CN117272681A - 风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，包括：对于喷吹有价气体的高炉，以物料平衡、热平衡为基础建立设计高炉数学模型；采集不同工况的工业实测数据，设定初始直接还原度，根据物料平衡、初始直接还原度以及工业实测数据计算得到每组高炉炉腹还原气体体积、体积分数以及间接还原度值，再对其进行拟合得到适用于不同工况的风口喷吹有价气体的高炉间接还原度函数；将得到的间接还原度函数代入设计高炉数学模型的物料平衡中并以热平衡为条件进行循环迭代计算得到高炉冶炼待确定工艺参数。本发明量化了高炉间接还原度的计算，解决目前高炉新工艺的间接还原程度无法确定的缺陷，降低了试验成本和能源消耗。
Description
技术领域
本发明属于高炉冶炼的技术领域，具体涉及一种风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法。
背景技术
钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业，其节能减排问题备受关注。而高炉炼铁系统能耗和排放占据钢铁全流程总能耗和总排放的70％左右，其技术的改进对钢铁行业的发展和节能减排具有重要意义。焦炭在高炉炼铁中起到料柱骨架、热量来源、还原剂和渗碳剂的作用，其中不可替代的是料柱骨架的作用，但是可以在保证焦炭的料柱骨架的基础上，选用其他燃料来替代焦炭。高炉喷吹有价气体既可以降低成本、减少炼焦过程对环境的污染，降低温室气体排放，同时又可以充分利用高炉处理有价气体，达到双赢的目的。
有价气体的喷吹会改变高炉内部煤气与含铁原料反应的程度和速率，使炉顶煤气成分发生变化，对高炉冶炼产生很大的影响。这主要是因为喷入的有价气体中含有还原性气体，加强了高炉内的间接还原气氛。高炉是一个十分复杂的化工反应器，内部有许多物理化学反应过程进行，再加上喷吹有价气体，使得高炉冶炼更加封闭复杂，多种参数无法直接测量。因此，有必要通过建立数学模型对高炉进行工艺计算，从而预测高炉风口喷吹有价气体的冶炼效果。前人已对高炉喷吹有价气体工艺的数学模型进行了许多研究，但由于工业条件下高炉内部状态无法测量和预测，这些研究大都是理论数据的讨论或“单独案例”的工业数据的还原，模型的间接还原度更是直接通过赋值给定或调试验证给出，即只能单向验证，无法预测未知，无法实现任意冶炼工况下的高炉间接还原度定量计算，这显然是不合理的。因此，简便而合理地计算高炉间接还原度能预测高炉风口喷吹有价气体的冶炼效果，提高试验效率，降低试验成本。然而高炉喷吹有价气体新工艺的间接还原度的计算研究仍是一片空白，目前缺少相关研究给出间接还原度的定量计算方法。实践表明，间接还原度对了解高炉内部物质和能量分配起着关键性作用，因此，需要探究如何对高炉新工艺的间接还原度进行定量计算以增强对高炉冶炼的高效指导，从而快速精准地确定高炉新工艺的相关冶炼参数。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，该方法量化了高炉间接还原度的计算，解决目前高炉新工艺的间接还原程度无法确定的缺陷，降低了试验成本和能源消耗。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，包括如下步骤：
步骤1、对于喷吹有价气体的高炉，以物料平衡、热平衡为基础建立设计高炉数学模型；
步骤2、采集多组不同工况的高炉工业实测数据，设定初始直接还原度，根据物料平衡、设定的初始直接还原度以及工业实测数据计算得到每组高炉炉腹还原气体体积、各成分的体积分数以及间接还原度值，再对多组间接还原度值以及其对应的炉腹还原气体体积、各还原气体成分的体积分数进行拟合得到适用于不同工况的风口喷吹有价气体的高炉间接还原度函数；
步骤3、将得到的间接还原度函数代入设计高炉数学模型的物料平衡中，选取鼓风体积初值和直接还原度初值进行物料平衡的计算，最终以热平衡为条件进行循环迭代计算得到实际鼓风体积、直接还原度及高炉冶炼待确定工艺参数。
进一步地，步骤1中设计高炉数学模型的物料平衡为：
其中，M—质量(kg/t)；
i—C、H、O、N、S、Fe、Ca、Si、Mg、Mn、Al、V、Ti、P、Nb、Zn、Na、K、Pb、Co、Ni、Mo、F以及稀土元素；
j—i元素在高炉内的各类化学形式或赋存状态；
设计高炉数学模型的热平衡为：
其中，Q—热值或显热，或热损失(kJ/t)；
i—C、H、O、N、S、Fe、Ca、Si、Mg、Mn、Al、V、Ti、P、Nb、Zn、Na、K、Pb、Co、Ni、Mo、F以及稀土元素；
j—i元素在高炉内的各类化学形式或赋存状态。
进一步地，步骤2中高炉炉腹还原气体成分体积、各成分的体积分数以及间接还原度值计算方法为：
首先设定初始直接还原度Rd0，根据高炉中碳素平衡及炉缸风口区的碳氧平衡，计算喷吹煤粉的需求量；
再根据喷吹煤粉的需求量、喷吹有价气体体积及其成分的体积分数得到炉缸风口回旋区气体的体积；
之后根据炉缸风口回旋区各气体的体积求得炉腹煤气中还原气体各组分体积及其体积分数，进而根据间接还原度与炉腹还原气体各成分的体积分数之间的关系求出炉身限制性环节的间接还原度Ri，则铁的直接还原度：Rd＝1-Ri；
最后比较Rd与Rd0的差距，当差距大于阈值，将新的Rd代入Rd0中进行迭代计算直到|Rd-Rd0|<阈值，则将此时的Rd作为初始直接还原度，循环结束。
进一步地，高炉中碳素平衡为：
mC_bK＝mC_coke-mC_dFe-mC_dA-mC_HM
其中：mC_bK、mC_coke、mC_dFe、mC_dA、mC_HM分布对应为焦炭提供的炉缸风口碳量、焦炭中的碳素量、铁直接还原耗碳量、生铁直接还原耗碳量、铁水渗碳量；
根据炉缸风口区的碳氧平衡计算喷吹煤粉的需求量：
其中：mcoal—煤粉的质量；
ω(C)coal、ω(C)coal_vol、ω(H2O)coal、ω(O)coal分别对应为煤粉中固C、挥发C、H2O、O的质量分数；
Vblast、Vinjection分别对应为鼓风体积、喷吹有价气体体积；
xO2、分别对应为鼓风中O2、H2O体积分数；
μ为每摩尔有价气体各成分在炉缸风口与碳结合生成CO的化学反应式中C的化学计量数；
为喷吹有价气体i成分的体积分数，其中i为CO2、O2、SO2、NO、CH4、H2、N2、CO中的一种。
进一步地，炉缸风口回旋区的气体体积计算方法如下，其中，气体包括CO、H2、N2：
炉缸风口回旋区CO体积：
炉缸风口回旋区H2体积：
炉缸风口回旋区N2体积：
其中：ω(H)coal、ω(N)coal分别对应为煤粉中H、N的质量分数；
λ为NO还原率；
则炉缸风口回旋区气体总体积为：
进一步地，炉腹煤气中还原气体各组分的体积分数与高炉间接还原度值的计算方法为：
根据炉缸风口回旋区气体的体积求得炉腹煤气中各组分的量为：
其中：K为焦比；
ω(C)coke_vol、ω(O)coke、ω(H)coke、ω(N)coke分别对应为焦炭中挥发C、O、H、N的质量分数；
则炉腹煤气量为：
炉腹还原气体CO和H2体积分数分别为：
由上得到炉腹煤气中还原气体各组分体积分数后，根据以下公式得到高炉炉身限制性环节的间接还原度Ri为：
其中，a1、a2为特征参数。
进一步地，a1、a2值的获得方法为：
将通过设计高炉模型计算的数据与工业数据进行对比，调整a1、a2值的大小以使得通过计算得到的焦比和煤比的质量与工业数据中的焦比和煤比的质量相对误差在2％以内。
进一步地，步骤2中高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数的获得方法为：
对获取的多组不同的高炉工业实测数据进行上述物料平衡计算获得多组炉腹还原气体中CO和H2组分的体积分数，并根据上述间接还原度与还原气体中CO和H2组分的体积分数之间的关系计算得到各组对应的间接还原度数据，之后采用多元非线性拟合方法拟合间接还原度与总体积Vbosh还、炉腹煤气中CO和H2组分的函数关系，得到用于预测未知生产且适用于各种不同工况的高炉间接还原度的计算公式，即为高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数：
进一步地，步骤3中，在进行物料平衡计算前，先确定原燃料条件、冶炼参数、喷吹条件和冶炼生铁成分，其中，原燃料条件包括矿石、炉尘、熔剂、焦炭、煤粉各自的成分；冶炼参数包括鼓风温度、鼓风含氧率、鼓风湿度、炉渣碱度、初始直接还原度、初始鼓风体积、炉尘量、焦比、矿石温度、炉顶煤气温度、出铁温度、炉渣温度；喷吹条件包括喷吹有价气体温度、喷吹有价气体的体积。
进一步地，高炉冶炼待确定工艺参数包括单位生铁的原燃料消耗量、冶炼产品成分和数量、风量、煤气量及成分、煤气利用率、直接还原度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明针对高炉风口喷吹有价气体工艺建立了高炉数学模型，进行了物料平衡和热平衡的计算，根据高炉内部还原性气氛计算出高炉间接还原度，解决了目前高炉新工艺间接还原度无法定量计算的一大难关，对于高炉内部能量利用分析具有重要的指导意义；
(2)本发明所提供的高炉数学模型能够对不同喷吹条件下的高炉工艺数据进行预测，主要包括高炉内部物质流分布、理论燃烧温度、燃料比、煤气利用率等，能够根据预测结果确定高炉主要操作参数，提高生产效率，充分应用于高炉风口喷吹有价气体工艺实际生产中；本发明在提出了高炉内部间接还原度的定量计算方法的同时充分利用数学模型对高炉冶炼工艺数据进行简便、高效的预测，对实际生产具有重要意义，大大降低了生产成本和能源的消耗，也提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例高炉风口喷吹有价气体的工艺结构图；
图2为本发明实施例风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法的流程图；
图3为本发明实施例求解设计高炉数学模型的流程图；
图4为本发明实施例炉腹还原气体组分和间接还原度的关系。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明实施例提供一种风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其中，高炉工作过程如图1所示，包括如下步骤，见图2：
步骤1、对于喷吹有价气体的高炉，以物料平衡、热平衡为基础建立设计高炉数学模型；
高炉喷吹有价气体是在普通高炉冶炼工艺的前提下为了实现低碳环保而额外喷吹的有价气体，喷吹有价气体后产生的炉顶煤气经过加工后从炉身或炉缸风口再次循环喷吹或者不喷吹。喷吹的有价气体包括氢气或甲烷或氧气或一氧化碳或氮气或二氧化碳或氮氧化物或二氧化硫或上述两种或两种以上有价气体的混合气。
在本实施例中，设计高炉数学模型的物料平衡为：
其中，M—质量(kg/t)；
i—C、H、O、N、S、Fe、Ca、Si、Mg、Mn、Al、V、Ti、P、Nb、Zn、Na、K、Pb、Co、Ni、Mo、F以及稀土元素；
j—i元素在高炉内的各类化学形式或赋存状态；
设计高炉数学模型的物料平衡和热平衡为：
其中，Q—热值或显热，或热损失(kJ/t)；
i—C、H、O、N、S、Fe、Ca、Si、Mg、Mn、Al、V、Ti、P、Nb、Zn、Na、K、Pb、Co、Ni、Mo、F以及稀土元素；
j—i元素在高炉内的各类化学形式或赋存状态。
步骤2、采集多组不同工况的高炉工业实测数据，设定初始直接还原度，根据物料平衡、设定的初始直接还原度以及工业实测数据计算得到每组高炉炉腹还原气体体积、各成分的体积分数以及间接还原度值，再对多组间接还原度值以及其对应的炉腹还原气体体积、各还原气体成分的体积分数进行拟合得到适用于不同工况的风口喷吹有价气体的高炉间接还原度函数；
在本实施例中，设计高炉数学模型建立的重点在于间接还原度的获取，其具体获取方法为：
设定初始直接还原度Rd0，根据高炉中碳素平衡有：
mC_bK＝mC_coke-mC_dFe-mC_dA-mC_HM (3)
其中：mC_bK、mC_coke、mC_dFe、mC_dA、mC_HM—焦炭提供的炉缸风口碳量、焦炭中的碳素量、铁直接还原耗碳量、生铁中少量元素Si、Mn、P等直接还原耗碳量、铁水渗碳量(kg/t)；
根据炉缸风口区的碳氧平衡，可以计算出喷吹煤粉的需求量：
其中：mcoal—煤粉的质量(kg/t)；
ω(C)coal、ω(C)coal_vol、ω(H2O)coal、ω(O)coal—煤粉中固C、挥发C、H2O、O的质量分数(％)；
Vblast、Vinjection—鼓风体积、喷吹有价气体体积(Nm3/t)；
xO2、—鼓风中O2、H2O体积分数(％)；
μ—每摩尔有价气体各成分在炉缸风口与碳结合生成CO的化学反应式中C的化学计量数；
—喷吹有价气体i成分的体积分数(％)，其中i为CO2、O2、SO2、NO、CH4、H2、N2、CO，i对应的μ分别为：1、2、2、1、0、0、0、0。
炉缸风口回旋区CO体积：
炉缸风口回旋区H2体积：
炉缸风口回旋区N2体积：
其中：ω(H)coal、ω(N)coal—煤粉中H、N的质量分数(％)；
λ—NO还原率(％)。
炉缸风口回旋区气体总体积为：
根据以上数据，则炉腹煤气中各组分的量为：
其中：K—焦比(kg/t)；
ω(C)coke_vol、ω(O)coke、ω(H)coke、ω(N)coke—焦炭中挥发C、O、H、N的质量分数(％)。
则炉腹煤气量为：
炉腹还原气体CO和H2体积分数分别为：
根据以上计算得到炉腹煤气中还原气体组分的体积分数后，根据现有技术可知炉身限制性环节的间接还原度与炉腹煤气中还原气体组分的体积分数之间的关系为：
其中，a1、a2为特征参数，设计值为a1＝a2＝0.60。
则铁的直接还原度：
Rd＝1-Ri (16)
比较Rd与Rd0的差距，当两者差距大于阈值时，将新的Rd带入Rd0中进行迭代计算，直到(Rd-Rd0)的绝对值<阈值，则此时的Rd则作为初始直接还原度，循环结束，在本实施例中，阈值设定为0.0001，其过程如图3所示。
将设计高炉模型的计算数据与某次工业试验数据进行对比，以调整该次生产高炉的a1、a2值大小以使得焦比和煤比的质量与工业试验值的相对误差均控制在2％以内，误差越小a1、a2值越精确，a1、a2值的取值范围为0.30-0.90。此时根据工业生产数据得到设计高炉数学模型中的a1、a2值调整进而得到该次工业生产高炉的炉腹煤气中还原气体组分的体积分数与炉身限制性环节的间接还原度之间的关系。
由于上述公式(15)对于不同工况的高炉，其特征参数a1、a2并不相同，且对于新的高炉生产又需要重新计算特征参数a1、a2，这无疑大大增加了计算的复杂程度，为了建立大数据范围内适用于所有高炉的炉腹煤气中还原气体组分的体积分数与炉身限制性环节的间接还原度之间的关系，也即使得上述关系式不仅仅限于单次生产工艺，因此需要采集多批次不同生产工艺的工业数据对两者之间的关系进行重新的拟合，在本实施例中，获取3组以上不同工业生产案例的生产数据，采用上述的物料平衡计算得到炉腹还原气体积、还原气中CO和H2组分的体积分数，再结合上述公式(15)计算对应案例的间接还原度，之后使用多元非线性拟合方法拟合上述案例的间接还原度与总体积Vbosh还、炉腹煤气中CO和H2组分的函数关系，得到可预测未知生产的高炉间接还原度的计算公式，即为高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数：
在计算炉腹还原气中CO和H2组分的体积分数时，分为两种情况进行计算：炉顶煤气不循环和炉顶煤气循环。当炉顶煤气不循环时，只需进行1次设计高炉数学模型计算，即可得到炉腹还原气体CO和H2组分的体积分数和对应的高炉间接还原度。而当炉顶煤气经预处理再循环至炉缸风口时，需将循环煤气的成分与公式(5)～(7)重新合并，当炉顶煤气经预处理再循环至炉身风口时，按公式(1)和(2)计入物料收入项和热量收入项，忽略化学反应形成的新物相，形成新的风口煤气成分继续进行上述物料平衡计算，形成新炉顶煤气成分，继续循环至风口，改变风口成分后继续重复上述物料平衡计算，如此重复，直至相邻的两次计算所得的焦比、煤比、风口煤气成分、炉顶煤气成分的相对误差均在1％以内，此时根据设计高炉数学模型计算所得炉腹还原气体CO和H2组分的体积分数和对应的高炉间接还原度即为所求。
步骤3、将得到的高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数代入设计高炉数学模型的物料平衡中，选取鼓风体积初值和直接还原度初值进行物料平衡的计算，最终以热平衡为条件进行循环迭代计算得到实际鼓风体积、直接还原度及高炉冶炼待确定工艺参数。
将得到的高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数代入设计高炉数学模型的物料平衡中，确定原燃料条件、冶炼参数、喷吹条件和冶炼生铁成分，选取合适的鼓风体积初值和直接还原度初值进行物料平衡的计算，最终以热平衡为条件进行循环迭代得到实际鼓风体积、直接还原度及高炉冶炼待确定工艺参数。其中，原燃料条件包括矿石、炉尘、熔剂、焦炭、煤粉各自的成分(包括Fe、固定C、CaO、SiO2、MgO、MnO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、C、O、H、N、S、Ig、TiO2、P2O5、V2O5、ZnO、Na2O、K2O、PbO、Nb、Co、Ni、Mo、F和稀土氧化物)；冶炼参数包括鼓风温度、鼓风含氧率、鼓风湿度、炉渣碱度、初始直接还原度、初始鼓风体积、炉尘量、焦比、矿石温度、炉顶煤气温度、出铁温度、炉渣温度；喷吹条件包括喷吹有价气体温度、喷吹有价气体的体积。高炉冶炼待确定工艺参数包括单位生铁的原燃料消耗量、冶炼产品成分和数量、风量、煤气量及成分、煤气利用率、直接还原度。得到的高炉冶炼待确定工艺参数可实现预测和指导高炉喷吹有价气体工艺生产的目的。
下面结合具体的实例对上述过程进行说明。
实施例1
根据某炼铁厂实际生产数据，喷吹有价气体为纯氢，炉顶煤气不循环喷吹，本实施例选取9组高炉生产数据案例，分别进行生产高炉的工艺计算，得到9组炉腹还原气体组分的体积分数和对应的高炉间接还原度，如表1所示。
表1不同喷吹量下炉腹煤气成分与对应的间接还原度
根据表1数据，由于炉腹煤气量变化不大，因此式(17)中可以忽略自变量Vbosh_还。使用正弦余弦算法(b)、粒子群算法(PSO)、最小二乘法分别拟合得到炉腹处还原气体组分—间接还原度计算公式。其中，SCA算法计算所得公式误差为0.69％，PSO算法误差为1.39％，最小二乘法误差为4.79％，故本实施例选取SCA算法得到的高炉间接还原度函数表达式，如式(18)所示：
同时拟合出炉腹处还原气体组分—间接还原度曲面，如图4所示，在该曲面所位于的坐标系中，代表炉腹煤气中CO体积分数的为x坐标，代表炉腹煤气中H2体积分数的为y坐标，高炉间接还原度用z坐标表示。由图4可知，根据实际生产数据得到的间接还原度与炉腹还原气组分之间的关系拟合情况很好，实际散点所代表的工业试验数据都落在高炉数学模型预测的曲面上。
将拟合得到的可预测未知生产的高炉间接还原度函数替代原高炉数学模型中的间接还原度计算公式，重复高炉数学模型的计算方法，即得到风口喷吹有价气体的高炉预测数学模型。
使用高炉预测数学模型对不同有价气体及喷吹量条件下的待确定工艺参数进行预测，为采取喷吹有价气体措施的高炉提供合理的冶炼方案，节约试验成本，提高生产效率。在本实施例高炉炉缸风口喷吹纯氢的条件下，使用案例8的原燃料条件和冶炼参数，当鼓风含氧率为31.43％时，随着氢气喷吹量的提高，利用该高炉预测数学模型对高炉喷吹氢气进行工艺计算，得到表2所示的结果。如表2所示，模型计算结果表明，若增加氢气的喷吹量，燃料比需求量将逐渐下降，说明高炉中喷吹氢气可以减少焦炭和煤粉的使用，降低固体燃料消耗，因此高炉可以通过喷吹氢气达到节能减排的目的。
表2模型计算所得高炉冶炼待确定工艺参数
实施例2
根据某炼铁厂炉缸风口喷吹氢气的实际生产数据，以及文献中喷吹焦炉煤气和氢气的数据，使用上述方法确定高炉预测数学模型，忽略自变量Vbosh_还，选取SCA算法得到的高炉间接还原度函数表达式，公式误差为3.27％，如式(19)所示：
不同鼓风含氧率和氢气喷吹量条件下的模型计算所得的高炉关键部位煤气量如表3所示，高炉冶炼待确定工艺参数如表4所示。
表3高炉关键部位煤气量
表4高炉冶炼待确定工艺参数
由案例1、2可知，氢气喷吹量增加30Nm3/t，同时提高2％鼓风富氧率，风口气体体积减小49.1Nm3/t，由案例3、4可知，鼓风含氧率不变，氢气喷吹量增加60Nm3/t，风口气体体积增加114.6Nm3/t。由此可以预见，鼓风富氧率不变的情况下，增加氢气喷吹量，风量增加较快，鼓风动能增大。鼓风动能过大会造成高炉中心煤气流过大，导致煤气流失常，常引起风口前沿下端的频繁烧损，因此在实际生产中可以通过协调鼓风含氧率、风温以及氢气喷吹量的措施来维持适宜的鼓风动能值。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对于喷吹有价气体的高炉，以物料平衡、热平衡为基础建立设计高炉数学模型；
步骤2、采集多组不同工况的高炉工业实测数据，设定初始直接还原度，根据物料平衡、设定的初始直接还原度以及工业实测数据计算得到每组高炉炉腹还原气体体积、各成分的体积分数以及间接还原度值，再对多组间接还原度值以及其对应的炉腹还原气体体积、各还原气体成分的体积分数进行拟合得到适用于不同工况的风口喷吹有价气体的高炉间接还原度函数；
步骤3、将得到的间接还原度函数代入设计高炉数学模型的物料平衡中，选取鼓风体积初值和直接还原度初值进行物料平衡的计算，最终以热平衡为条件进行循环迭代计算得到实际鼓风体积、直接还原度及高炉冶炼待确定工艺参数。
2.根据权利要求1所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，步骤1中设计高炉数学模型的物料平衡为：
其中，M—质量(kg/t)；
i—C、H、O、N、S、Fe、Ca、Si、Mg、Mn、Al、V、Ti、P、Nb、Zn、Na、K、Pb、Co、Ni、Mo、F以及稀土元素；
j—i元素在高炉内的各类化学形式或赋存状态；
设计高炉数学模型的热平衡为：
其中，Q—热值或显热，或热损失(kJ/t)；
i—C、H、O、N、S、Fe、Ca、Si、Mg、Mn、Al、V、Ti、P、Nb、Zn、Na、K、Pb、Co、Ni、Mo、F以及稀土元素；
j—i元素在高炉内的各类化学形式或赋存状态。
3.根据权利要求1所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，步骤2中高炉炉腹还原气体成分体积、各成分的体积分数以及间接还原度值计算方法为：
首先设定初始直接还原度Rd0，根据高炉中碳素平衡及炉缸风口区的碳氧平衡，计算喷吹煤粉的需求量；
再根据喷吹煤粉的需求量、喷吹有价气体体积及其成分的体积分数得到炉缸风口回旋区气体的体积；
之后根据炉缸风口回旋区各气体的体积求得炉腹煤气中还原气体各组分体积及其体积分数，进而根据间接还原度与炉腹还原气体各成分的体积分数之间的关系求出炉身限制性环节的间接还原度Ri，则铁的直接还原度：Rd＝1-Ri；
最后比较Rd与Rd0的差距，当差距大于阈值，将新的Rd代入Rd0中进行迭代计算直到|Rd-Rd0|<阈值，则将此时的Rd作为初始直接还原度，循环结束。
4.根据权利要求3所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，高炉中碳素平衡为：
mC_bK＝mC_coke-mC_dFe-mC_dA-mC_HM
其中：mC_bK、mC_coke、mC_dFe、mC_dA、mC_HM分布对应为焦炭提供的炉缸风口碳量、焦炭中的碳素量、铁直接还原耗碳量、生铁直接还原耗碳量、铁水渗碳量；
根据炉缸风口区的碳氧平衡计算喷吹煤粉的需求量：
其中：mcoal—煤粉的质量；
ω(C)coal、ω(C)coal_vol、ω(H2O)coal、ω(O)coal分别对应为煤粉中固C、挥发C、H2O、O的质量分数；
Vblast、Vinjection分别对应为鼓风体积、喷吹有价气体体积；
xO2、分别对应为鼓风中O2、H2O体积分数；
μ为每摩尔有价气体各成分在炉缸风口与碳结合生成CO的化学反应式中C的化学计量数；
为喷吹有价气体i成分的体积分数，其中i为CO2、O2、SO2、NO、CH4、H2、N2、CO中的一种。
5.根据权利要求4所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，炉缸风口回旋区的气体体积计算方法如下，其中，气体包括CO、H2、N2：
炉缸风口回旋区CO体积：
炉缸风口回旋区H2体积：
炉缸风口回旋区N2体积：
其中：ω(H)coal、ω(N)coal分别对应为煤粉中H、N的质量分数；
λ为NO还原率；
则炉缸风口回旋区气体总体积为：
6.根据权利要求5所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，炉腹煤气中还原气体各组分的体积分数与高炉间接还原度值的计算方法为：
根据炉缸风口回旋区气体的体积求得炉腹煤气中各组分的量为：
其中：K为焦比；
ω(C)coke_vol、ω(O)coke、ω(H)coke、ω(N)coke分别对应为焦炭中挥发C、O、H、N的质量分数；
则炉腹煤气量为：
炉腹还原气体CO和H2体积分数分别为：
由上得到炉腹煤气中还原气体各组分体积分数后，根据以下公式得到高炉炉身限制性环节的间接还原度Ri为：
其中，a1、a2为特征参数。
7.根据权利要求6所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，a1、a2值的获得方法为：
将通过设计高炉模型计算的数据与工业数据进行对比，调整a1、a2值的大小以使得通过计算得到的焦比和煤比的质量与工业数据中的焦比和煤比的质量相对误差在2％以内。
8.根据权利要求6所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，步骤2中高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数的获得方法为：
对获取的多组不同的高炉工业实测数据进行上述物料平衡计算获得多组炉腹还原气体中CO和H2组分的体积分数，并根据上述间接还原度与还原气体中CO和H2组分的体积分数之间的关系计算得到各组对应的间接还原度数据，之后采用多元非线性拟合方法拟合间接还原度与总体积Vbosh还、炉腹煤气中CO和H2组分的函数关系，得到用于预测未知生产且适用于各种不同工况的高炉间接还原度的计算公式，即为高炉风口喷吹有价气体的间接还原度函数：
Ri＝f(XCO_bosh,XH2_bosh,Vbosh_还)。
9.根据权利要求1所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，步骤3中，在进行物料平衡计算前，先确定原燃料条件、冶炼参数、喷吹条件和冶炼生铁成分，其中，原燃料条件包括矿石、炉尘、熔剂、焦炭、煤粉各自的成分；冶炼参数包括鼓风温度、鼓风含氧率、鼓风湿度、炉渣碱度、初始直接还原度、初始鼓风体积、炉尘量、焦比、矿石温度、炉顶煤气温度、出铁温度、炉渣温度；喷吹条件包括喷吹有价气体温度、喷吹有价气体的体积。
10.根据权利要求1所述的风口喷吹有价气体的高炉冶炼工艺参数的确定方法，其特征在于，高炉冶炼待确定工艺参数包括单位生铁的原燃料消耗量、冶炼产品成分和数量、风量、煤气量及成分、煤气利用率、直接还原度。
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