料柱焦炭孔隙中间。在正常生产的高炉中，理想状态是死料柱漂浮在铁水里，轻触炉底砖衬，出铁时，液态渣铁分别从死料柱与炉缸、炉底间隙和死料柱中的焦炭孔隙中流向铁口排出，即保持良好的炉缸工作状态。

高炉炉缸工作状态也可以称为炉缸工况，具体指高炉炉缸中死料柱的大小和透气透液性。一般来说，当炉缸工况良好时，即死料柱大小合适，且其具有良好的透气透液性能，高炉表现出具有良好的透气性、充沛的中心煤气流、能够接受较大的风氧量、铁口下渣快、出铁时间长、铁次少、易涨铁口、铁口深度稳定、高炉炉缸侧壁温度稳定且受控，高炉往往具备良好的技术经济指标。让高炉保持良好的炉缸工况是操作人员永恒的追求，但是高炉炉缸工况受到原燃料质量变化、高炉炉况、各类操作制度和设备状态的影响而不断变化。

高炉是一个连续生产的高压密闭冶金反应器，死料柱的大小和透气透液性无法直接测量，历年来炼铁工作者根据炉况工况变化对高炉炉况、炉前作业、炉缸长寿和技术经济指标的影响和原燃料质量的各项数据按权重进行加和计算，得到炉缸活性指数。

然而，燃料质量变化、操作制度或冷却设备漏水等原因均会导致炉缸工况发生变化。当炉缸工况恶化时，进一步影响到炉前出渣铁情况、高炉炉况，甚至高炉长寿问题，而现有的炉缸活性指数计算公式把原因和结果一起计算以评价炉缸工况，因此，现有这种方法存在两个问题：(1)此类计算过于笼统，往往会把其他原因导致炉况波动归结于炉况工况变化，以至于没有找到真实原因，错失处理炉况的最佳时机；(2)其不能正确评估炉况工况，更不能预测炉缸工况变化趋势。

基于此，针对现有技术的缺陷和不足，本发明期望获得一种评价高炉炉缸活跃程度的系统和方法，该评价高炉炉缸活跃程度的系统和方法简单可靠，其可以对炉缸工况进行趋势性预测和评价。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种评价高炉炉缸活跃程度的系统，该系统简单可靠，其可以对炉缸工况进行趋势性预测和评价，以供高炉操作者参考。

为了实现上述目的，本发明提供了一种评价高炉炉缸活跃程度的系统，其包括：

炉底热电偶阵列，其设于高炉炉缸的炉底处，所述炉底热电偶阵列检测炉底处的温度；

炉壁热电偶阵列，其设于高炉炉缸的炉壁上，所述炉壁热电偶阵列检测炉壁处的温度；

数据采集和处理装置，其与所述炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列数据连接，以基于炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列传输的温度数据，对炉缸活跃程度进行评价。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述炉底热电偶阵列设置在炉底热面第一层碳砖下方。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述炉底热电偶阵列包括位于炉底中心处的中心热点偶和圆环热电偶组，所述圆环热电偶组以所述中心热电偶为圆心，所述圆环热电偶组包括若干个在圆环的周向方向上均布设置的第一热电偶。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述圆环热电偶组设置有若干个，相邻的圆环热电偶组之间的间距相等。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述炉壁热电偶阵列包括若干个沿炉壁的圆周方向均布设置的第二热电偶。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述炉壁热电偶阵列包括在炉缸的高度方向上等间距地设置的若干层热电偶组，其中每一层热电偶组均包括若干个沿炉壁的圆周方向均布设置的第二热电偶。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述炉壁热电偶阵列设置在炉缸铁口平面以下0-2m的侧壁上。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种基于上述系统评价高炉炉缸活跃程度的方法，该方法实施方便且操作简单，其可以对炉缸工况进行趋势性预测和评价，以供高炉操作者参考。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于上述系统评价高炉炉缸活跃程度的方法，其包括步骤：

(1)分别采集炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列传输的温度数据；

(2)计算炉缸活跃指数A＝T1/T2；其中T1为炉底热电偶阵列中的全部热电偶所测得的温度的平均值；T2为炉壁热电偶阵列中的全部热电偶所测得的温度的平均值；

(3)将炉缸活跃指数A与设定的阈值进行比较，如果炉缸活跃指数A≤设定的阈值，则认为炉缸活跃程度低。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，在步骤(2)和步骤(3)之间还包括步骤(2a)：基于实时计算得到的炉缸活跃指数A绘制炉缸活跃指数趋势图。

在上述技术方案中，在步骤(2a)中，基于实时计算得到的炉缸活跃指数A绘制炉缸活跃指数趋势图，有利于操作人员进行分析和判断。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述设定的阈值为炉缸活跃指数趋势图中的历史最大活跃指数Amax与调节系数的乘积。

进一步地，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，所述调节系数为0.7。

本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统和方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统避免了采用单一电偶温度变化表征炉缸活跃程度存在的片面性，同时避免采用送风参数、炉况各指标数据和经济技术指标等按权重加和计算的炉缸活跃指数太过于笼统，无法趋势性管理等缺点。

该系统简单可靠，其可以通过炉缸侧壁和炉底温度场的变化判定炉缸活跃程度，对炉缸工况进行趋势性预测和评价，以供高炉操作者参考。在该系统的提醒下，操作人员可以提前采取相应措施进行应对，以减少炉缸工况变差对高炉炉前作业和生产指标的影响。

相应地，本发明所述的基于上述系统评价高炉炉缸活跃程度的方法采用了本发明上述的系统，其同样具有上述优点以及有益效果。

附图说明

图1为本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统在一种实施方式下的示意图。

图2为本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统在一种实施方式下的炉底热电偶阵列的示意图。

图3为本发明所述的基于系统评价高炉炉缸活跃程度的方法在一种实施方式下的流程示意图。

图4示意性地显示了在一种实施方式下采用本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统对5000立方级高炉炉缸检测得到的炉缸活跃指数与铁次趋势。

图5示意性地显示了在一种实施方式下采用本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统对5000立方级高炉炉缸检测得到的炉缸活跃指数与出渣率趋势。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统在一种实施方式下的示意图。

如图1所示，在本实施方式中，本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统可以包括：炉底热电偶阵列1、炉壁热电偶阵列2、数据采集和处理装置3。其中，炉底热电偶阵列1设于高炉炉缸4的炉底处；炉壁热电偶阵列2设于高炉炉缸4的炉壁上；数据采集和处理装置3与上述炉底热电偶阵列2和炉壁热电偶阵列1数据连接。

进一步参阅图1可以看出，在本实施方式中，炉底热电偶阵列1设置在高炉炉缸4炉底热面第一层碳砖5下方。在本发明中，炉底热电偶阵列1能够检测炉底处的温度，炉壁热电偶阵列2能够检测高炉炉缸4炉壁处的温度，数据采集和处理装置3可以基于炉底热电偶阵列1和炉壁热电偶阵列2传输的温度数据，对高炉炉缸4的活跃程度进行评价。

图2为本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统在一种实施方式下的炉底热电偶阵列的示意图。

如图2所示，同时结合参考图1可以看出，在本发明所述的系统中，炉底热电偶阵列1包括位于炉底中心处的中心热点偶6和圆环热电偶组7。其中，圆环热电偶组7以中心热电偶6为圆心，其可以包括若干个在圆环的周向方向上均布设置的第一热电偶。相应地，以中心热电偶6为圆心的圆环热电偶组7也可以设置有若干个，相邻的圆环热电偶组7之间的间距相等。

进一步参阅图2可以看出，在本实施方式中，本发明所述的炉底热电偶阵列1中各圆环热电偶组7上设置的第一热电偶可以位于由炉低中心热点偶6出发的0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°这八个方向上。假定在每个方向上，炉底热电偶阵列1除中心热电偶6外，均设置有N支第一热电偶，则炉底热电偶阵列1中总共可以包括(8N+1)支热电偶。

相应地，在本发明中，本发明所述的炉壁热电偶阵列2可以包括若干个沿高炉炉缸4炉壁的圆周方向均布设置的第二热电偶。进一步参阅图1可以看出，在本实施方式中，炉壁热电偶阵列2可以包括在炉缸的高度方向上等间距地设置的若干层热电偶组8，其中每一层热电偶组8均包括若干个沿高炉炉缸4炉壁的圆周方向均布设置的第二热电偶，第二热电偶可以设置在高炉炉缸4圆周0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°这八个方向上。假定在每个方向上，炉壁热电偶阵列2均设有M支第二热电偶，则炉壁热电偶阵列2中总共可以包括8M支第二热电偶。

此外，在本实施方式中，本发明所述的炉壁热电偶阵列2可以设置于高炉炉缸4的炉缸铁口9的铁口平面10以下0-2m位置的侧壁上。

需要说明的是，在本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统中，炉底电偶阵列1和炉缸电偶阵列2的热电偶数据均通过数据采集和处理装置3进行采集，炉底电偶阵列1和炉缸电偶阵列2可以在高炉炉缸4耐材砌筑时设置，数据采集和处理装置3可以基于炉底热电偶阵列1和炉壁热电偶阵列2传输的温度数据，对高炉炉缸4活跃程度进行评价。

由此可见，本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统可以用于评价高炉炉缸4的活跃程度，操作人员可以基于这一系统观察高炉炉缸4的活跃程度。基于本发明上述系统评价高炉炉缸活跃程度的流程可以如下图3所示。

图3为本发明所述的基于系统评价高炉炉缸活跃程度的方法在一种实施方式下的流程示意图。

如图3所示，在本实施方式中，基于本发明所述的系统评价高炉炉缸活跃程度的方法，可以包括以下步骤：

步骤(1)：分别采集炉底热电偶阵列1和炉壁热电偶阵列2传输的温度数据。

步骤(2)：计算炉缸活跃指数A＝T1/T2；其中T1为炉底热电偶阵列1中的全部热电偶所测得的温度的平均值；T2为炉壁热电偶阵列2中的全部热电偶所测得的温度的平均值。

步骤(2a)：基于实时计算得到的炉缸活跃指数A绘制炉缸活跃指数趋势图。

在上述步骤(2a)中，绘制炉缸活跃指数趋势图有利于操作人员进行分析和判断，并方便找出历史最大活跃指数Amax。

步骤(3)：将炉缸活跃指数A与设定的阈值进行比较，如果炉缸活跃指数A≤设定的阈值，则认为炉缸活跃程度低。其中，设定阈值为炉缸活跃指数趋势图中的历史最大活跃指数Amax与调节系数的乘积，设定调节系数为0.7。

当步骤(3)中的炉缸活跃指数A≤Amax*0.7时，则表示“炉缸活跃程度较低”，必须及时采取措施活跃炉缸。而当炉缸活跃指数A>Amax*0.7时，则操作人员可以通过炉缸活跃指数A的趋势判断炉缸活跃程度。当炉缸活跃指数A的趋势往上时，表示“炉缸活跃程度良好”，无需采取措施；当炉缸活跃指数A的趋势往下时，表示“炉缸的活跃性下降”，则需要操作人员关注，必要时采取措施活跃炉缸；当炉缸活跃指数A趋势呈直线时，则表示炉缸活跃程度维持在一个平衡状态。

相应地，在本发明所述的方法中，本发明所述的系统是评价炉缸活跃程度的基础，系统中炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列的设置可以在新建高炉前设计，也可以在现有高炉炉缸测温电偶根据安装位置进行选择调整。

需要说明的是，炉缸活跃程度最直接影响是炉缸的温度场，其次是炉前作业情况，以下可以通过采用本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统对有效容积近5000立方级的大型高炉炉缸活跃程度进行评价，从而得到部分数据，并结合所得的炉缸活跃指数以及炉前作业中铁次和出渣率两个关键指标进行说明，具体可见图4和图5。

图4示意性地显示了在一种实施方式下采用本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统在一段时间内对5000立方级高炉炉缸检测得到的炉缸活跃指数与铁次趋势。

图5示意性地显示了在一种实施方式下采用本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统在一段时间内对5000立方级高炉炉缸检测得到的炉缸活跃指数与出渣率趋势。其中图4和图5的横坐标均表示具体的日期。

结合图4和图5进行分析，可以对图4和图5所述炉缸活跃指数的趋势标记出A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K和L多个点。通过炉缸活跃指数的趋势来看，图4和图5的趋势图均可以分为以下几个阶段：

AD阶段：在AD阶段，炉缸活跃指数A呈上升趋势，其可以上升到达D点，炉缸活跃指数A达到历史最高，为1.15，记为Amax；其中，炉缸活跃指数A在B、C两点出现跃升，是因为高炉休风检修时，炉缸冷却制度对炉底和炉缸侧壁的影响差异造成的，属于异常点，在后续中均有此类跃升现象，为此均不做标记；此阶段炉前作业情况良好，天均铁次在10-12次，出渣率在85％以上。

DF阶段：在DF阶段，炉缸活跃指数A呈下降趋势，其表明炉缸活跃程度下降，需要操作人员进行关注。在DF阶段中，DE段天均铁次增加至12-16次，出渣率下降至70％表明炉缸活跃性较差；当A<Amax*0.7＝1.15×0.7＝0.805时，如EF段，非常明显，A小于0.8，表明炉缸活跃程度较低，需在高炉操业上采取活跃炉缸措施。如EF段尽管炉缸活跃性较差，但从两项炉前作业指标来看，较DE段有改善，出现此现象的原因是操作人员从高炉操业方面采取提高鼓风动能、降低负荷，调整作业方针、改善炉前炮泥质量等方面采取措施活跃炉缸改善炉前作业的结果，但是炉缸活跃程度仍旧较差。

FI阶段：在FI阶段，炉缸活跃指数A呈上升趋势，其与AD段的上升趋势类似，炉缸活跃性较好，炉前作业良好；炉缸活跃性指数A在I点创下历史新高1.284，此后的Amax即为1.284，即A<Amax*0.7＝1.284×0.7＝0.9时，操作人员必须采取相应措施，活跃炉缸。

IL阶段：在IL阶段，炉缸活跃指数A呈下降趋势，其与DF阶段类似。其中IJ段炉前作业的出渣率指标下降至约70％，铁次增加至14次，如果应对措施采取得当，实施时机较早的话，虽然炉缸活跃性较差，但仍可维持炉前作业总体稳定，例如IL阶段中的KL阶段。

综上所述可以看出，采用本发明所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，可以通过炉缸侧壁和炉底温度场的变化判定炉缸活跃程度，对炉缸工况进行趋势性预测和评价，以供高炉操作者参考。在该系统的提醒下，操作人员可以提前采取相应措施进行应对，以减少炉缸工况变差对高炉炉前作业和生产指标的影响。

相应地，本发明所述的基于上述系统评价高炉炉缸活跃程度的方法采用了本发明上述的系统，其同样具有上述优点以及有益效果。

需要说明的是，本发明保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，包括：

炉底热电偶阵列，其设于高炉炉缸的炉底处，所述炉底热电偶阵列检测炉底处的温度；

炉壁热电偶阵列，其设于高炉炉缸的炉壁上，所述炉壁热电偶阵列检测炉壁处的温度；

数据采集和处理装置，其与所述炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列数据连接，以基于炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列传输的温度数据，对炉缸活跃程度进行评价。

2.如权利要求1所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，所述炉底热电偶阵列设置在炉底热面第一层碳砖下方。

3.如权利要求1所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，所述炉底热电偶阵列包括位于炉底中心处的中心热点偶和圆环热电偶组，所述圆环热电偶组以所述中心热电偶为圆心，所述圆环热电偶组包括若干个在圆环的周向方向上均布设置的第一热电偶。

4.如权利要求3所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，所述圆环热电偶组设置有若干个，相邻的圆环热电偶组之间的间距相等。

5.如权利要求1所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，所述炉壁热电偶阵列包括若干个沿炉壁的圆周方向均布设置的第二热电偶。

6.如权利要求1所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，所述炉壁热电偶阵列包括在炉缸的高度方向上等间距地设置的若干层热电偶组，其中每一层热电偶组均包括若干个沿炉壁的圆周方向均布设置的第二热电偶。

7.如权利要求1所述的评价高炉炉缸活跃程度的系统，其特征在于，所述炉壁热电偶阵列设置在炉缸铁口平面以下0-2m的侧壁上。

8.一种基于如权利要求1-7中任意一项所述的系统评价高炉炉缸活跃程度的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)分别采集炉底热电偶阵列和炉壁热电偶阵列传输的温度数据；

(2)计算炉缸活跃指数A＝T1/T2；其中T1为炉底热电偶阵列中的全部热电偶所测得的温度的平均值；T2为炉壁热电偶阵列中的全部热电偶所测得的温度的平均值；

(3)将炉缸活跃指数A与设定的阈值进行比较，如果炉缸活跃指数A≤设定的阈值，则认为炉缸活跃程度低。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(2)和步骤(3)之间还包括步骤(2a)：基于实时计算得到的炉缸活跃指数A绘制炉缸活跃指数趋势图。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设定的阈值为炉缸活跃指数趋势图中的历史最大活跃指数Amax与调节系数的乘积。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述调节系数为0.7。

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