专利名称：一种用于调整高炉操作的演算预测方法
技术领域：
本发明属于高炉冶炼技术领域，特别涉及一种用于调整高炉操作的演算预测方法，一种基于RiSt操作线理论，用于指导高炉重要操作参数调整的演算预测方法，支持多参数任意组合调整演算。适用于高炉操作参数调整后的演算预测计算。
背景技术：
高炉冶炼过程中，伴随着炉料与煤气的逆流运动，炉内完成了多种错综复杂的化学反应和物理变化，多年来冶金工作者一直想通过数学方法对高炉冶炼过程进行描述，法国里斯特(Rist)教授在60年代后期研究高炉过程控制时，从高炉内众多复杂的物理化学反应中突出其主要体系Fe-O-C体系，用简单而又较准确的手段表达出高炉能量消耗及影响焦比诸多因素的作用，即Rist操作线理论。本发明基于Rist操作线理论，结合生产高炉的特点和条件，提出了一种用于调整高炉操作的演算预测方法，可帮助高炉操作者基于当前的冶炼条件和高炉操作状况，调整高炉各重要参数进行操作线演算预测计算，为进一步改善操作提供方向性的指导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于调整高炉操作的演算预测方法，该方法以Rist 操作线理论为基础，结合生产高炉的特点，并充分考虑氢对高炉冶炼的影响，力求真实反映高炉实际操作状况，方便高炉操作者基于当前冶炼条件进行高炉参数调整演算，为进一步改善操作提供方向性的指导。本发明基于Rist操作线理论，提供了一种用于调整高炉操作的演算预测方法，可分别在Fe-O-C恒定与非恒定模式下，对高炉操作参数调整后的高炉状况进行演算预测计算，包括以下工艺步骤(I)根据高炉前8小时的平均冶炼条件，计算实际操作线、理想操作线，将所有原燃料及铁水检化验数据和操作线计算结果保存至数据库；(2)将原燃料条件和冶炼产出物相关检化验数据作为已知量输入，任意单独或组合调整高炉参数(风量、风温、喷煤量、富氧量、鼓风湿度、焦炭批重)，通过Fe-O-C恒定和非恒定模式下的Rist操作线计算得到调整后的高炉状况；(3)根据操作参数调整后演算得到的高炉各项指标判断调整方案是否合理，其中炉身工作效率是一个比较直接的评价标准。本发明提出的一种用于调整高炉操作的演算预测方法，在Fe-O-C恒定模式下的具体实现方法如下在保证入炉Fe、O、C三元素的量恒定的模式下进行演算，即在Fe、O、C 三元素的量恒定及相同产出物(煤气成分、渣铁成分)的条件下演算不同操作方式的冶炼结果，具体方法如下(I)调整喷煤量喷煤主要是为了代替部分焦炭，达到降低焦比的目的。以增加喷煤量为例，应计算出调整后增加的入炉C量(kg/thm)，此部分增加的C需从焦炭中的C减掉，S卩由增加的C量计算出需减少的焦炭用量(kg/thm)，这样喷煤量和焦炭量调整后进行RIST操作线计算，即可保证入炉总C量恒定。(2)调整富氧量以提高富氧量为例，富氧量增加，则鼓风(混合风)中的O量增加，为了保证入炉 O量恒定，则需减少风量(混合风)以保证入炉O量恒定，然后按调整后的富氧量和风量进行RIST操作线计算。因富氧量调整，需调整风量计算方法如下假设调整前风量为V，风中含氧量为 (O2)b，调整后风量为V'，风中含氧量为(O2)b'，则氧量恒定计算公式为VX (O2)b = N' X(O2)/风中含氧量计算公式如下
(〇2)b= (I—w)X(I—φ)X21% + (I—w)XcpX0.5 + wX ct式中，w——Im3鼓风中加入的富氧气体量，即富氧率(m3/m3鼓风)φ-鼓风体积湿度，m3/m3α—富氧气体中氧的纯度(体积百分含量，一般大于95% )，根据高炉实际选取。根据生产高炉的情况，富氧气体通常以m3/h为单位，高炉风量检测数据常以m3/ min为单位，则w =富氧气体量/60/高炉风量富氧气体量调整后，导致富氧率w的变化，由风中含氧量计算公式即可计算出调整前后鼓风带入的O2量变化值，再由氧量恒定计算公式可计算出风量需调整的量。(3)调整风量与富氧量调整方式类似，当风量调整后，要相应对富氧量进行自动调整，以保证入炉O量恒定。(4)调整焦炭批重与喷煤量调整方式类似，当焦炭批重调整后，要相应对喷煤量进行自动调整，以保证入炉总C量恒定。(5)调整风温、鼓风湿度时可直接进行调整，不需要进行恒定处理。本发明提出的一种用于调整高炉操作的演算预测方法，在Fe-O-C非恒定模式下的具体实现方法如下在Fe、0、C三元素的量非恒定的模式下进行演算，即可对Fe、0、C三元素入炉的量进行任意调整，不需要进行恒定调整处理，但须在相同产出物(煤气成分、渣铁成分)的条件下演算不同操作方式的冶炼结果，主要调整参数包括喷煤量、富氧量、风量、 风温、鼓风湿度、焦炭批重，每个操作参数均可单独调整，也可进行组合调整，不需要进行恒定计算。本发明的有益效果本发明是一种用于调整高炉操作的演算预测方法，基于Rist操作线理论，可在 Fe-O-C恒定与不恒定模式下，对高炉操作参数调整后的高炉状况进行演算预测计算，帮助高炉操作者提前判断高炉操作参数的调整方向是否合理，为后续实际调整动作的决策提供理论依据。
图I为生产高炉的Rist实际操作线和理想操作线图。图2为叉子曲线与操作线坐标系对应关系图。图3为本发明的高炉操作参数调整演算过程流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细的说明。首先对生产高炉的实际Rist操作线计算过程进行详细描述，如图I所示的实际操作线，现代高炉生产多采用风口喷吹煤粉代替部分焦炭进行高炉冶炼，所带入大量的氢对高炉的影响不容忽视，具体计算方法如下(I)A 点计算计算前需准备的数据吨铁原燃料用量、原燃料化验成分、炉顶煤气成分。其中，吨铁原燃料用量通过实际上料情况进行计算，方法如下由一级上料信息可得到每批料中矿石、燃料、熔剂的用量(t/批)，由配料计算可得到理论批铁量(吨铁/批)，则吨铁原燃料用量=每批料中原燃料用量*1000/理论批铁量(Kg/tHM)如图I示，Xa由调整后的煤气成分进行计算，考虑通用性，需考虑熔剂CaCO3，设 CaCO3在高温区的分解率为α，设吨铁消耗CaCO3的量为Φ，CaCO3中CO2含量为(CO2) φ，设吨铁炉顶煤气量为Vg，调整后的吨铁煤气量为Vg'。方法如下根据高温区的溶损反应可知，高温区产生的CO的量为Yco' = Φ * (CO2) φ* α *22. 4*2/44 (m3/tHM)中温区分解出的CO2的量为Vc02' = Φ * (CO2) φ* (I- α ) *22. 4/44 (m3/tHM)则，调整后的吨铁煤气量为Ng' = Vg-O. 5*VC0/ -Vc02, (m3/tHM)则调整后的煤气成分百分含量为(CO)g' = [Vg*(CO)g-0. 5*V⑶']/Vg'(CO2)g' = [Vg* (CO2)g-Vc02' ]/Vg'(N2)g' =Vg* (N2)g/V(CH4)g' =Vg* (CH4W(H2)g' =Vg* (H2)g/V则A点横坐标为ΧΑ=1+η⑶,=1+(C02)g' /[(CO2)g' +(CO)/ ]如图I示，A点纵坐标为Ya = y0-yH2其中y。为入炉铁矿石的氧化度，计算方法如下y0 =E (吨铁矿石i用量*矿石i中O含量)/Σ (吨铁矿石i用量*矿石i中 Fe含量)
yH2为被H2间接还原从铁氧化物中夺取的O量(lmol H2夺取Imol O),计算方法如下yH2 =[吨铁入炉总 H2 量 * 22. 4]/[吨铁中还原的 Fe/56] (KmoI/KmoI)式中，ηΗ2= O. 88* η⑶,+0. I (经验公式)或者，yH2 =[吨铁入炉总H2量-Vg' *(H2)g' ]/[吨铁中还原的Fe/56]其中，吨铁入炉总H2量包括鼓风湿分中含的H、焦炭煤粉中含的H、煤粉湿分中含的H。(2) E 点计算如图I 示，Ye = -(yf+yb)，Xe = O。其中，yf= (ysi+Yin+yp+yv+yTi) +ys+y (通用公式)合金元素(Si、Mn、P、V、Ti)氧化物直接还原被夺取的O量(mol)可由铁水中元素的百分含量进行计算，公式如下ySi = 4*w[Si]/w[Fe. r]Yftl = I. 02*w[Mn]/w[Fe. r]yp = 4. 5*w[P]/w[Fe. r]yv = 2. 74*w[V]/w[Fe. r]yTi = 2. 33*w[Ti]/w[Fe. r]脱硫过程渣中CaO被C夺走的0量(mol)可由渣中S的百分含量进行计算，方法如下计算吨铁渣量U(Kg/tHM)，可由渣中CaO、MgO、SiO2, Al2O3四组分总量进行计算，也可由CaO单组分进行计算，则ys = I. 75*U*w(S)/ (1000*w[Fe. r])如果高炉不加废铁，则w[Fe. r] =w[Fe]。如果加废铁，则w[Fe.r] = [1000*w[Fe]-吨铁的废铁用量*废铁中Fe含量]/1000CaCO3在高温区分解出lmol CO2与lmol C发生溶损反应生成2mol CO，其中Imol 的CO是通过C夺取C02中的O生成的，因此γφ = (O. 5*V⑶,/22. 4)/[吨铁中还原的 Fe/56] (Kmol (O)/Kmol (Fe))yb由吨铁耗风量Vb和鼓风中氧气体积百分含量(O2)b进行计算，方法如下首先， 吨铁耗风量Vb由调整后的吨铁煤气量Vg' (m3/tHM)通过N平衡进行计算，设鼓风中氮气体积百分含量(N2)b，则公式为Vb = [Vg' * (N2)g' _ (N2)原始料]/(N2) b (m/tHM)贝Ijyb = [Vb*(O2)b/22. 4]*2/[吨铁中还原的 Fe/56] (Kmol (O)/Kmol (Fe))所以E点的坐标为Xe = 0
Ye = - (yf+yb)(3)由A、E点的坐标即可利用点线法求解出实际操作线AE的方程。其次对生产高炉的理想Rist操作线计算过程进行详细描述，如图I所示的理想操作线，其具体计算方法如下
(1)P 点计算由前面的计算结果可知，U点坐标为(0，-yf)，即Yu = -yf。由前面的计算结果己知AE线段方程，求P点需要求解UV线段的方程，即求解V点坐标即可。V点坐标可由高温热平衡进行计算，高温区界限温度定为950°C，根据热平衡有吨铁有效热收入Qwa =吨铁中铁直接还原耗热QFe.d+吨铁其他耗热Q·(单位 KJ/tHM)其中，Qws =吨铁风口前碳燃烧生成热Q1+吨铁鼓风带入的有效热量Q2QFe.d=yd*qd* [吨铁中还原的 Fe/56] (KJ/tHM)其中，qd = 4. 18*649. 1*56=151941. 3 (KJ/Kmol (C))(常数)Q1 = 4. 18*2340*Cb (KJ/tHM)其中，Cb可由吨铁耗风量Vb和鼓风中氧气体积百分含量(O2)b进行计算(lmol O2 消耗2mol C),公式为Cb = [Vb*(02)b/22.4]*2*12 (Kg/tHM)
Q2 = Vb* [Cp.b(Tb) *tb - Cp.b(273+950) * 9 5 0] - 4.18*2580*Vb *φ(KJ/tHM)式中，tb——热风温度，°CCp. b(Tb)——热风温度的绝对温度带入计算出的鼓风平均热熔，KJ/m3. KCp. b(273+950)——950°C的绝对温度带入计算出的鼓风平均热熔，KJ/m3. Kφ-鼓风体积湿度，m3/m3因为Q有效/[吨铁中还原的Fe/56] =yb*qb (KJ/Kmol (Fe))所以qb = Q有效/{[吨铁中还原的Fe/56]*yb}= (QJQ2)/!:[吨铁中还原的 Fe/56]*yb} (KJ/Kmol (C))Q2的计算结果，即可得到吨铁其他耗热Q· (KJ/tHM)为Q 其他=Q 有效-QFe. d= yb*qb*[吨铁中还原的Fe/56]_yd*qd*[吨铁中还原的Fe/56]公式两边同除以[吨铁中还原的Fe/56]，变为Q其他/[吨铁中还原的 Fe/56] = yb*qb_yd*qd (KJ/Kmol (Fe))变换后得
权利要求
1.一种用于调整高炉操作的演算预测方法，其特征在于在Fe-O-C恒定与非恒定模式下，对高炉操作参数调整后的高炉状况进行演算预测计算，包括以下工艺步骤(1)根据高炉前8小时的平均冶炼条件，计算实际操作线、理想操作线，将所有原燃料及铁水检化验数据和操作线计算结果保存至数据库；(2)将原燃料条件和冶炼产出物相关检化验数据作为已知量输入，任意单独或组合调整高炉参数风量、风温、喷煤量、富氧量、鼓风湿度、焦炭批重，通过Fe-O-C恒定和非恒定模式下的Rist操作线计算得到调整后的高炉状况；(3)根据操作参数调整后演算得到的高炉各项指标判断调整方案是否合理，其中炉身工作效率是一个评价标准。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的通过Fe-O-C恒定和非恒定模式下的Rist操作线计算得到调整后的高炉状况的具体计算如下(1)调整喷煤量喷煤主要是为了代替部分焦炭，达到降低焦比的目的。以增加喷煤量为例，应计算出调整后增加的入炉C量kg/thm，此部分增加的C需从焦炭中的C减掉，S卩由增加的C量计算出需减少的焦炭用量kg/thm，这样喷煤量和焦炭量调整后进行RIST操作线计算，即可保证入炉总C量恒定；(2)调整富氧量以提高富氧量为例，富氧量增加，则鼓混合风中的O量增加，为了保证入炉O量恒定， 则需减少混合风量以保证入炉O量恒定，然后按调整后的富氧量和风量进行RIST操作线计算；因富氧量调整，需调整风量计算如下假设调整前风量为V，风中含氧量为(O2)b，调整后风量为V'，风中含氧量为(O2)b'，则氧量恒定计算公式为VX(O2)b = V' X(O2)b'风中含氧量计算公式如下(〇2)b= (I—w)X(I—φ)X21% + (I—w)XcpX0.5 + wX α式中，W——Im3鼓风中加入的富氧气体量，即富氧率(m3/m3鼓风)Φ-鼓风体积湿度，m3/m3α-富氧气体中氧的纯度，体积百分含量，大于95% ；根据生产高炉的情况，富氧气体通常以m3/h为单位，高炉风量检测数据常以m3/min为单位，则w =富氧气体量/60/高炉风量富氧气体量调整后，导致富氧率w的变化，由风中含氧量计算公式即可计算出调整前后鼓风带入的O2量变化值，再由氧量恒定计算公式可计算出风量需调整的量；(3)调整风量与富氧量调整方式类似，当风量调整后，要相应对富氧量进行自动调整，以保证入炉O 量恒定；(4)调整焦炭批重与喷煤量调整方式类似，当焦炭批重调整后，要相应对喷煤量进行自动调整，以保证入炉总C量恒定；(5)调整风温、鼓风湿度时可直接进行调整，不需要进行恒定处理。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于在Fe、0、C三元素的量非恒定模式下进行演算，即对Fe、O、C三元素入炉的量进行任意调整，不需要进行恒定调整处理，但须在相同产出物的条件下演算不同操作方式的冶炼结果，调整参数包括喷煤量、富氧量、风量、 风温、鼓风湿度、焦炭批重，每个操作参数均单独调整，或进行组合调整，不需要进行恒定计笪
全文摘要
一种用于调整高炉操作的演算预测方法，属于高炉冶炼技术领域。该方法以Rist操作线理论为基础，结合生产高炉的特点，并充分考虑氢对高炉冶炼的影响，力求真实反映高炉实际操作状况，方便高炉操作者基于当前冶炼条件进行高炉参数调整演算，为进一步改善操作提供方向性的指导。
文档编号C21B5/00GK102586519SQ20121004392
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者刘莎莎, 吴建, 周检平, 马富涛 申请人:北京首钢自动化信息技术有限公司