一種高爐氣流分布的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高爐氣流分布的檢測方法，考慮氣流與固體料床之間的熱量交換，料層結(jié)構(gòu)在高爐徑向的分布對高爐徑向的透氣性的影響，進(jìn)而影響氣流分布的形式，再結(jié)合十字測溫槍以及其他主要高爐操作參數(shù)，計算高爐徑向料層結(jié)構(gòu)及氣流的分布。依據(jù)本發(fā)明提供的檢測方法，高爐操作者可以從當(dāng)前徑向氣流溫度分布的變化，及時準(zhǔn)確的推測到爐喉部位徑向料層結(jié)構(gòu)和氣流的分布變化方向，為布料制度的調(diào)整提供方向，確保高爐穩(wěn)定順行、延長使用壽命并降低燃料比，而且無需其他昂貴的檢測儀器。
【專利說明】一種高爐氣流分布的檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高爐氣流分布數(shù)值模擬【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高爐氣流分布的檢測 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高爐是指橫斷面為圓形的煉鐵堅爐，通常選用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高 爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)良 好，工藝簡單，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總 產(chǎn)量的絕大部分。
[0003] 高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿 爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助 燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦 石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等 熔劑結(jié)合生成爐渣，鐵水一起從鐵口排出，經(jīng)撇渣器分離出來。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng) 除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，還有副產(chǎn) 高爐渣和高爐煤氣。
[0004] 在影響高爐的各種因素中，氣流分布對于高爐操作至關(guān)重要，人們常說"煉鐵即煉 氣"。眾所周知，氣流分布是人們進(jìn)行高爐布料制度調(diào)整的最主要標(biāo)準(zhǔn)，它反應(yīng)了當(dāng)前高爐 操作的穩(wěn)定與否，決定了高爐煤氣利用率的高低。對于高爐這個高溫高壓密閉容器來講，如 何獲取氣流的信息至關(guān)重要。
[0005] 在本領(lǐng)域中，通常是通過爐頂紅外成像來觀察爐喉處燃燒的火焰大小來判斷氣流 的變化，爐喉部位熱電偶溫度來判斷邊緣氣流的變化，但獲得的信息量較少。某些鋼鐵廠還 開發(fā)爐喉徑向煤氣取樣設(shè)備來分析徑向氣流成分分布，但不能實現(xiàn)在線檢測，且存在煤氣 泄漏的安全問題。目前大多高爐在爐頂安裝十字測溫槍來在線監(jiān)測氣流溫度在徑向的分 布，但所獲得信息有限，僅有溫度分布還不能全面反應(yīng)氣流的分布?，F(xiàn)有技術(shù)中，如俄國專 利SU1330163也公開了一種高爐檢測徑向氣流分布的方法，通過插在爐料里面的煤氣取樣 裝置測量煤氣成分，并在每批料布下的前、后通過紅外成像測量氣流徑向的溫度分布，然后 基于爐頂平均氣體流量，溫度，時間差和爐料比熱用經(jīng)驗公式計算出氣流的徑向分布。然而 測量依賴于昂貴的紅外測量裝置，并且爐內(nèi)煤氣取樣裝置會影響下料并且加速對高爐內(nèi)襯 的磨損。并且其假設(shè)料層厚度和熱傳導(dǎo)在徑向是相同的，而在實際高爐生產(chǎn)中徑向料層厚 度和熱傳導(dǎo)是相差很大的。
[0006] 因此，如何找到一種更準(zhǔn)確而且簡便的高爐氣流分布檢測方法，一直是高爐煉鐵 企業(yè)亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高爐徑向氣流分布的檢測方 法，本發(fā)明提供的檢測方法，使得高爐操作人員在主要操作參數(shù)發(fā)生變化時，能夠迅速得到 氣流分布以及料層結(jié)構(gòu)分布的變化情況，并可以及時準(zhǔn)確的對布料制度作出調(diào)整，得到理 想的氣流分布，以降低燃料比，同時維持高爐操作的穩(wěn)定順行。
[0008] 本發(fā)明公開了一種高爐氣流分布的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0009] a)根據(jù)高爐爐頂測溫裝置的個數(shù)和位置，將高爐爐喉截面進(jìn)行區(qū)域劃分，得到N 個測溫裝置區(qū)域；所述N為大于等于1的自然數(shù)；
[0010] b)根據(jù)各測溫裝置的溫度值以及相應(yīng)的測溫裝置區(qū)域以下的高爐塊狀帶的氣體 熱流量與固體熱流量平衡方程，獲得各測溫裝置區(qū)域的固-氣熱流比；
[0011] C)根據(jù)上述各測溫裝置區(qū)域的固-氣熱流比，建立各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比 和氣流速度的函數(shù)關(guān)系；
[0012] d)根據(jù)各高爐塊狀帶的料層單位長度壓差、物料粒度分布以及氣體阻力方程獲得 各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比，根據(jù)上述各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比以及上述步 驟C)得到的各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比與氣流速度的函數(shù)關(guān)系，得到各測溫裝置區(qū)域 氣流速度；
[0013] e)將上述各測溫裝置區(qū)域分布及其氣流速度繪制成圖，得到氣體分布檢測結(jié)果。
[0014] 優(yōu)選的，步驟d)之后還包括：
[0015] d#)根據(jù)各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比，計算得到平均物料層厚比；根據(jù)各測溫 裝置區(qū)域氣流速度，得到通過測溫裝置區(qū)域的氣流總體積，進(jìn)而得到通過測溫裝置區(qū)域的 氣流總熱量；
[0016] 將上述步驟得到的平均物料層厚比與理論平均物料層厚比進(jìn)行比較，得到誤差 O 1 ;將上述步驟得到的通過測溫裝置區(qū)域的氣流總體積與理論爐頂氣流總體積進(jìn)行比較， 得到誤差O 2 ;將上述步驟得到的通過測溫裝置區(qū)域的氣流總熱量與理論爐頂氣流總熱量 進(jìn)行比較，得到誤差〇3;
[0017] 當(dāng)上述〇 1、〇 2和〇 3中的一個或多個，其數(shù)值大于等于5%時，修正料層單位長 度壓差和物料的粒度分布，重新進(jìn)行上述步驟d)，直到O 1、O 2和O 3的數(shù)值均小于5% ;
[0018] 當(dāng)〇 1、〇 2和〇 3的數(shù)值均小于5%時,進(jìn)行上述步驟e)。
[0019] 優(yōu)選的，所述物料為礦石和焦炭，所述理論平均物料層厚比的計算公式為=Xtl = OV (h+L。) L，其中，Ltj為礦石層厚度，L。為焦炭層厚度。
[0020] 優(yōu)選的，所述各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比為Xi，所述平均物料層厚比為X t，所 述平均物料層厚比的計算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種高爐氣流分布的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： a) 根據(jù)高爐爐頂測溫裝置的個數(shù)和位置，將高爐爐喉截面進(jìn)行區(qū)域劃分，得到N個測 溫裝置區(qū)域；所述N為大于等于1的自然數(shù)； b) 根據(jù)各測溫裝置的溫度值以及相應(yīng)的測溫裝置區(qū)域以下的高爐塊狀帶的氣體熱流 量與固體熱流量平衡方程，獲得各測溫裝置區(qū)域的固-氣熱流比； c) 根據(jù)上述各測溫裝置區(qū)域的固-氣熱流比，建立各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比和氣 流速度的函數(shù)關(guān)系； d) 根據(jù)各高爐塊狀帶的料層單位長度壓差、物料粒度分布以及氣體阻力方程獲得各 測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比，根據(jù)上述各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比以及上述步驟c) 得到的各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比與氣流速度的函數(shù)關(guān)系，得到各測溫裝置區(qū)域氣流速 度； e) 將上述各測溫裝置區(qū)域分布及其氣流速度繪制成圖，得到氣體分布檢測結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，步驟d)之后還包括： d#)根據(jù)各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比，計算得到平均物料層厚比；根據(jù)各測溫裝置 區(qū)域氣流速度，得到通過測溫裝置區(qū)域的氣流總體積，進(jìn)而得到通過測溫裝置區(qū)域的氣流 總熱量； 將上述步驟得到的平均物料層厚比與理論平均物料層厚比進(jìn)行比較，得到誤差〇 1 ; 將上述步驟得到的通過測溫裝置區(qū)域的氣流總體積與理論爐頂氣流總體積進(jìn)行比較，得到 誤差〇 2 ;將上述步驟得到的通過測溫裝置區(qū)域的氣流總熱量與理論爐頂氣流總熱量進(jìn)行 比較，得到誤差〇3; 當(dāng)上述〇1、〇 2和〇3中的一個或多個，其數(shù)值大于等于5%時，修正料層單位長度壓 差和物料的粒度分布，重新進(jìn)行上述步驟d)，直到〇 1、〇 2和〇 3的數(shù)值均小于5% ; 當(dāng)〇 1、〇 2和〇 3的數(shù)值均小于5%時,進(jìn)行上述步驟e)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述物料為礦石和焦炭，所述理論平 均物料層厚比的計算公式為=Xtl= [Lt/，其中，Ltj為礦石層厚度，L。為焦炭層厚度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，所述各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚 比為Xi，所述平均物料層厚比為X t，所述平均物料層厚比的計算公式為：
其中，Si為各測溫裝置區(qū)域的面積，A為高爐爐喉截面的總面積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述物料為礦石和焦炭；所述測溫裝 置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比為Xi,所述測溫裝置區(qū)域內(nèi)的氣流速度為U i ;所述測溫裝置區(qū)域內(nèi) 物料層厚比和氣流速度的函數(shù)關(guān)系為：
其中，Cg為氣體比熱，Cs為固體比熱，Gg為氣體流量，Gs為固體流量，P為爐頂煤氣密 度，V為固體料床下降速度，P ^為礦石密度，P c為焦炭密度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述各高爐塊狀帶的氣體阻力方程 為：
其中，為粘性阻力系數(shù)，k/為慣性阻力系數(shù)，AP/L為單位長度壓差，e為料床孔隙 度，Dp為顆粒平均粒徑，為氣體粘度，u為氣流速度，P為氣體密度； 所述焦炭的粘性阻力系數(shù)和焦炭的慣性阻力系數(shù)分別為：
所述礦石的粘性阻力系數(shù)和礦石的慣性阻力系數(shù)分別為
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述各高爐塊狀帶的料層單位長度 壓差均相等； 所述各高爐塊狀帶的料層單位長度壓差，等于該高爐塊狀帶內(nèi)焦炭的單位長度壓差與 礦石的單位長度壓差的和。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述測溫裝置為十字測溫槍。
9. 一種高爐氣流分布的檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括： 劃分單元，用于根據(jù)高爐爐頂測溫裝置的個數(shù)和位置，將高爐爐喉截面進(jìn)行區(qū)域劃分， 得到N個測溫裝置區(qū)域；所述N為大于等于1的自然數(shù)； 第一獲得單元，用于根據(jù)各測溫裝置的溫度值以及相應(yīng)的測溫裝置區(qū)域以下的高爐塊 狀帶的氣體熱流量與固體熱流量平衡方程，獲得各測溫裝置區(qū)域的固-氣熱流比； 建立單元，用于根據(jù)上述各測溫裝置區(qū)域的固-氣熱流比，建立各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物 料層厚比和氣流速度的函數(shù)關(guān)系； 第二獲得單元，用于根據(jù)各高爐塊狀帶的料層單位長度壓差、物料粒度分布以及氣體 阻力方程獲得各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比，根據(jù)上述各測溫裝置區(qū)域內(nèi)的物料層厚比 以及上述步驟c)得到的各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比與氣流速度的函數(shù)關(guān)系，得到各測 溫裝置區(qū)域氣流速度； 結(jié)果單元，用于將上述各測溫裝置區(qū)域分布及其氣流速度繪制成圖，得到氣體分布檢 測結(jié)果。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 校驗單元，用于根據(jù)各測溫裝置區(qū)域內(nèi)物料層厚比，計算得到平均物料層厚比；根據(jù)各 測溫裝置區(qū)域氣流速度，得到通過測溫裝置區(qū)域的氣流總體積，進(jìn)而得到通過測溫裝置區(qū) 域的氣流總熱量； 將上述步驟得到的平均物料層厚比與理論平均物料層厚比進(jìn)行比較，得到誤差〇 1 ; 將上述步驟得到的通過測溫裝置區(qū)域的氣流總體積與理論爐頂氣流總體積進(jìn)行比較，得到 誤差〇 2 ;將上述步驟得到的通過測溫裝置區(qū)域的氣流總熱量與理論爐頂氣流總熱量進(jìn)行 比較，得到誤差〇3; 當(dāng)上述〇 1、〇 2和〇3中的一個或多個，其數(shù)值大于等于5%時，修正料層單位長度壓 差和物料的粒度分布，重新進(jìn)行上述步驟d)，直到〇 1、〇 2和〇 3的數(shù)值均小于5% ; 當(dāng)〇 1、〇 2和〇 3的數(shù)值均小于5%時,進(jìn)行上述步驟e)。
【文檔編號】C21B7/24GK104212924SQ201410446536
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】趙華濤, 杜屏 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司