CN117480264A - 供给热量推定方法、供给热量推定装置、供给热量推定程序和高炉的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的供给热量推定方法为根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定方法，其包括：推定步骤，其中，推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，所述推定步骤包括：考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量的步骤；以及推定存在于高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定方法、供给热量推定装置、供给热量推定程序和高炉的操作方法。
背景技术
通常，为了稳定地操作高炉，需要将熔融生铁温度保持在规定范围内。详细而言，当熔融生铁温度处于低位时，熔融生铁以及与熔融生铁一起生成的熔渣的粘性升高，难以使熔融生铁、熔渣从出铁口排出。另一方面，当熔融生铁温度处于高位时，熔融生铁中的Si浓度升高而熔融生铁的粘性升高，因此熔融生铁粘在风口而使风口熔损的风险变高。因此，为了稳定地操作高炉，需要抑制熔融生铁温度的变动。出于这样的背景，提出了推定供给至高炉内的热量、熔融生铁温度的各种方法。具体而言，专利文献1中公开了一种高炉的炉热控制方法，其特征在于，根据自对应于目标熔融生铁温度的炉热指数基准水平起的当前时刻的炉热指数位移量、自对应于目标熔融生铁温度的炉顶的卸载速度基准水平起的当前时刻的卸载速度位移量和两位移量对熔融生铁温度的影响时间来依次推定特定时间后的熔融生铁温度，基于该推定结果进行炉热控制操作以减小熔融生铁温度变动。另外，专利文献2中公开了一种高炉的熔融生铁温度预测方法，其是基于包括包含高炉中的送风温度、送风湿度、送风量、微粉炭吹入量和氧富集量中的至少任一者的鼓风条件数据的实际值、至少包含碳溶损量的干扰因素数据的实际值、以及熔融生铁温度的实际值的操作数据来预测将来的熔融生铁温度的高炉的熔融生铁温度预测方法，其特征在于，具备：数据积累工序，其积累操作数据；稳定状态预测模型构建工序，其构建根据由数据积累工序积累的稳定状态时的操作数据来预测稳定状态时的熔融生铁温度的稳定状态预测模型；非稳定状态预测模型构建工序，其是将稳定状态预测模型低维化的工序，其中，构建根据由数据积累工序积累的非稳定状态时的操作数据来预测非稳定状态时的熔融生铁温度的非稳定状态预测模型；以及熔融生铁温度预测工序，其根据所构建的稳定状态预测模型和非稳定状态预测模型来预测熔融生铁温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-115311号公报
专利文献2：日本特开2008-144265号公报
发明内容
发明所要解决的问题
熔融生铁温度大幅变动的可能性高的时机为由于向高炉内的送风量等操作度发生变化而所制造的熔融生铁的量发生变化、生铁的量相对于供给至高炉内的热量发生变化时。特别是，在暂时停止向高炉送风的停风中，保持在高炉中的热散失，因此在停风后的高炉启动时需要其热补偿。另外，根据停风的形态，有时会降低装入在高炉中的原料表面的高度，并在停风后的高炉启动时再次回填常温原料来进行操作，在此情况下，还需要常温原料的热补偿。因此，为了高精度地推定供给至高炉内的生铁的热量，必须考虑这样的热补偿。但是，在专利文献1中记载的方法由于未考虑由被认为根据操作度的增减而变化的送风显热引起的带出显热等因素，因此无法在使操作度大幅变化时高精度地推定供给至生铁的热量。另一方面，在专利文献2中记载的方法中，认为在进行了过去未积累的操作变化时熔融生铁温度的推定精度降低。另外，在这样熔融生铁温度的推定精度低的情况下，变成过量的热供给的情况也多，担心设备故障。另外，从削减二氧化碳排出量的趋势出发，也不优选作为碳源的还原材料的过量使用。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够高精度地推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定方法、供给热量推定装置和供给热量推定程序。另外，本发明的另一目的在于提供在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够适当地保持供给至高炉内的生铁的热量并且能够将熔融生铁温度高精度地控制在规定范围内的高炉的操作方法。
用于解决问题的方法
本发明的供给热量推定方法为根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定方法，其包括：推定步骤，其中，推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被上述炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，上述推定步骤包括：考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量的步骤；以及推定存在于上述高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量的步骤。
上述推定步骤可以包括考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定上述带入显热的变化的步骤。
本发明的供给热量推定装置为根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定装置，其包括：推定单元，其推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被上述炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，上述推定单元考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量，推定存在于上述高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量。
上述推定单元可以考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定上述带入显热的变化。
本发明的供给热量推定程序为使计算机执行根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的处理的供给热量推定程序，其使上述计算机执行如下推定处理：推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被上述炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，上述推定处理包括如下处理：考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定上述带入显热的变化，考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量，推定存在于上述高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量。
本发明的高炉的操作方法包括如下步骤：基于通过本发明的供给热量推定方法推定出的供给至高炉内的生铁的热量来控制供给至高炉内的热量。
发明效果
根据本发明的供给热量推定方法、供给热量推定装置和供给热量推定程序，在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够高精度地推定供给至高炉内的生铁的热量。另外，根据本发明的高炉的操作方法，在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够适当地保持供给至高炉内的生铁的热量，并且能够将熔融生铁温度高精度地控制在规定范围内。
附图说明
图1是示出作为本发明的一个实施方式的炉热控制装置的构成的框图。
图2是示出作为本发明的一个实施方式的炉热控制处理的流程的流程图。
图3是示出以往指数和本发明的炉热指数与相对于基准熔融生铁温度的温度差的关系的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对应用了本发明的供给热量推定方法和供给热量推定装置的、作为本发明的一个实施方式的炉热控制装置的构成和动作进行说明。
[构成]
首先，参照图1对作为本发明的一个实施方式的炉热控制装置的构成进行说明。图1是示出作为本发明的一个实施方式的炉热控制装置的构成的框图。如图1所示，作为本发明的一个实施方式的炉热控制装置1由计算机等信息处理装置构成，通过控制从设置于高炉2的下部的风口供给至高炉2内的熔体的热量，将在高炉2内制造的熔融生铁的温度控制在规定范围内。炉热控制装置1作为本发明的供给热量推定装置发挥功能。
具有这样的构成的炉热控制装置1通过执行以下所示的炉热控制处理，在高炉2的操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够高精度地推定供给至高炉2内的生铁的热量，使用推定结果，适当地保持供给至高炉2内的生铁的热量，将熔融生铁温度高精度地控制在规定范围内。以下，参照图2对作为本发明的一个实施方式的炉热控制处理的流程进行说明。
需要说明的是，以下所示的炉热控制装置1的动作通过如下方式实现：构成炉热控制装置1的信息处理装置内的CPU等运算处理装置从ROM等存储部向RAM等临时存储部加载程序1a，并执行加载的程序1a。程序1a也可以构成为以可安装的形式或可执行的形式的文件记录在CD-ROM、软盘、CD-R、DVD等计算机可读取的记录介质中来提供。程序1a也可以构成为通过存储在与互联网等电信线路、手机等电话通信网、WiFi(注册商标)等无线通信网等网络连接的计算机上、并经由网络下载来提供。
[炉热控制处理]
图2是示出作为本发明的一个实施方式的炉热控制处理的流程的流程图。在图2所示的流程图中，在炉热控制处理的执行命令被输入至炉热控制装置1的时刻开始，炉热控制处理除了以往以来进行的根据高炉内的反应热平衡(反应生成热、反应吸热)、送风显热和热损耗(来自炉体的除热量等)等来推定供给至高炉内的热量的步骤S1的处理以外还追加进行步骤S2、步骤S3和步骤S4的处理，将这些处理整合后进入推定供给热量的步骤S5的处理。根据高炉内的反应热平衡(反应生成热、反应吸热)、送风显热和热损耗(来自炉体的除热量等)等来推定供给至高炉内的热量的步骤S1的处理以往以来便进行，将此时的供给热量设为Q0。关于步骤S1的处理的优选例，之后进行说明。
在步骤S2的处理中，炉热控制装置1推定从高炉2的下部通向上部的气体(炉内通过气体)带出到高炉2的上部的显热(气体带出显热)Q7。具体而言，气体带出显热Q7(MJ/t-p：每一吨生铁(pig iron)的热量。以下，在记载为t-p时，表示生铁吨数)可以通过将在风口前燃烧的气体的推定温度与表示高炉炉下部上端的温度的基准温度的温度差乘以气体的比热而算出，由以下所示的数学式(1)表示。由此，步骤S2的处理完成，进入步骤S5的处理。
在此，Ci表示气体种类i(氮气、一氧化碳、氢气)的比热(MJ/m3/℃)，Vi表示炉腹气体中的气体种类i的流量(m3(s.t.p)/分钟)(m3(s.t.p)：0℃、1atm(大气压)下的体积)，TFT表示理论燃烧温度(℃)，Tbase表示基准温度(℃)(800～1200℃、优选为900～1000℃)，Pig表示制铁速度(t-p/分钟)，α表示因高炉2而改变的影响系数。它们的值例如可以从通过电信线路而连接于炉热控制装置1的过程计算机等上位计算机3获得。
在步骤S3的处理中，炉热控制装置1推定从高炉2的上部供给至下部的原料向高炉2的下部带入的显热(原料带入显热)Q8。具体而言，原料带入显热Q8(MJ/t-p)可以如以下的数学式(2)所示那样通过将熔接带下端的原料温度T1(＝1450～1500℃)与基准温度Tbase的温度差乘以原料的比热而算出。需要说明的是，原料温度T1如以下的数学式(3)所示是在停风时下降的原料的表面高度(降料面高度)Linitial的函数。根据这样的原料温度T1的设定，能够考虑在停风后的高炉启动时再次回填常温原料而进行操作的情况下的常温原料的热补偿，因此能够高精度地评价被原料带入到炉下部的热量减少。由此，步骤S3的处理完成，进入步骤S5的处理。
Q8＝β·{∑(Cj·Rj)}·(T1-Tbase)…(2)
在此，Cj表示原料j(焦炭、生铁、熔渣)的比热(MJ/kg/℃)，Rj表示原料j的原单位(kg/t-p)，T1表示熔接带下端的原料温度(℃)，Tbase表示基准温度(℃)，β表示因高炉2而改变的影响系数。它们的值例如可以从上位计算机3获得。
T1＝f(Linitial)…(3)
在步骤S4的处理中，炉热控制装置1推定存在于高炉2的下部的炉芯焦炭所保持的热量(焦炭保持热量)Q9。具体而言，焦炭保持热量Q9(MJ/t-p)可以通过从每1吨熔融生铁的焦炭原单位减去燃烧消耗量和以粉尘形式排出的碳量而得到的值乘以基准温度与理论燃烧温度之差和焦炭的比热Ccoke来求出，由以下所示的数学式(4)表示。由此，步骤S4的处理完成，进入步骤S5的处理。
在此，Ccoke表示焦炭的比热(MJ/kg/℃)，TFT表示理论燃烧温度(℃)，Tbase表示基准温度(℃)，CR表示焦炭比(kg/t-p)，CRburn表示风口前燃烧碳比(送风氧与由于调湿而在风口前消耗掉的氧量)(kg/t-p)，PCR表示微粉炭比(kg/t-p)，CinPC表示微粉炭中的碳比率，Csol表示碳溶损比(kg/t-p)，Dust表示粉尘比(kg/t-p)，Cindust表示粉尘中的碳比率，γ和δ表示因高炉2而改变的影响系数。它们的值例如可以从上位计算机3获得。
在步骤S5的处理中，炉热控制装置1推定由停风导致的散失热Q10。由停风导致的散失热Q10(MJ/t-p)可以根据以下所示的数学式(5)求出。通过考虑由停风导致的散失热Q10，能够评价向高炉下部供给的热量的一部分被用于炉体的升温直至散失热Q10消除。由此，步骤S5的处理完成，进入步骤S6的处理。
在此，Q为停风中的每单位时间的散失热量的积分值(MJ/分钟)，t1为停风时间(分钟)，t2为从停风后的高炉启动时起的经过时间(分钟)，a、b、c为考虑了高炉炉体的冷却设备的能力等的影响的系数。需要说明的是，始终测定利用冷却装置进行的停风中的每单位时间的除热量(＝向设置在高炉外周部的冷却装置的通水量×(出口侧水温-入口侧水温)×冷却水比热)。因此，例如通过将测定值乘以规定的系数和停风时间，能够推定停风中的除热量、即停风中的散失热量。
在步骤S6的处理中，炉热控制装置1使用在步骤S1的处理中推定出的供给热量Q0、在步骤S2～S5的处理中推定出的气体带出显热Q7、原料带入显热Q8、焦炭保持热量Q9和由停风导致的散失热Q10，推定供给至高炉2内的生铁的热量。具体而言，炉热控制装置1通过将在步骤S1中推定出的供给热量Q0、在步骤S2～S5的处理中推定出的气体带出显热Q7、原料带入显热Q8、焦炭保持热量Q9和由停风导致的散失热Q10代入以下所示的数学式(6)中，算出与供给至高炉2内的生铁的热量对应的炉热指数TQ(MJ/t-p)。由此，步骤S6的处理完成，进入步骤S7的处理。
TQ＝Q0-Q7+Q8-Q9-Q10…(6)
在此，Q0表示利用高炉内的反应热平衡(反应生成热、反应吸热)、送风显热和热损耗(来自炉体的除热量等)等供给至高炉内的热量，可以应用在以往的供给热量推定中多数情况下采用的推定方法，但作为优选方式，可以列举数学式(7)。
Q0＝Q1+Q2-Q3-Q4-Q5-Q6…(7)
在此，Q1表示风口前端焦炭的燃烧热(MJ/t-p)。燃烧热Q1可以通过将根据每单位时间从风口送风至高炉的氧的量算出的焦炭的燃烧产生的发热量除以在该单位时间内制造的熔融生铁铁量来算出。
另外，Q2表示通过来自风口的送风投入至高炉的送风显热(MJ/t-p)。送风显热Q2可以通过根据每单位时间的送风量和送风温度的测定值求出每单位时间利用送风投入至高炉的热量并将该值除以该单位时间内制造的熔融生铁铁量来算出。
另外，Q3表示溶损反应热(MJ/t-p)。该值例如可以如专利文献1记载的那样通过根据炉顶气体成分值求出碳溶损量来算出该反应热。溶损反应热Q3可以通过将该溶损反应热除以在该单位时间内制造的熔融生铁铁量来算出。
另外，Q4表示主要包含在送风中的湿成分的分解热(MJ/t-p)。分解热Q4可以通过将根据送风湿成分的测量值求出的分解热除以在该单位时间内制造的熔融生铁铁量来算出。
另外，Q5表示来自炉体的热损耗(例如，由冷却水引起的除热量)(MJ/t-p)。作为热损耗，在算出由冷却水引起的除热量的情况下，除热量Q5可以通过根据冷却水的水量和高炉炉体的冷却水的入口侧与出口侧的温度差来算出由冷却水引起的每单位时间的除热量并将算出的除热量除以在该单位时间内制造的熔融生铁铁量来算出。
另外，Q6表示在单位时间内从风口吹入的还原材料的分解热(MJ/t-p)。分解热Q6可以通过将分解热除以在该单位时间内制造的熔融生铁铁量来算出。
在步骤S7的处理中，炉热控制装置1基于在步骤S6的处理中推定出的供给至高炉2内的生铁的热量来控制从风口供给至高炉2内的热量，由此适当地保持供给至高炉2内的生铁的热量，将熔融生铁温度控制在规定范围内。由此，步骤S7的处理完成，一系列炉热控制处理结束。
根据以上说明可知，在作为本发明的一个实施方式的炉热控制处理中，炉热控制装置1推定由炉内通过气体引起的向高炉上部的带出显热的变化和由被炉内通过气体预热的原料供给至高炉的下部的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量。另外，炉热控制装置1考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量，推定存在于高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量。由此，在向高炉内的送风量等操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够高精度地推定供给至高炉内的生铁的热量。另外，由此，在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够适当地保持供给至高炉内的生铁的热量，并且能够将熔融生铁温度高精度地控制在规定范围内。
[实施例]
在图3中示出将停风后的高炉启动时的以往的炉热指数(利用Q1～Q6推定)和本发明的炉热指数(利用Q1～Q10推定)与实际的熔融生铁温度(与基准熔融生铁温度的差)进行对比的结果。如图3所示，对于本发明的炉热指数(本发明例)而言，与以往的炉热指数(比较例)相比，能够确认在炉热指数与熔融生铁温度(与基准熔融生铁温度的差)之间具有一定的相关关系。另外，在表1中汇总示出考虑了各个因素时的推定熔融生铁温度与实际熔融生铁温度之差的标准偏差。可知，与仅使用Q1～Q6作为以往的炉热指数来推定炉热指数的情况(比较例1)、不考虑由停风导致的降料面高度和散失热的情况(比较例2。使用Q1～Q9推定炉热指数。其中，不进行与降料面高度对应的Q8的修正)相比，在考虑了由停风导致的降料面高度和散失热的情况(本发明例1。使用Q1～Q10推定炉热指数。进行与降料面高度对应的Q8的修正)和仅考虑了由停风导致的散失热的情况(本发明例2。使用Q1～Q10推定炉热指数。其中，不进行与降料面高度对应的Q8的修正)下，推定精度提高。由此可知，在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时，通过使用本发明的炉热指数，也能够适当地保持供给至高炉内的生铁的热量，将熔融生铁温度高精度地控制在规定范围内。
[表1]
(表1)
以上，对应用了由本发明人完成的发明的实施方式进行了说明，但本发明不受基于本实施方式的构成本发明的公开的一部分的记载和附图限定。即，本领域技术人员等基于本实施方式完成的其它实施方式、实施例和运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够高精度地推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定方法、供给热量推定装置和供给热量推定程序。另外，根据本发明，能够提供在操作度大幅变化时、特别是在停风后的高炉启动时也能够适当地保持供给至高炉内的生铁的热量并且能够将熔融生铁温度高精度地控制在规定范围内的高炉的操作方法。
符号说明
1 炉热控制装置
1a 程序
2 高炉
3 上位计算机
Claims (6)
1.一种供给热量推定方法，其是根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定方法，其中，
所述供给热量推定方法包括：推定步骤，其中，推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被所述炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，
所述推定步骤包括：考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量的步骤；以及推定存在于所述高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量的步骤。
2.根据权利要求1所述的供给热量推定方法，其中，所述推定步骤包括考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定所述带入显热的变化的步骤。
3.一种供给热量推定装置，其是根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的供给热量推定装置，其中，
所述供给热量推定装置包括：推定单元，其推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被所述炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，
所述推定单元考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定所述带入显热的变化，考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量，推定存在于所述高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量。
4.根据权利要求3所述的供给热量推定装置，其中，所述推定单元考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定所述带入显热的变化。
5.一种供给热量推定程序，其是使计算机执行根据供给至高炉内的热量和高炉内的熔融生铁的制造速度来推定供给至高炉内的生铁的热量的处理的供给热量推定程序，其中，
使所述计算机执行如下推定处理：推定由炉内通过气体引起的带出显热的变化和由被所述炉内通过气体预热的原料供给的带入显热的变化，考虑推定出的带出显热和带入显热的变化来推定供给至高炉内的生铁的热量，
所述推定处理包括如下处理：考虑在停风时下降的原料的表面高度来推定所述带入显热的变化，考虑在停风时从高炉散失的热来推定供给至高炉内的生铁的热量，推定存在于所述高炉中的炉芯焦炭所保持的热量，考虑推定出的炉芯焦炭所保持的热量来推定供给至高炉内的生铁的热量。
6.一种高炉的操作方法，其包括如下步骤：基于通过权利要求1或2所述的供给热量推定方法推定出的供给至高炉内的生铁的热量来控制供给至高炉内的热量。
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