TWI415946B - 高爐排渣流量估測系統與估測方法 - Google Patents

高爐排渣流量估測系統與估測方法 Download PDF

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TWI415946B TW99128299A TW99128299A TWI415946B TW I415946 B TWI415946 B TW I415946B TW 99128299 A TW99128299 A TW 99128299A TW 99128299 A TW99128299 A TW 99128299A TW I415946 B TWI415946 B TW I415946B
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Jiashyan Shiau
Chungken Ho
Hsutang Kuo
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高爐排渣流量估測系統與估測方法
本發明是有關於一種高爐排渣流量估測系統與估測方法。
在目前的高爐煉鐵技術中，爐渣排放量是一項重要的指標。高爐的排渣流量是用來推算高爐內的渣量，配合鐵水液位，可進一步得知爐床液位，這對高爐的穩定操作有很大的幫助。
目前，高爐的排渣流量大多利用水淬設備所排放的水淬爐石率來估測，而水淬設備的水淬爐石排放率是由出粒化池後爐石經脫水滾筒之油壓變化推估而得的。但由於進入粒化池的爐石會先於池內停留相混後再流出，使得推算的爐石量不等於即時進入的重量，導致無法即時獲得精確的爐石量數據。
因此，本發明之一方面是在提供一種焦高爐排渣流量估測系統與估測方法，以即時獲得精確的爐渣排放量。
根據本發明之一實施例，此高爐排渣流量估測系統係用以估測高爐之排渣流量，其中此高爐係利用水淬設備來將高爐之爐渣轉換成水淬爐石，而此水淬設備則利用冷卻水儲存槽中的水來冷卻爐渣。此高爐排渣流量估測系統包含水溫量測器、水流量量測器以及渣流量計算模組。水溫量測器係用以量測從冷卻水儲存槽流入水淬設備之水的水溫，以得到水溫資料。水流量量測器係用以量測從冷卻水儲存槽流入水淬設備之水的水流量，以得到水流量資料。渣流量計算模組係用以根據測得之水溫資料、水流量資料以及下列方程式來計算出排渣流量之值：
其中Ms 為排渣流量；M1 為上述測得之水流量(公斤/小時)；T1 為從水淬設備流入冷卻水儲存槽之水的溫度；T2 為上述測得之水溫；QL 為熱損；Ss 為該爐渣之比熱(仟卡/公斤℃)；Ts 為該爐渣之溫度(攝氏℃)；Ψw 為水淬爐石含水率(%)；Sw 為水的比熱。
根據本發明之另一實施例，前述之高爐排渣流量估測方法係用以估測高爐之排渣流量，其中高爐係利用水淬設備來將高爐之爐渣轉換成爐石，而水淬設備則利用冷卻水儲存槽中的水來冷卻爐渣。在此高爐排渣流量估測方法中，首先量測從冷卻水儲存槽流入水淬設備之水的水溫，以得到水溫資料。接著，量測從冷卻水儲存槽流入水淬設備之水的水流量，以得到水流量資料。然後，根據水溫資料、水流量資料以及下列方程式來計算出排渣流量之值：
其中Ms 為排渣流量；M1 為上述測得之水流量(公斤/小時)；T1 為從水淬設備流入冷卻水儲存槽之水的溫度；T2 為上述測得之水溫；QL 為熱損；Ss 為該爐渣之比熱(仟卡/公斤℃)；Ts 為該爐渣之溫度(攝氏℃)；Ψw 為水淬爐石含水率(%)；Sw 為水的比熱。
請參照第1圖，其係繪示根據本發明一實施例之模擬熱焓量計算系統100與熱焓量計算流程。本實施例之高模擬熱焓量計算系統100係藉由爐渣冷卻水的熱焓量差值，來建立爐渣流量計算模型。此爐石流量計算模型可即時計算出爐渣流量與爐渣量，供高爐操作人員監控爐床液位。
模擬熱焓量計算系統100係用以模擬爐渣進入水淬設備後的熱交換機制，其中模擬熱焓量計算系統100包含水淬設備110、冷凝器120和冷卻水儲存槽130。水淬設備210係用以將高爐爐渣轉變成水淬爐石。水淬設備可為一般型或環保型INBA系統。冷卻水儲存槽130係用以儲存大量的水，以供應水淬設備110所需的冷卻用水。冷凝器120係用以冷凝水淬設備110工作時所散發的蒸發水氣，以方便計算這些蒸發水氣的熱焓量。
在水淬設備110、冷凝器120與冷卻水儲存槽230所構成的封閉系統中，根據根據質量守衡原理可以得到下列式子：
M4 +Ms =M5 +(1+Ψw )Ms → M4 =M5 +Ψw Ms 　(1)
其中M4 為冷卻水儲存槽130的補充水量(公斤/小時)；Ms 為爐渣流量(公斤/小時)；M5 為冷卻水儲存槽130的水份蒸發率(公斤/小時)；Ψw 為水淬爐石含水率(%)，在本實施例中，由高爐現場測得之含水率為6.64%。
在水淬設備110的封閉系統中，根據質量守衡原理可以得到下列式子：
M1 +Ms +M2 ’=M2 +M3 +(1+Ψw )Ms → M2 -M2 ’=M1 -M3 -Ψw Ms 　(2)
其中，M1 為水淬用水流量(公斤/小時)；M2 為水淬過程水蒸發率(公斤/小時)；M2 ’為冷凝過程之冷凝率(公斤/小時)；M3 為水淬設備110流入冷卻水儲存槽130的水流量(公斤/小時)。
在冷卻水儲存槽130的封閉系統中，根據根據質量守衡原理可以得到下列式子：
M4 +M3 =M1 +M5 　(3)
將方程式(1)代入方程式(3)，以及將方程式(4)代入方程式(2)中，可得到下列式子：
M1 =M3 +Ψw Ms 　(4)
M2 =M2 ’　(5)
接著，在模擬熱焓量計算系統100中，根據能量平衡原理可得到下列式子：
Ms Ss *(Ts -25)+M4 Sw *(T0 -25)=Ms Ss *(T1 -25)+M5 *[539+Sw *(100-25)]+Ψw Ms *Sw *(T1 -25)+QL 　(6)
其中Ss 為爐渣之比熱(仟卡/公斤℃)；Sw 為水的比熱；Ts 為渣溫(攝氏℃)；Ts 為渣溫(攝氏℃)；T1 為水淬設備210流入冷卻水儲存槽230的水的溫度(攝氏℃)；QL 為整體系統的熱損；T0 為補充水的溫度；室溫為25℃；水的蒸發熱為539仟卡/公斤。
接著，推估方程式(6)中的參數M5 的值。由於水的蒸發熱為539，而水的比熱為1，因此若欲將100公斤的水冷卻到5.39℃，則會蒸發1公斤的水。根據此推算，可得到下列方程式：
M5 *539=M3 *1*(T1 -T2 )→ M5 =M3 *(T1 -T2 )/539　(7)
其中T2 為冷卻水儲存槽130流入水淬設備110的水的溫度(攝氏℃)。在以上的計算中未列入評估的熱能，將會被列入熱損QL 中，因此熱損QL 大致等於水淬設備110的熱損Q1 、冷凝器120的熱損Q2 以及冷卻水儲存槽130的熱損Q3 的總和，其中冷凝器120的熱損Q2 為負值。
然後，對上述方程式進行整理來求得爐渣流量計算模型。由方程式(4)可得知：
M3 =M1 -Ψw Ms 　(8)
將方程式(7)和(8)代入(6)可得：
Ms [Ss *(Ts -T1 )-Ψw Sw *(T1 -25)]=(M1 -Ψw Ms )*614*(T1 -T2 )/539+QL
整理上式可得：
在本實施例中，方程式(9)之Ss (Ts -T1 )的值即代表爐渣於水淬前後之熱焓量變化。為求出此值，進行以下的估算。首先，在高爐出渣後，以紙桿(內含熱電偶)方式分別量測鐵渣流道之出渣與鐵水溫度。在本實施例中，測得的平均鐵水溫度約為1498.6℃，平均渣溫為1487.6℃。接著，根據習知文獻(高炉製銑法的理論，由A.D.Gotlib教授所著，館充翻譯)所揭露的高爐渣熱焓量與溫度之關係，如第2圖所繪示，以前述之渣溫為條件，得到爐渣於水淬前後之熱焓量變化為450仟卡/公斤。
另外，熱損QL 之值等於KL *M1 *T2 ，其中KL 為熱損參數。在本實施例中將以長時間之理論渣總量(由每噸鐵水渣量累積求得)與上述方程式(9)所計算得之渣總量進行對照，以求得熱損參數。如第3圖所示，理論渣總量不會受到熱損參數值的影響而改變，因此將不同的熱損參數代入方程式(9)，並根據量測到的T1 和T，來計算出多個渣總量的計算值。這些計算值會形成一直線並與理論渣總量的直線交叉，而交叉點所對應的熱損參數值即為所求之熱損參數值。
由上述說明可知，當參數KL 、Ψw 、Sw 以及Ss (Ts -T1 )的值決定後，根據方程式(9)，可由水淬設備210流入冷卻水儲存槽230的水的溫度T1 、冷卻水儲存槽130流入水淬設備110的水的溫度T2 以及從冷卻水儲存槽230流入水淬設備210的水流量M1 來得到渣流量Ms 。又，水淬設備210流入冷卻水儲存槽230的水的溫度T1 為定值，因此，當溫度T1 為已知時(事先進行量測)，只要知道T2 和M1 的值即可算出渣流量Ms 。
請同時參照第4圖和第5圖，第4圖係繪示根據本發明之一實施例之高爐排渣流量估測方法400，第5圖係繪示高爐排渣流量估測方法400所對應之高爐排渣流量估測系統500的功能方塊示意圖。高爐排渣流量估測系統500包含水溫量測器510、水流量量測器520以及渣流量計算模組530，其中水溫量測器510係用以量測冷卻水儲存槽550流入水淬設備540的水的溫度(即前述之T2 )；水流量量測器520係用以量測從冷卻水儲存槽550流入水淬設備540的水流量；渣流量計算模組530儲存有前述之方程式(9)，以根據量測到的水溫和水流量來計算出高爐560之渣流量。在本實施例中，渣流量計算模組530包含有資料接收模組和計算模組，資料接收模組係用以接收測得之水流量資料和水溫資料，而計算模組則根據內存之計算模型來計算出高爐560之渣流量值。本實施例之渣流量計算模組530可設計在高爐之程控電腦中，以方便自動化地控制高爐的操作。
在高爐排渣流量估測方法400中，首先進行步驟410，以量測水淬設備540流入冷卻水儲存槽550的水的溫度。接著，進行步驟420，以量測從冷卻水儲存槽550流入水淬設備540的水流量。然後，進行步驟430，以根據步驟410和420所測得之水溫、水流量以及排渣流量方程式(9)來計算出渣流量。
值得注意的是，在本發明之其他實施例中，可加入熱損參數KL 的修正步驟，以增加方程式(9)所計算之渣流量的精確度。例如，設定程控電腦每半年更新一次熱損參數KL ，如此，在進行步驟430前，程控電腦會先檢查現行熱損參數KL 的使用時間是否超過了預設的使用期限(即半年)。若檢查結果為是，則先進行熱損參數KL 的修正步驟，再進行步驟430。若檢查結果為否，則繼續進行步驟430。
另外，值得注意的是，上述之實施例可利用電腦程式產品來實現，其可包含儲存有多個指令之機器可讀取媒體，這些指令可程式化(programming)電腦來進行上述實施例中的步驟。機器可讀取媒體可為，但不限定於軟碟、光碟、唯讀光碟、磁光碟、唯讀記憶體、隨機存取記憶體、可抹除可程式唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可程式唯讀記憶體(EEPROM)、光卡(optical card)或磁卡、快閃記憶體、或任何適於儲存電子指令的機器可讀取媒體。再者，本發明之實施例也可做為電腦程式產品來下載，其可藉由使用通訊連接(例如網路連線之類的連接)之資料訊號來從遠端電腦轉移至請求電腦。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．模擬熱焓量計算系統
110．．．水淬設備
120．．．冷凝器
130．．．冷卻水儲存槽
400．．．高爐排渣流量估測方法
410．．．步驟
420．．．步驟
430．．．步驟
500．．．高爐排渣流量估測系統
510．．．水溫量測器
520．．．水流量量測器
530．．．渣流量計算模組
540．．．水淬設備
550．．．冷卻水儲存槽
560．．．高爐
M1 ．．．水淬用水流量
M2 ．．．水淬過程水蒸發率
M2 ’．．．冷凝過程之冷凝率
M3 ．．．水流量
M4 ．．．補充水量
M5 ．．．水份蒸發率
Ms ．．．爐渣流量
T0 ．．．水溫
T1 ．．．水溫
T2 ．．．水溫
Ts ．．．渣溫
QL 、Q1 、Q2 、Q3 ．．．熱損
Ψw ．．．水淬爐石含水率
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖係繪示根據本發明一實施例之模擬熱焓量計算系統與熱焓量計算流程。
第2圖係繪示高爐渣熱焓量與溫度之關係。
第3圖係繪示理論渣總量與計算渣總量對熱損參數之作圖。
第4圖係繪示根據本發明之一實施例之高爐排渣流量估測方法。
第5圖係繪示高爐排渣流量估測系統的功能方塊示意圖。
500．．．高爐排渣流量估測系統
510．．．水溫量測器
520．．．水流量量測器
530．．．渣流量計算模組
540．．．水淬設備
550．．．冷卻水儲存槽
560．．．高爐

Claims (10)

  1. 一種高爐排渣流量估測系統，用以估測一高爐之一排渣流量，其中該高爐係利用一水淬設備來將該高爐之一爐渣轉換成水淬爐石，而該水淬設備則利用一冷卻水儲存槽中的水來冷卻該爐渣，該高爐排渣流量估測系統包含：一水溫量測器，用以量測從該冷卻水儲存槽流入該水淬設備之水之一水溫，以得到一水溫資料；一水流量量測器，用以量測從該冷卻水儲存槽流入該水淬設備之水之一水流量，以得到一水流量資料；以及一渣流量計算模組，包含：一資料接收模組，用以接收該水溫資料和該水流量資料；以及一計算模組，用以根據該水溫資料、該水流量資料以及下列方程式來計算出該排渣流量之值： 其中Ms 為該排渣流量；M1 為該水流量(公斤/小時)；T1 為從該水淬設備流入該冷卻水儲存槽之水的溫度；T2 為該水溫；QL 為熱損；Ss 為該爐渣之比熱(仟卡/公斤℃)；Ts 為該爐渣之溫度(攝氏℃)；Ψw 為水淬爐石含水率(%)；Sw 為水的比熱。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高爐排渣流量估測系統，其中該水淬爐石含水率為6.64%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高爐排渣流量估測系統，其中Ss *(Ts -T1 )係代表該爐渣於水淬前後之一熱焓量變化，該熱焓量變化之值為450(仟卡/公斤)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高爐排渣流量估測系統，其中從該水淬設備流入該冷卻水儲存槽之水的溫度為定值。
  5. 一種高爐排渣流量估測方法，用以估測一高爐之一排渣流量，其中該高爐係利用一水淬設備來將該高爐之一爐渣轉換成爐石，而該水淬設備則利用一冷卻水儲存槽中的水來冷卻該爐渣，該高爐排渣流量估測方法包含：量測從該冷卻水儲存槽流入該水淬設備之水之一水溫，以得到一水溫資料：量測從該冷卻水儲存槽流入該水淬設備之水之一水流量，以得到一水流量資料；以及根據該水溫資料、該水流量資料以及下列方程式來計算出該排渣流量之值： 其中Ms 為該排渣流量；M1 為該水流量(公斤/小時)；T1 為從該水淬設備流入該冷卻水儲存槽之水的溫度；T2 為該水溫；QL 為熱損；Ss 為該爐渣之比熱(仟卡/公斤℃)；Ts 為該爐渣之溫度(攝氏℃)；Ψw 為水淬爐石含水率(%)；Sw 為水的比熱。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之高爐排渣流量估測方法，其中該水淬爐石含水率為6.64%。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之高爐排渣流量估測方法，其中Ss *(Ts -T1 )係代表該爐渣於水淬前後之一熱焓量變化，該熱焓量變化之值為450(仟卡/公斤)。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之高爐排渣流量估測方法，其中從該水淬設備流入該冷卻水儲存槽之水的溫度為定值。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之高爐排渣流量估測方法，其中該熱損(QL )之值係與一熱損參數成正比，該高爐排渣流量估測方法更包含進行一熱損參數修正步驟，以根據一理論渣總量來修正該熱損參數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之高爐排渣流量估測方法，更包含：進行一期限檢查步驟，用以檢查該熱損參數之一使用時間是否超過一預設使用期限；以及當該使用時間超過該預設使用期限時，進行該熱損參數修正步驟。
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