CN117408051A - 一种确定高炉初始气流分布状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定高炉初始气流分布状态的方法，步骤如下：采集目标高炉的结构参数及工艺参数的数据；基于采集的数据来计算目标高炉风口回旋区深度；基于目标高炉的炉缸直径对计算得到的风口回旋区深度数据合理性进行判断；在确定风口回旋区深度数据合理的情况下，基于采集的数据来计算气流分布临界点位置；基于采集的数据、计算得到的风口回旋区深度以及计算得到的气流分布临界点位置来计算初始气流分布占比；基于计算得到的初始气流分布占比来确定初始气流分布状态。本发明利用高炉生产数据及工艺参数，经过简单计算就能较为准确地计算高炉内初始气流分布情况，从而可以辅助现场操作者及时进行上下部调剂，稳定炉内煤气流分布。

Description

一种确定高炉初始气流分布状态的方法

技术领域

本发明属于高炉冶炼技术领域，并且更具体地，涉及一种确定高炉初始气流分布状态的方法。

背景技术

高炉炼铁过程中，煤气流的分布直接关系到炉内温度分布、软熔带结构、炉况顺行、煤气利用率和高炉长寿，最终影响到高炉的技术经济指标，因此，掌握高炉煤气流分布情况非常重要。热风从高炉风口进入，需经过风口回旋区、滴落带、软熔带、块状带，最后从炉顶料面排出，因而高炉煤气流分布，自下而上可分为，风口区域的初始煤气流分布、炉腰到炉身下部的煤气流分布和炉身上部的煤气流分布，即煤气流的三次分布，其中风口区域形成煤气流分布为初始煤气流分布，是炉内整个煤气流分布基础、关键影响环节。由于高炉内部密闭、高温、高压环境，目前高炉操作者无法直接判断高炉内部初始气流分布状态。近几年，针对高炉内初始煤气流分布，国内外研究者进行了许多研究，主要通过物理模型和数值模拟的方法，但是相关研究多侧重于研究热风系统对风口风量分布均匀性的影响，而对初始气流在高炉内具体分布情况研究较少，同时目前也尚未有能实现初始煤气流分布计算的方法投入实际应用。并且，同时适用于钒钛磁铁矿冶炼高炉初始气流分布计算的方法更少，因此目前急需开发一种简单高效适用性强的高炉初始煤气流分布状态的确定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于确定高炉初始气流分布状态的方法，该初始气流分布状态的确定方法基于高炉、风口结构及风量监控数据即可快速计算风口区域形成的目标高炉初始气流分布，包括中心气流分布占比和边缘气流分布占比，进而快速确定相应的气流分布状态。本发明的方法有利于现场操作人员准确快速判断高炉初始气流分布情况，维护炉况稳定，并且本发明的方法简单、准确、高效。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一方面，提供一种确定高炉初始气流分布状态的方法，包括以下步骤：

1)采集目标高炉的结构参数及工艺参数的数据；

2)基于采集的数据来计算目标高炉风口回旋区深度；

3)基于目标高炉的炉缸直径对计算得到的风口回旋区深度数据合理性进行判断；

4)在确定风口回旋区深度数据合理的情况下，基于采集的数据来计算气流分布临界点位置；

5)基于采集的数据、计算得到的风口回旋区深度以及计算得到的气流分布临界点位置来计算初始气流分布占比；

6)基于计算得到的初始气流分布占比来确定初始气流分布状态。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括以下步骤：

7)将计算得到的风口回旋区深度数据、气流分布临界点位置数据、初始气流分布占比数据输出并保存到数据库。

在本发明的一个实施例中，目标高炉是高钛型高炉。

在本发明的一个实施例中，在步骤1)中，目标高炉的结构参数及工艺参数的数据包括高炉炉缸直径、风口直径、风口插入深度、风口角度、风口数量、鼓风量、鼓风密度、焦炭堆积密度、焦炭的形状系数、炉料颗粒直径和空隙度；数据被输入到数据库以用于后续计算。

在本发明的一个实施例中，在步骤2)中，计算目标高炉风口回旋区深度包括以下步骤：

2.1)通过以下公式计算目标高炉内风口风速：

式中：v为目标高炉风口风速，m/s；Q为单位时间体积进风量，m³/s；n为风口数量，个；d_B为风口直径，m；

2.2)通过以下公式计算目标高炉风口回旋区深度：

式中：D_R为风口回旋区深度，m；θ为风口角度，rad；ρ_p和ρ_g分别是焦炭堆密度和鼓风密度，m³/s；g为重力加速度，m/s²；d_c为炉料颗粒直径，m；为焦炭的形状系数；ε为风口区域焦炭层的空隙度；K为修正系数。

在本发明的一个实施例中，的取值为1.72，K的取值范围是0.15-0.20。

在本发明的一个实施例中，在步骤3)中，基于目标高炉的炉缸直径d_F对计算得到的风口回旋区深度D_R数据合理性进行判断的规则如下：

当0＜D_R＜0.5d_F时，确定风口回旋区深度计算合理，进入步骤4)；

否则，当D_R≤0或D_R≥0.5d_F时，确定风口回旋区深度计算不合理，返回步骤1)重新调整输入参数计算。

在本发明的一个实施例中，在步骤4)中，通过以下公式计算气流分布临界点位置：

式中：d_o为气流分布临界点位置，m；d_F为炉缸直径，m。

在本发明的一个实施例中，在步骤5)中，计算初始气流分布占比包括分别计算目标高炉风口区域形成的初始气流中的中心气流分布占比和边缘气流分布占比，其中：

所述中心气流分布占比通过以下公式计算：

式中：r_o为中心气流分布占比，％；L为风口插入深度，m；

所述边缘气流分布占比通过以下公式计算：

式中：r_e为边缘气流分布占比，％。

在本发明的一个实施例中，在步骤6)中，确定初始气流分布状态的规则如下：

当r_o＜r_e，确定目标高炉初始气流分布中的边缘气流强，中心气流弱；

当r_o＝r_e，确定目标高炉初始气流分布均匀；

当r_o＞r_e，确定目标高炉初始气流分布中的中心气流强，边缘气流弱。

通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：

本发明建立了一种新方法，其可以利用高炉生产数据及工艺参数，经过简单计算就能较为准确地计算高炉内初始气流分布情况，从而可以辅助现场操作者及时进行上下部调剂，稳定炉内煤气流分布。本发明的方法简单、高效、实用，且适用于高钛型高炉。

附图说明

图1示出了本发明提供的一种确定高炉初始气流分布状态的方法的流程示意图；

图2示出了本发明的实施例中确定高炉初始气流分布状态的方法的计算流程图。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

如图1所示，本发明提供的一种确定高炉初始气流分布状态的方法，包括以下步骤：

S101：采集目标高炉的结构参数及工艺参数的数据；

S102：基于采集的数据来计算目标高炉风口回旋区深度；

S103：基于目标高炉的炉缸直径对计算得到的风口回旋区深度数据合理性进行判断；

S104：在确定风口回旋区深度数据合理的情况下，基于采集的数据来计算气流分布临界点位置；

S105：基于采集的数据、计算得到的风口回旋区深度以及计算得到的气流分布临界点位置来计算初始气流分布占比；

S106：基于计算得到的初始气流分布占比来确定初始气流分布状态。

本发明可以利用高炉生产数据及工艺参数，经过简单计算就能较为准确地计算高炉内初始气流分布情况，从而可以辅助现场操作者及时进行上下部调剂，稳定炉内煤气流分布。

在上述方法中，该方法还包括以下步骤：

将计算得到的风口回旋区深度数据、气流分布临界点位置数据、初始气流分布占比数据输出并保存到数据库。

在上述方法中，目标高炉是高钛型高炉。

在上述方法中，在S101中，目标高炉的结构参数及工艺参数的数据包括高炉炉缸直径、风口直径、风口插入深度、风口角度、风口数量、鼓风量、鼓风密度、焦炭堆积密度、焦炭的形状系数、炉料颗粒直径和空隙度；数据被输入到数据库以用于后续计算。

在上述方法中，在S102中，计算目标高炉风口回旋区深度包括以下步骤：

通过以下公式计算目标高炉内风口风速：

式中：v为目标高炉风口风速，m/s；Q为单位时间体积进风量，m³/s；n为风口数量，个；d_B为风口直径，m；

通过以下公式计算目标高炉风口回旋区深度：

式中：D_R为风口回旋区深度，m；θ为风口角度，rad；ρ_p和ρ_g分别是焦炭堆密度和鼓风密度，m³/s；g为重力加速度，m/s²；d_c为炉料颗粒直径，m；为焦炭的形状系数；ε为风口区域焦炭层的空隙度；K为修正系数。

在上述方法中，的取值为1.72，K的取值范围是0.15-0.20。

在上述方法中，在S103中，基于目标高炉的炉缸直径d_F对计算得到的风口回旋区深度D_R数据合理性进行判断的规则如下：

当0＜D_R＜0.5d_F时，确定风口回旋区深度计算合理，进入S104；

否则，当D_R≤0或D_R≥0.5d_F时，确定风口回旋区深度计算不合理，返回S101重新调整输入参数计算。

在上述方法中，在S104中，通过以下公式计算气流分布临界点位置：

式中：d_o为气流分布临界点位置，m；d_F为炉缸直径，m。

在上述方法中，在S105中，计算初始气流分布占比包括分别计算目标高炉风口区域形成的初始气流中的中心气流分布占比和边缘气流分布占比，其中：

所述中心气流分布占比通过以下公式计算：

式中：r_o为中心气流分布占比，％；L为风口插入深度，m；

所述边缘气流分布占比通过以下公式计算：

式中：r_e为边缘气流分布占比，％。

在上述方法中，在S106中，确定初始气流分布状态的规则如下：

当r_o＜r_e，确定目标高炉初始气流分布中的边缘气流强，中心气流弱；

当r_o＝r_e，确定目标高炉初始气流分布均匀；

当r_o＞r_e，确定目标高炉初始气流分布中的中心气流强，边缘气流弱。

下面通过具体实施例来对本发明的上述技术方案进行详细地说明。

本发明实施例提供的确定高炉初始气流分布状态的方法，如图2所示，具体计算流程如下：

步骤一：采集数据

采集目标高炉的结构参数及工艺参数数据，包括高炉炉缸直径、风口直径、风口插入深度、风口角度、风口数量、鼓风量、鼓风密度、焦炭堆积密度、形状系数、炉料颗粒直径、空隙度及其它工艺参数等，输入到数据库，以用于后续计算，具体数据如表1所示。

表1目标高炉的结构参数及工艺参数数据

步骤二：计算风口回旋区深度

利用步骤一采集的数据，为计算目标高炉风口回旋区深度，首先要计算目标高炉内风口风速v，具体公式如下：

式中：v为目标高炉风口风速，m/s；Q为单位时间体积进风量，m³/s；n为风口数量，个；d_B为风口直径，m。

代入表1中数据，可得v＝239.4692m/s。

然后，计算目标高炉的风口回旋区深度D_R，具体公式如下：

式中：D_R为风口回旋区深度，m；θ为风口角度，rad；ρ_p和ρ_g分别是焦炭堆密度和鼓风密度，m³/s；g为重力加速度，m/s²；d_c为炉料颗粒直径，m；为焦炭的形状系数，一般取1.72；ε为风口区域焦炭层的空隙度；K为修正系数，为常数，根据目标高炉冷态模拟试验情况，取0.1692。

代入表1中数据，计算得到D_R＝1.215m。

步骤三：判断数据合理性

基于目标高炉炉缸直径d_F对计算得到的风口回旋区深度数据合理性进行判断，主要规则如下：

(1)当0＜D_R＜0.5d_F时，认为风口回旋区深度计算合理，进入下一步步骤；

(2)否则，当D_R≤0或D_R≥0.5d_F时，认为风口回旋区深度计算不合理，返回步骤一重新调整输入参数计算。

由于目标高炉炉缸直径d_F＝9.5m，步骤二计算得到的风口回旋区深度D_R＝1.215m，满足0＜D_R＜0.5d_F，因此风口回旋区深度计算合理，可以进入下一步步骤。

步骤四：计算初始气流分布

首先，需要计算气流分布临界点

根据步骤一采集的数据，利用以下公式计算临界点位置d_o：

式中：d_o为气流分布临界点位置，m；d_F为炉缸直径，m。

代入表1中数据，计算得到目标高炉临界点位置d_o＝1.391m。

其次，根据前面采集的数据和计算得到的数据，分别计算目标高炉风口区域形成的初始气流中的中心气流分布占比和边缘气流分布占比，以判断目标高炉初始气流分布状态，具体算法如下：

(1)计算中心气流分布占比r_o：

式中：r_o为中心气流分布占比，％；L为风口插入深度，m；

(2)计算边缘气流分布占比r_e：

式中：r_e为边缘气流分布占比，％。

代入D_R＝1.215m，L＝0.450m，d_o＝1.391m到式(4)和式(5)中，计算得到中心气流分布占比r_o＝22.56％；边缘气流分布占比r_e＝77.44％。

步骤五：判断初始气流分布状态

根据步骤四中的数据，判断目标高炉初始气流分布状态，具体规则如下：

(1)当r_o＜r_e，认为目标高炉初始气流分布中的边缘气流强，中心气流弱；

(2)当r_o＝r_e，认为目标高炉初始气流分布均匀；

(3)当r_o＞r_e，认为目标高炉初始气流分布中的中心气流强，边缘气流弱；

由于步骤四中计算得到r_o＝22.56％，r_e＝77.44％，22.56％＜77.44％，满足r_o＜r_e，因此可认为当前目标高炉初始气流分布中边缘气流强、中心气流弱，应加以控制。

步骤六：输出到数据库

将风口回旋区深度数据、临界点位置数据、中心气流分布占比和边缘气流分布占比数据保存到数据库。

由此可见，本发明利用高炉生产数据及工艺参数，经过简单计算就能较为准确地计算高炉内初始气流分布情况，从而可以辅助现场操作者及时进行上下部调剂，稳定炉内煤气流分布。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集目标高炉的结构参数及工艺参数的数据；

2)基于采集的数据来计算目标高炉风口回旋区深度；

3)基于目标高炉的炉缸直径对计算得到的风口回旋区深度数据合理性进行判断；

4)在确定风口回旋区深度数据合理的情况下，基于采集的数据来计算气流分布临界点位置；

5)基于采集的数据、计算得到的风口回旋区深度以及计算得到的气流分布临界点位置来计算初始气流分布占比；

6)基于计算得到的初始气流分布占比来确定初始气流分布状态。

2.根据权利要求1所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

7)将计算得到的风口回旋区深度数据、气流分布临界点位置数据、初始气流分布占比数据输出并保存到数据库。

3.根据权利要求1所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，目标高炉是高钛型高炉。

4.根据权利要求1所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，在步骤1)中，目标高炉的结构参数及工艺参数的数据包括高炉炉缸直径、风口直径、风口插入深度、风口角度、风口数量、鼓风量、鼓风密度、焦炭堆积密度、焦炭的形状系数、炉料颗粒直径和空隙度；所述数据被输入到数据库以用于后续计算。

5.根据权利要求1所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，在步骤2)中，计算目标高炉风口回旋区深度包括以下步骤：

2.1)通过以下公式计算目标高炉内风口风速：

式中：v为目标高炉风口风速，m/s；Q为单位时间体积进风量，m³/s；n为风口数量，个；d_B为风口直径，m；

2.2)通过以下公式计算目标高炉风口回旋区深度：

式中：D_R为风口回旋区深度，m；θ为风口角度，rad；ρ_p和ρ_g分别是焦炭堆密度和鼓风密度，m³/s；g为重力加速度，m/s²；d_c为炉料颗粒直径，m；为焦炭的形状系数；ε为风口区域焦炭层的空隙度；K为修正系数。

6.根据权利要求5所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，的取值为1.72，K的取值范围是0.15-0.20。

7.根据权利要求6所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，在步骤3)中，基于目标高炉的炉缸直径d_F对计算得到的风口回旋区深度D_R数据合理性进行判断的规则如下：

当0＜D_R＜0.5d_F时，确定风口回旋区深度计算合理，进入步骤4)；

否则，当D_R≤0或D_R≥0.5d_F时，确定风口回旋区深度计算不合理，返回步骤1)重新调整输入参数计算。

8.根据权利要求7所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，在步骤4)中，通过以下公式计算气流分布临界点位置：

式中：d_o为气流分布临界点位置，m；d_F为炉缸直径，m。

9.根据权利要求8所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，在步骤5)中，计算初始气流分布占比包括分别计算目标高炉风口区域形成的初始气流中的中心气流分布占比和边缘气流分布占比，其中：

所述中心气流分布占比通过以下公式计算：

式中：r_o为中心气流分布占比，％；L为风口插入深度，m；

所述边缘气流分布占比通过以下公式计算：

式中：r_e为边缘气流分布占比，％。

10.根据权利要求9所述的确定高炉初始气流分布状态的方法，其特征在于，在步骤6)中，确定初始气流分布状态的规则如下：

当r_o＜r_e，确定目标高炉初始气流分布中的边缘气流强，中心气流弱；

当r_o＝r_e，确定目标高炉初始气流分布均匀；

当r_o＞r_e，确定目标高炉初始气流分布中的中心气流强，边缘气流弱。