多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法
【专利摘要】本发明提供一种多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法，具体步骤如下：A沿高炉炉身不同高度取煤气，绘煤气利用率沿高度的分布曲线并用数值计算方法获得其为零时的标高位置；B建立高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型，获取冷却壁温度发生明显变化区域；C以不同炉料品位的软熔温度，分析确定A和B的测量时炉料品位对应的炉料软熔温度；D以高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型为主源信息，辅以A和C的结论计算软熔带的根部位置。本发明的方法根据可检测数据，获得高炉炉墙热面的温度场分布模型，CO利用率为0的标高位置和进行数据测量时高炉炉料软熔温度，计算出高炉软熔带的根部位置，具有设备投资少、检测精度高等特点。
【专利说明】多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁冶炼领域，具体涉及一种多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法。
【背景技术】
[0002]高炉冶炼作为钢铁生产过程的上游工序，是钢铁生产中CO2的主要排放工序和能耗最大的环节。高炉中软熔带不仅支配着气流分布，直接影响高炉煤气利用，对炉内热交换、还原过程和透气性也有极大影响。高炉解剖及实验模拟已经证实了它的存在，炉料的软熔性及高炉操作制度是影响软熔带的位置和形状的主要因素。软熔带模型是高炉煤气流分布和上下部调剂结果的直观反映和重要监视手段，正确推定和维持一个形状合理、高度适当的软熔带，实现优质、低耗、高产具有十分重要的意义。
[0003]近年来高炉软熔带的研究分二个方向进行，一是开发硬件装置直接测定，如放射性同位素测定(RI法)、同位素测定法、光脉冲测定法、炉温度测定法、时间区域反射仪测定法(TDR法)等；二是根据高炉特有的检测手段和生产操作参数，用计算机软件技术建立特定的数学模型间接推定，如炉身静压力模型法、炉身上部温度计算法、炉墙垂直温度分布推断法、基于CFD/NHT的高炉炉内温度场仿真法等。虽然二者均可检测出高炉软熔带的位置和形状，但都需采用特定检测设备，投资巨大，日常维护费多，且国外先进技术封锁严密。由于资金和技术等限制，国内高炉配备检测装置的极少，在软熔带位置和形状的检测技术方面还非常落后。目前高炉操作者主要通过参考高炉煤气成分、炉顶压力、炉顶温度、炉喉十字测温、冷却壁温度、铁水温度等测量数据，结合操作经验估计软熔带根部的大概位置，难以给出精确结果。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的问题，本发明旨在提供一种多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法，它能根据高炉冷却壁温度、冷却水温度和流速、炉身静压孔获取的高炉煤气成分、不同品位炉料的软熔温度等可检测数据，获得高炉炉墙热面的温度场分布模型、高炉煤气利用率为零的标高位置和进行数据测量时高炉炉料的软熔温度，多源信息融合分析计算出高炉软熔带的根部位置，具有设备投资少、检测精度高等特点。
[0005]本发明多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法的原理如下:
[0006]CO利用率机理分析:
[0007]高炉软熔带内，矿石、熔剂逐渐软化、熔融而形成液态渣铁，只有焦炭此时仍保持着固体状态。在软熔带内是靠焦炭夹层(即焦窗)透气，而形成的熔融而粘稠的渣铁充填于焦块之间，大大增加了煤气通过的阻力。从风口鼓入高炉的热风经过回旋区向上运动，速度很大的鼓风直冲向软熔带，快速气流对软熔带产生强烈的挤压，使本来透气性很差的矿石层透气性更差。因此，绝大部分高炉煤气绕过软化矿石层，从透气性较好的焦炭层中流过，相对于焦炭层中，只有极少量的高炉煤气从矿石层中流过。高炉煤气通过焦窗时，几乎不发生高炉煤气与含铁氧化物和其他氧化物的氧化还原反应，高炉煤气成分中几乎不含氧化产物CO2,即在软熔带根部位置的CO利用率为零，据此机理确定高炉软熔带根部位置。
[0008]炉墙温度变化机理分析:
[0009]根据炉墙热面温度变化，来推断软熔带根部位置。因为软熔带的存在，气流上升到此处受到极大的阻碍，使得从焦窗中流过的高炉煤气的流速急速增加，并且经过焦炭层后由中心向边缘发展，呈树枝状穿过软熔带上升；没有通过软熔带的高速、高温的高炉煤气必然在软熔带下方改变方向，产生回流，因此，紧靠此处炉墙热面温度必然发生明显变化，根据温度变化即可判断软熔带根部必然处在温度变化最大的交界面处。
[0010]本发明提供的一种多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法，具体步骤如下:
[0011]A沿高炉炉身不同高度方向取高炉煤气，测定并绘制高炉煤气利用率Π。。沿高度方向的分布曲线，利用数值计算方法获得n。。为零的标高位置；
[0012]B建立高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型，获取炉墙热面温度发生明显变化的标闻区域；
[0013]C离线获取不同品位的炉料的软熔温度，确定A和B数据测量时炉料的品位，分析该品位对应的炉料软熔温度；
[0014]D以B中建立的高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型为主源信息，辅助A和C中结论进行函数修正，多源信息融合分析计算出高炉软熔带的根部位置。
[0015]其中，所述步骤A为沿高炉炉身不同高度方向安装的净压孔取除尘过滤净化后的煤气，分析煤气中CO和CO2的含量，计算高炉炉身不同高度取样点的煤气利用率η co=C02/(C0+C02)，以此绘制煤气利用率沿高度方向的分布曲线，利用数值计算方法获得Π。。为零的标闻位直。
[0016]其中，所述步骤A的详细步骤为:
[0017]Al在高炉炉身不同高度方向的各静压孔上安装高炉煤气取气装置，高炉煤气由取气管道导出；
[0018]Α2将取出的高炉煤气进入高压电磁阀，进行降压处理，使高炉煤气压力降到2.5MPa 以下；
[0019]A3将降温降压后的高炉煤气，流经压力报警器进行压力监控，超限报警，此时需要人工调节高压电磁阀降压；
[0020]A4将降温降压后的高炉煤气导入粉尘过滤器，进行除尘处理，其中煤气的过滤流量约为10m3/min,过滤后可将0.3um以上的粉尘含量降低到1%以下；
[0021]A5将降温、降压、除尘后的高炉煤气导入气水分离器和干燥器中作进一步过滤处理，以滤除高炉煤气中的水分；
[0022]A6净化后的高炉煤气经调节阀和气体流量计后导入气相色谱仪，以分析炉气中的CO和CO2含量，其中调节阀和气体流量计将高炉煤气流量稳定在55?65ml/min ；
[0023]A7计算高炉炉身不同高度方向的煤气利用率Hra=CO2/(C0+C02)，绘制煤气利用率沿高度方向的分布曲线，再利用数值计算方法估计nco为零的标高位置。
[0024]其中，Al所述取气装置主要包括高温取样探头，高温取样探头为管状结构，中心为取气管道，侧壁为夹层内有冷却介质流经的冷却管；经高温取样探头后，由于高温取样探头自带的冷却功能，高炉煤气温度降低到50~70°C，并由取气管道导出。所述的冷却介质优选为水。
[0025]其中，Al所述静压孔，采用氮气连续反吹的方法解决其易堵塞问题，氮气流量200~300L/min ;当吹扫流量变小不能保持恒流，或者吹气时和不吹气时的仪表显示值相差高达6kpa~7kpa时，说明静压孔已经堵塞，必须人工捅开。
[0026]其中，所述步骤B是以待测高炉炉身下部、炉腰及炉腹上部的炉墙实际物理模型为原型，等比例建立计算模型；确定炉墙涉及的所有材料及其物性参数；确定边界条件；利用有限元分析软件ANSYS对高炉炉墙进行三维稳态温度场的分析计算，获得高炉炉墙的稳态温度场分布模型；建立高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型，获取炉墙的冷却壁温度发生明显变化区域。
[0027]其中，所述步骤B的详细步骤为:
[0028]BI建立计算模型:以待测高炉炉身下部、炉腰及炉腹上部的炉墙实际物理模型为原型，等比例建立计算模型；
[0029]B2建立传热数学模型:高炉炉墙内部的传热可视为稳态导热问题，其三维稳态导热微分方程为:
【权利要求】
1.一种多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法，具体步骤如下:A沿高炉炉身不同高度方向取高炉煤气，测定并绘制高炉煤气利用率Π。。沿高度方向的分布曲线，利用数值计算方法获得H。。为零的标高位置；B建立高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型，获取炉墙热面温度发生明显变化的标高区域；C离线获取不同品位的炉料的软熔温度，确定A和B数据测量时炉料的品位，分析该品位对应的炉料软熔温度；D以B中建立的高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型为主源信息，辅助A和C中结论进行函数修正，多源信息融合分析计算出高炉软熔带的根部位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A为沿高炉炉身不同高度方向安装的净压孔上连接取气管路，取除尘过滤净化后的高炉煤气，测定煤气样品中CO和CO2的含量，计算高炉炉身不同高度取样点的煤气利用率HM=C02/(C0+C02)，以此绘制煤气利用率沿高度方向的分布曲线，利用数值计算方法获得nco为零的标高位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A的详细步骤为:Al在高炉炉身不同高度方向的各静压孔上安装高炉煤气取气装置，高炉煤气由取气管道导出；Α2将取出的高炉煤气进入高压电磁阀，进行降压处理，使高炉煤气压力降到2.5MPa以下；A3将降温降压后的高炉煤气，流经压力报警器进行压力监控，超限报警，此时需要人工调节高压电磁阀降压；A4将降温降压后的高炉煤气导入粉尘过滤器，进行除尘处理，其中煤气的过滤流量约为10m3/min，过滤后可将0.3um以上的粉尘含量降低到1%以下；A5将降温、降压、除尘后的高炉煤气导入气水分离器和干燥器中作进一步过滤处理，以滤除高炉煤气中的水分；A6净化后的高炉煤气经调节阀和气体流量计后导入气相色谱仪，以分析炉气中的CO和CO2含量，其中调节阀和气体流量计将高炉煤气流量稳定在55~65ml/min ；A7计算高炉炉身不同高度方向的煤气利用率Hra=CO2/(C0+C02)，绘制煤气利用率沿高度方向的分布曲线，再利用数值计算方法获得H。。为零的标高位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述静压孔，采用氮气连续反吹的方法解决其易堵塞问题，氮气流量200~300L/min ;当吹扫流量变小不能保持恒流，或者吹气时和不吹气时的仪表显示值相差高达6kpa~7kpa时，说明静压孔已经堵塞，必须人工捅开。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B是以待测高炉炉身下部、炉腰及炉腹上部的高炉炉墙实际物理模型为原型，等比例建立计算模型；确定高炉炉墙涉及的所有材料及其物性参数；确定边界条件；利用有限元分析软件ANSYS对高炉炉墙进行三维稳态温度场的分析计算，获得高炉炉墙的稳态温度场分布模型；建立高炉炉墙热面温度沿高度方向的分布关系模型，获取高炉炉墙热面温度发生明显变化区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤B的详细步骤为:BI建立计算模型:以待测高炉炉身下部、炉腰及炉腹上部的炉墙实际物理模型为原型，等比例建立计算模型；B2建立传热数学模型:高炉炉墙内部的传热可视为稳态导热问题，其三维稳态导热微分方程为:
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述炉墙涉及的所有材料指炉壳、水管、冷却壁、砖衬。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述物性参数指体积密度、导热系数、比热容。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C的详细步骤为:Cl结合国内外钢铁厂实验数据、高炉现场数据以及查询相关资料，获取不同品位的炉料的软熔温度，确定A和B数据测量时高炉炉料的品位；C2结合不同品位的炉料的软熔温度，分析获得测量时高炉炉料品位的软熔温度。
10.权利要求1-9任一项所述多源信息融合确定高炉软熔带根部位置的方法在高炉冶炼中的应用。
【文档编号】G06F17/50GK103593540SQ201310625743
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】桂卫华, 杨贵军, 蒋朝辉, 阳春华, 郑源斌 申请人:中南大学