CN102719581A - 一种减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，包括：1)确定有效容积高炉的冶炼周期；2)每次出铁结束后，自动采集泥炮堵铁口结束时间，赋给变量t1，确定上次出铁结束时间；3)确定出铁间隔时间；4)读取从t1-T-30到t1-T时间周期内全部矿种、焦炭及焦丁的用量和化学成分，赋给相应变量，读取从t1-270到t1-240时间周期内煤粉喷吹量和化学成分，赋给相应变量，计算出出铁间隔期间炉缸内液态渣铁的生成量；5)确定动态条件下炉缸内渣铁容积和液面高度；6)确定合适的铁口通道截面积及钻杆直径。本发明能保证出铁过程炉缸内液面高度均匀下降，减少铁水环流，减轻炭砖侵蚀程度，有利于铁口维护和高炉长寿；减少出渣铁时间波动，有利铁水罐运输管理。
Description
技术领域
本专利涉及高炉长寿综合技术领域。具体涉及减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法。
背景技术
炉缸工作状态对高炉高效长寿具有决定性影响，作为储存铁水和炉渣部位，要求炉缸必须长期保持稳定的出铁性能，在出渣铁操作中要控制好渣铁流速，使高炉熔渣和铁水流速稳定均匀，保持炉缸内渣铁液面稳定下降，减小铁水环流对炉缸侵蚀，保证炉料下降均匀。在炉缸参数中，最重要的变量是铁水、炉渣容量和液位高度，但是这些变量却无法直接测量。
现有的铁水液面高度测量方法(申请号为CN200520027382.3的中国专利)只能对铁水罐或鱼雷罐内铁水高度进行直接测量。目前的大型高炉出渣铁操作只能凭操作者经验，根据高炉容积大小确定日出铁次数，然后采用固定间隔时间出渣铁，以控制铁口角度、改善炮泥质量、打泥量以及铁口深度为主，维护铁水流速(“高炉铁口操作与维护之我见”，作者：孟巍、郑文玉等《2005年中国钢铁年会论文集》；“满足高炉强化冶炼的铁口技术研究”，作者：张长顺、吴学亮、渠世平《包钢科技》2009年第四期)。还没有以炉缸内渣铁容量和液面高度为主要变量来控制炉缸内渣铁液面高度均匀下降从而控制出铁流速的相关报道。
在大型高炉炉前出铁操作中，由于无法判断炉缸内渣铁容量和液面高度，出铁操作过程中有时会出现铁水流速不稳定，造成铁水流速过快，炉缸内液面速度下降过快，以及铁水环流加重了炉缸炭砖尤其是铁口区域炭砖的侵蚀，还容易造成铁水跑大流，不利于铁口维护，而此时高炉应对措施往往是用适当减风措施控制铁水流速，这样不仅对高炉高效运行带来不利影响，也不利于高炉长寿。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种能指导容积为2500～3200m3的大型高炉出铁操作，确保出铁过程中炉缸液面高度均匀下降，从而减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法。
本发明减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法包括以下步骤：
1、确定高炉冶炼周期T
用公式(1)计算不同有效容积高炉冶炼周期：
T＝1440×Vu÷[V料×(1-ε料)] (1)
公式中：Vu代表高炉有效容积，单位：m3；V料，代表每日综合炉料容积，单位：m3；ε料，代表综合炉料压缩率，单位：％。
2、确定上次出铁结束时间
大型高炉泥炮配备自动控制***，信息自动传递到二级计算机***。在每次出铁结束后，自动采集泥炮堵铁口结束时间，赋给变量t1(变量格式：小时：分钟)。
3、确定出铁间隔时间和该时间段内液态渣铁生成量
为保持目前操作习惯，将出铁间隔时间定为30分钟；
出铁间隔时间被液态渣铁生成量确定：从数据库中上料数据表中读取从t1-T-30到t1-T时间周期内烧结矿、球团矿、天然块矿以及其它矿种用量、焦炭和焦丁用量和化学成分数据，赋给相应变量；从数据库中煤粉喷吹数据表中读取从t1-270到t1-240时间周期内煤粉喷吹量和化学成分数据，赋给相应变量。
炉缸内液态铁水生产量用公式(2)计算、液态炉渣生成量用公式(3)计算：
P铁＝[p烧×Fe烧+p球×Fe球+p块×Fe块+p杂×Fe杂+m喷×Fe煤+(p焦+p丁)×Fe焦]×0.997÷Fe (2)
P渣＝p烧×(CaO_s+MgO_s+SiO2_s+Al2O3_s)+p球×(CaO_q+MgO_q+SiO2_q+Al2O3_q)+p块×(CaO_k+MgO_k+SiO2_k+Al2O3_k)+p杂×(CaO_z+MgO_z+SiO2_z+Al2O3_z)+p喷×a煤灰×(CaO_m+MgO_m+SiO2_m+Al2O3_m)+(p焦+p丁)×a焦灰×(CaO_j+MgO_j+SiO2_j+Al2O3_j)-2.14×[Si] (3)
公式中：
P铁，代表铁量，t；
p烧、p球、p块、p杂，分别代表烧结矿、球团矿、块矿和杂矿用量，t；Fe烧、Fe球、Fe块、Fe杂，分别代表烧结矿、球团矿、块矿和杂矿品位，％；
m喷、p焦、p丁，分别代表煤粉、焦炭和焦丁用量，t；Fe煤、Fe焦，分别代表煤粉和焦炭含铁量，％；
Fe，代表铁水成分中铁质量百分数，％；
P渣，代表渣量，t；
CaO_s、MgO_s、SiO2_s、Al2O3_s，分别代表烧结矿成分，％；
CaO_q、MgO_q、SiO2_q、Al2O3_q，分别代表球团矿成分，％；
CaO_k、MgO_k、SiO2_k、Al2O3_k，分别代表块矿成分，％；
CaO_z、MgO_z、SiO2_z、Al2O3_z，分别代表杂矿成分，％；
a煤灰，代表煤粉灰份，％；
CaO_m、MgO_m、SiO2_m、Al2O3_m分别代表煤粉灰份成分，％；
a焦灰，代表焦炭灰份，％；
CaO_j、MgO_j、SiO2_j、Al2O3_j分别代表焦炭灰份成分，％；
[Si]代表铁水中硅质量百分数，％。
4、确定动态条件下炉缸内渣铁容积和液面高度
炉缸内渣铁容积和液面高度分别用公式(4)和公式(5)计算：
炉缸内渣铁容积计算：
公式中：V液，代表炉缸内渣铁容积，m3；t，代表从上次出铁结束开始到预计本次铁结束时间段内单位时间，min；γ渣、γ铁，分别代表熔渣和铁水密度，t/m3；v出，代表出铁速度，m/s；A铁口，代表铁口通道截面积，即钻杆截面积，m2。
炉缸内渣铁液面高度计算：
公式中：h，代表液面高度，m；A炉缸，代表炉缸截面积，m2；ε，代表焦炭空隙度，％；F，常数，是焦炭柱重力与渣铁浮力相互作用系数，一般为0.8～1.0。
5、出铁速度控制与钻杆直径选择
为保证每次出铁过程中，炉缸内渣铁液面高度均匀下降，保证每次出铁速度控制在0.04～0.045m/min范围内，再利用公式(4)和公式(5)中计算出合适铁口通道截面积，然后利用公式(6)计算钻杆直径d，mm：
本发明保留现有每次出铁间隔30分钟时间操作习惯不变，自动采集现代大型高炉泥炮控制***中完成堵铁口操作结束时间信号，利用一个冶炼周期减出30分钟到一个冶炼周期时间周期内烧结矿、球团矿、天然块矿以及其它矿石使用量、焦炭(包括焦丁用量)、煤粉喷吹量、原燃料化学成分数据，计算30分钟间隔时间内炉缸内渣、铁生成量。由于炉缸内渣铁通道横截面积固定不变，因此，即可计算出炉缸内渣铁液面高度，然后对应选择开铁口钻杆直径。当30分钟出铁间隔时间到，发出出铁指令。
本发明有益效果：
1、控制每次出铁过程中炉缸内渣铁液面高度均匀下降，下降速度稳定在0.04～0.045m/min之间，降低铁水环流对炉缸炭砖煎切力400～450Pa，明显减轻铁水环流对炉缸铁口区域炭砖侵蚀，有效提高了高炉的使用寿命；
2、控制渣铁流速均匀，避免出现铁水跑大流现象，有利于铁口维护和减轻炉前操作负担；
3、减少每次出铁时间波动，有利于渣铁罐调度管理。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
在容积为2580m3高炉上应用，具体步骤如下：
1)根据高炉冶炼条件、原料条件测定综合炉料压缩率14％，当日实际消耗综合炉料体积9000m3，计算出冶炼周期T为480min；
2)在10:30次出铁结束，泥炮堵完铁口模型收到信号后，立即读取计算机中时钟t1，t1＝10:30，确定10:30～11:00时间段为出铁间隔时间；
3)从数据库中上料数据表中读取，t1-450到t1-480时间周期内，即3:00到3:30时间周期内原料、燃料用量和化学成分数据；从数据库中煤粉喷吹数据表中读取从t1-270到t1-240时间周期内，即6:00到6:30时间周期内煤粉喷吹量和化学成分数据，计算出炉缸内铁水产量122t、液态炉渣生成量36t；
4)保证每次出铁时间70分钟，假设在下次出铁过程中单位时间铁水与炉渣产率不变，保持炉缸内液面高度均匀下降，公式(4)中dh/dt＝0，即液面下降速度为0.04m/s不变，利用数学模型预算出铁过程炉缸内渣铁容积生成量与减少量；
5)利用数学模型计算钻杆直径60mm。
实施例2：
在容积为3200m3高炉上应用，具体步骤如下：
1)根据高炉冶炼条件、原料条件测定综合炉料压缩率15％，当日实际消耗综合炉料体积10630m3，计算出冶炼周期为510min；
2)在10:30次出铁结束，泥炮堵完铁口模型收到信号后，立即读取计算机中时钟t1，t1＝10:30，确定10:30～11:00时间段为出铁间隔时间；
3)从数据库中上料数据表中读取，2:30到3:00时间周期内原料、燃料用量和化学成分数据；从数据库中煤粉喷吹数据表中读取从6:00到6:30时间周期内煤粉喷吹量和化学成分数据，计算出炉缸内铁水产量167t、液态炉渣生成量48t；
4)保证出铁时间90分钟，假设在下次出铁过程中单位时间铁水与炉渣产率不变，保持炉缸内液面高度均匀下降，公式(4)中dh/dt＝0，即下降速度为0.045m/s不变，利用数学模型预算出铁过程炉缸内渣铁容积生成量与减少量；
5)利用数学模型计算钻杆直径65mm。
Claims (6)
1.一种减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)通过公式计算确定有效容积高炉的冶炼周期T；2)确定上次出铁结束时间：每次出铁结束后，自动采集泥炮堵铁口结束时间，赋给变量t1；3)确定出铁间隔时间为30分钟；4)确定出铁间隔期间液态渣铁生成量：从数据库中上料数据表中读取从t1-T-30到t1-T时间周期内全部矿种、焦炭及焦丁的用量和化学成分数据，赋给相应变量，从数据库中煤粉喷吹数据表中读取从t1-270到t1-240时间周期内煤粉喷吹量和化学成分数据，赋给相应变量，并通过公式计算出炉缸内液态铁水和炉渣的生成量；5)通过公式计算确定动态条件下炉缸内渣铁容积和液面高度；6)将出铁速度控制在0.04～0.045m/min，计算确定合适铁口通道截面积及开口机钻杆直径d，mm。
2.根据权利要求1所述的减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，其特征在于采用公式(1)计算所述的冶炼周期T：
T＝1440×Vu÷[V料×(1-ε料)] (1)
公式中：Vu代表高炉有效容积，单位：m3；V料，代表每日综合炉料容积，单位：m3；ε料，代表综合炉料压缩率，单位：％。
3.根据权利要求1所述的减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，其特征在于所述的全部矿种包括烧结矿、球团矿、天然块矿和其它杂矿。
4.根据权利要求1所述的减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，其特征在于采用公式(2)和(3)分别计算所述炉缸内液态铁水和炉渣的生成量：
P铁＝[p烧×Fe烧+p球×Fe球+p块×Fe块+p杂×Fe杂+m喷×Fe煤+(p焦+p丁)×Fe焦]×0.997÷Fe (2)
P渣＝p烧×(CaO_s+MgO_s+SiO2_s+Al2O3_s)+p球×(CaO_q+MgO_q+SiO2_q+Al2O3_q)+p块×(CaO_k+MgO_k+SiO2_k+Al2O3_k)+p杂×(CaO_z+MgO_z+SiO2_z+Al2O3_z)+p喷×a煤灰×(CaO_m+MgO_m+SiO2_m+Al2O3_m)+(p焦+p丁)×a焦灰×(CaO_j+MgO_j+SiO2_j+Al2O3_j)-2.14×[Si] (3)
公式中：
P铁，代表铁量，t；
p烧、p球、p块、p杂，分别代表烧结矿、球团矿、块矿和杂矿用量，t；
Fe烧、Fe球、Fe块、Fe杂，分别代表烧结矿、球团矿、块矿和杂矿品位，％；
m喷、p焦、p丁，分别代表煤粉、焦炭和焦丁用量，t；Fe煤、Fe焦，分别代表煤粉和焦炭含铁量，％；
Fe，代表铁水成分中铁质量百分数，％；
P渣，代表渣量，t；
CaO_s、MgO_s、SiO2_s、Al2O3_s，分别代表烧结矿成分，％；
CaO_q、MgO_q、SiO2_q、Al2O3_q，分别代表球团矿成分，％；
CaO_k、MgO_k、SiO2_k、Al2O3_k，分别代表块矿成分，％；
CaO_z、MgO_z、SiO2_z、Al2O3_z，分别代表杂矿成分，％；
a煤灰，代表煤粉灰份，％；
CaO_m、MgO_m、SiO2_m、Al2O3_m分别代表煤粉灰份成分，％；
a焦灰，代表焦炭灰份，％；
CaO_j、MgO_j、SiO2_j、Al2O3_j分别代表焦炭灰份成分，％；
[Si]代表铁水中硅质量百分数，％。
5.根据权利要求1所述的减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，其特征在于采用公式(4)和(5)分别计算所述炉缸内渣铁容积和液面高度：
公式中：V液，代表炉缸内渣铁容积，m3；t，代表从上次出铁结束开始到预计本次铁结束时间段内单位时间，min；γ渣、γ铁，分别代表熔渣和铁水密度，t/m3；v出，代表出铁速度，m/s；A铁口，代表铁口通道截面积，即钻杆截面积，m2；
公式中：h，代表液面高度，m；A炉缸，代表炉缸截面积，m2；ε，代表焦炭空隙度，％；F，常数，是焦炭柱重力与渣铁浮力相互作用系数，一般为0.8～1.0。
6.根据权利要求1所述的减轻炉缸内铁水环流的高炉出铁方法，其特征在于采用公式(6)计算所述钻杆直径d，mm：
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