CN117051190A - 一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***及方法，该***包括原料***、渣铁***、处理***和预警***。该方法包括确定原料中化学成分；制定高炉上料过程中的布料制度，记录探尺每次动作时间和料批重；确定出铁速度、出铁重量相关数据；确定出渣速度、出渣重量相关数据；对铁水以及炉渣进行化学检测；对原料***和渣铁***中所反馈的数据进行筛选处理；将处理***中数据进行分级预警，给予前台操作工作人员进行预警，给出炉前操作信号和原料预警信号。本发明计算高炉的理论生铁量与理论生渣量；并对高炉原料***与渣铁***进行预警。本发明能够有效反映炉缸渣铁存蓄量，对于指导炉前作业具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***及方法，属于炼铁的技术领域。
背景技术
高炉本质作为一种巨大的逆流换热器和化学反应器，以高炉上部添加的铁矿石、焦炭和溶剂为原料，在下部热风风口发生一系列反应生成渣铁，所生成渣铁从滴落带开始沿着焦炭缝隙汇聚到炉缸短暂储存，并通过周期性开铁口将渣铁排出高炉。理想状态下，高炉冶炼渣铁生成及汇集速度与出铁口渣铁排放速度相同，可使得高炉炉缸内渣铁液面相对稳定，能够减少渣铁在炉缸内的停留时间，有效缓解渣铁对炉缸耐火材料及内衬的化学侵蚀和热冲击作用。然而实际生产过程中，炉缸内部高温、带压等恶劣作业环境下，很难实现炉缸内渣铁液面的实时测量，在缺乏可靠安全依据的前提下，开铁口、堵铁口等关键工序时机的把握往往依照操作人员根据炉前经验进行判别。在渣铁流动性、炉前设备及原料等系列因素的影响，操作者主观意识判别势必会导致高炉内渣铁液面的大范围波动，进而导致炉内憋风烧坏风口、铁口维护困难、炉缸内壁侵蚀加剧等系列问题，特别是对炉役后期的大型及特大型高炉的影响更为显著。
专利201721538768.X一种高炉用炉缸内渣铁液面监测装置采用槽钢支架安装在高炉炉缸内，多个铠装热电偶分别设置在所述槽钢支架的不同高度上，且所述铠装热电偶的测温头朝下，显示仪表通过热电偶接线盒、以及补偿导线与所述铠装热电偶连接，用于实时显示所述高炉炉缸内的温度。该专利中监测设备安装于高炉炉缸内，需要在停产开炉前安装完成，炉缸内设备长期处于高温带压的铁水中，并受上部炉料的挤压作用，很容易损坏失效且难以维护更换。
专利201610088993.1高炉出铁量推定装置及方法包括相关性确定模块和计算模块。相关性确定模块包括液面高度单元和确定量单元，液面高度单元读取高炉侧的液面高度，确定量单元读取炼钢侧每罐铁水的确定量，相关性确定模块根据液面高度单元和确定量单元的数据计算铁水液面高度和铁水确定量的对应关系。计算模块包括出铁量推定单元和出铁量校正单元。出铁量单元读取混铁车内部的实际液面高度，将实际液面高度代入铁水液面高度和铁水确定量的对应关系，得到混铁车内部实际的铁水确定量。出铁量校正单元根据实际的铁水确定量来修正铁水液面高度和铁水确定量的对应关系。该专利没有给出理论生铁量和理论生渣量等关键参数的计算方法，并且忽略了高炉冶炼过程中炉渣的作用，高炉原料中的铁不仅仅是进入铁水中，还有一部分还进入炉渣中，因此该专利的计算方法难以反应实际情况。
专利201610880421.7在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法和装置，以电动势测量点产生的高精度电动势信号作为测量参数，计算机***对不同风口和不同出铁口数据进行程序代码分析，得到炉缸的液面及死料柱信息。测量依据是渣铁蓄热能力不同引起的炉缸的耐火材料和炉壳传递热量的变化，测量值为耐火材料和炉壳所传递的热量。负责代码处理的计算机***作为数据可视化***，电动势测量点内部由电阻、测量探头及线路组成，实现对各电动势测量点产生的电动势直接进行分析和计算。该专利并未考虑炉缸侵蚀导致炉缸的不均匀变化而引起的电动势偏差。随着高炉的生产，炉缸内部发生不规则侵蚀变形，例如“象脚形”，特别是在炉役后期该现象更为显著，因此采用电动势信号难以真实反馈炉缸液面变化情况。
现阶段高炉生产中，炉缸渣铁液面的测量和可视化国内还是空白，国外虽有这方面的研究和应用，但还只是停留在初期的研发和异常信号的读取和解码上，特别是在炉缸内高温带压铁水环境下，现有的炉缸液面检测设备难以发挥作用。目前高炉的开铁口、堵铁口等关键工序时机的控制往往依照高炉操作人员根据炉前经验进行判别，若打开铁口过晚，则易导致大量渣铁滞留炉缸而制约高炉送风投产进程，若打开铁口过早，则易导致渣铁温度低，流速小而致使渣铁沟淤积堵塞，影响炉外生产组织。依据炉缸内渣铁存蓄量能够合理的确定炉前作业时间，对于高炉安全稳定生产具有重要意义。。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***及方法，依据高炉物料平衡关系，确定炉缸内渣铁存蓄量，指导高炉操作者合理的确定开铁口、堵铁口等关键时机，有效解决了出铁不及时导致高炉被迫减风以及长时间待包等问题，对于高炉安全顺行以及高效生产具有重要意义，其具体技术方案如下：
一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***，包括原料***(Z1)、渣铁***(Z2)、处理***(Z3)和预警***(Z4)；
所述原料***(Z1)用于根据高炉上料过程中的布料制度给高炉上料；高炉内部设置探尺在高炉布料前进行提尺动作，布料完成后进行放尺动作，记录探尺每次动作时间和料批重；
所述渣铁***(Z2)包括出铁***和出渣***，出铁***用于确定出铁速度、出铁重量的相关数据，出渣***用于确定出渣速度、出渣重量相关数据；
所述处理***(Z3)用于对原料***(Z1)和渣铁***(Z2)中所反馈的数据进行筛选处理；
所述预警***(Z4)用于将处理***(Z3)中的出铁速度、出渣速度、生铁速度、生渣速度、铁水存蓄量、渣铁存蓄量相关数据进行分级预警，给予前台操作工作人员进行预警，给出炉前操作信号和原料预警信号。
进一步的，还包括物料检测***，用于检测原料***(Z1)中的原料成分和渣铁***(Z2)中的铁水以及炉渣成分。
一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，包括以下步骤：
步骤1：对原料***(Z1)中的物料进行化学检测，确定原料中化学成分；
步骤2：制定高炉上料过程中的布料制度，高炉内部设置探尺往往在高炉布料前进行提尺动作，布料完成后进行放尺动作，记录探尺每次动作时间和料批重；
步骤3：对铁水包、铁水罐以及铁水车进行称重，确定出铁速度、出铁重量相关数据；
步骤4：确定出渣速度、出渣重量相关数据；
步骤5：对铁水以及炉渣进行化学检测；
步骤6：对原料***(Z1)和渣铁***(Z2)中所反馈的数据进行筛选处理；
步骤7：将处理***(Z3)中的出铁速度、出渣速度、生铁速度、生渣速度、铁水存蓄量、渣铁存蓄量相关数据进行分级预警，给予前台操作工作人员进行预警，给出炉前操作信号和原料预警信号。
进一步的，所述步骤1中的物料包括矿石、焦炭以及其它相关物料。
进一步的，所述步骤1中的化学成分包括对原料中铁元素和CaO。
进一步的，所述步骤2中的布料制度可选用“焦炭-矿石-焦炭-矿石”的布料制度。
进一步的，所述步骤3中通过电子秤对铁水包、铁水罐以及铁水车进行称重。
进一步的，所述步骤4中通过炉渣的脱水转鼓以及传动***确定出渣速度、出渣重量相关数据。
进一步的，所述步骤5中对铁水中铁元素进行检测，炉渣中铁元素和CaO进行检测。
进一步的，所述步骤6具体为：计算探尺每一个提尺和放尺动作下的理论生铁速度和理论生渣速度：
其中：ν生渣，x#-A-x#-A理论生渣速度；
物料中CaO的总量；
tx#-A-x#-A所对应的时间；
ω炉渣，CaO-当前时间炉渣中CaO的含量；
出渣量；
通过渣铁***(Z2)中的出铁***与出渣***将出铁速度与出渣速度实时传输至处理***(Z3)中，依据渣铁生成速度与渣铁排出速度的差值进行积分，计算炉缸内渣铁存蓄量，
铁水存蓄量：渣铁存蓄量：
其中：p铁-铁水密度；
p渣-炉渣密度；
为保证计算过程中炉缸内渣铁存蓄量的准确性，t-1的时间应该为出铁完成后，炉缸内渣铁液面达到出铁口位置。
进一步的，所述步骤7中的炉前操作信号和原料预警信号包括：
预警值一：渣铁存蓄量低于高炉炉缸容积的a％，并且渣铁生成速度小于渣铁排出速度，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须进行封堵铁口，针对大型及特大型高炉能够给予封堵一个铁口仅保留一个铁口的操作信号；
预警值二：渣铁存蓄量低于高炉炉缸容积的b％，大于a％，***给予前台操作人员提示，给予炉前操作信号，此时炉前应具备随时封堵铁口的作业条件；
预警值三：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的c％，不高于d％，***给予前台操作人员提示，给予炉前操作信号，此时炉前应具备随时出铁作业条件；
预警值四：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的d％，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须出铁，针对大型及特大型高炉能够给予开另一个铁口的操作信号；
预警值五：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的d％，并且渣铁生成速度大于渣铁排出速度，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须出铁，针对大型及特大型高炉能够给予开另一个铁口的操作信号，另外给予原料预警信号，需控制好料速、高炉风量与氧量；
当高炉为2500级别高炉和3000级别高炉，a取0.5、b取0.8、c取1.5、d取2，
当高炉为5800级别高炉，a取0.4、b取0.6、c取1.2、d取1.6。
本发明的有益效果是：
(1)本发明依据高炉布料速度确定炉缸内的渣铁生成速度，可有效监控炉缸工况，确定炉缸内渣铁存蓄情况，对于指导高炉操作人员操作高炉具有重要参考意义。
(2)本发明将渣铁生成以及排出结合在一起，能够有效指导操作人员提前做出反应进行炉前操作作业，精准确定开铁口、堵铁口等炉前的关键操作时机，避免因为高炉操作人员主观意愿判断导致的高炉操作偏差。
(3)本发明能够实时掌握炉缸内渣铁的存蓄量，可有效避免因为出铁不及时导致的炉内憋风，迫使高炉减风减氧影响高炉安全顺行。
(4)本发明能够实时掌握炉缸内渣铁的存蓄量，可有效指导铁水运输车调度，能够及时在出铁作业前提前调度铁水车，并有效减少出铁过程中的待包现象。
(5)本发明能够实时掌握炉缸内渣铁的存蓄量，减少了炉缸内渣铁的贮存时间，有效缓解渣铁对炉缸耐火材料及内衬的化学侵蚀和热冲击作用，特别在炉役后期炉缸温度较高且内壁较薄的情况下，对于指导高炉的安全生产具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中的计算模型示意图。
图2位本发明中高炉内探尺动作信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
结合附图1可见，本本发明主要包括原料***Z1、渣铁***Z2、处理***Z3和预警***Z4四部分组成。
原料***Z1主要包括矿石、焦炭以及其它相关物料。
对以上原料***Z1中的物料进行化学检测，确定原料中化学成分。特别是对原料中铁元素和CaO进行检测。
高炉上料过程中往往采用“焦炭-矿石-焦炭-矿石”的布料制度，高炉内部设置探尺往往在高炉布料前进行提尺动作，布料完成后进行放尺动作，记录探尺每次动作时间和料批重。
渣铁***Z2主要包括出铁***和出渣***。
通过电子秤对铁水包、铁水罐以及铁水车进行称重，可以确定出铁速度、出铁重量等相关数据。
通过炉渣的脱水转鼓以及传动***等可以确定出渣速度、出渣重量等相关数据。
还需要对铁水以及炉渣进行化学检测。特别是对铁水中铁元素进行检测，炉渣中铁元素和CaO进行检测。
处理***Z3主要对原料***Z1和渣铁***Z2中所反馈的数据进行筛选处理。
依据高炉内物料平衡可知，高炉用的所有物料中带入的铁量应等于冶炼生铁的铁量和炉渣中铁量的总和，高炉的所有物料中带入的CaO应等于炉渣中CaO的总和。图2为探尺数据信号显示，A为布料完成后放尺动作，B为布料前的提尺动作，A与B中间缓慢下尺曲线为探尺随料面下降动作曲线。图2中1#、3#、5#、7#、9#、11#为焦炭，2#、4#、6#、8#、10#、12#为矿石。
依据高炉内物料平衡可知，高炉用的所有物料中带入的铁量应等于冶炼生铁的铁量和炉渣中铁量的总和，高炉的所有物料中带入的CaO等于炉渣中的CaO。
计算探尺每一个提尺和放尺动作下的理论生铁速度和理论生渣速度：
其中：ν生渣，x#-A-x#-A理论生渣速度；
物料中CaO的总量；
tx#-A-x#-A所对应的时间；
ω炉渣，CaO-当前时间炉渣中CaO的含量；
出渣量；
例如：
通过渣铁***Z2中的出铁***与出渣***将出铁速度与出渣速度实时传输至处理***Z3中。依据渣铁生成速度与渣铁排出速度的差值进行积分，可计算炉缸内渣铁存蓄量。
铁水存蓄量：
渣铁存蓄量：
其中：p铁-铁水密度；
p渣-炉渣密度；
注：为保证本计算过程中炉缸内渣铁存蓄量的准确性，t-1的时间应该为出铁完成后，炉缸内渣铁液面达到出铁口位置。
预警***Z4主要是将处理***Z3中的出铁速度、出渣速度、生铁速度、生渣速度、铁水存蓄量、渣铁存蓄量相关数据进行分级预警，给予前台操作工作人员进行预警，给出炉前操作信号和原料预警信号。
预警值一：渣铁存蓄量低于高炉炉缸容积的a％，并且渣铁生成速度小于渣铁排出速度，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须进行封堵铁口，针对大型及特大型高炉能够给予封堵一个铁口仅保留一个铁口的操作信号；
预警值二：渣铁存蓄量低于高炉炉缸容积的b％，大于a％，***给予前台操作人员提示，给予炉前操作信号，此时炉前应具备随时封堵铁口的作业条件；
预警值三：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的c％，不高于d％，***给予前台操作人员提示，给予炉前操作信号，此时炉前应具备随时出铁作业条件；
预警值四：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的d％，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须出铁，针对大型及特大型高炉能够给予开另一个铁口的操作信号；
预警值五：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的d％，并且渣铁生成速度大于渣铁排出速度，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须出铁，针对大型及特大型高炉能够给予开另一个铁口的操作信号，另外给予原料预警信号，需控制好料速、高炉风量与氧量；
当高炉为2500级别高炉和3000级别高炉，a取0.5、b取0.8、c取1.5、d取2，
当高炉为5800级别高炉，a取0.4、b取0.6、c取1.2、d取1.6。
a、b、c、d选取的具体预警值，在实际工况中，也可将炉况及高炉大小结合进行界定具体界定。
本发明依据高炉物料平衡关系将原料***与渣铁***进行对应，原料***以高炉内探尺动作信号为参考，计算高炉的理论生铁量与理论生渣量；渣铁***采用铁水称重及脱水转鼓等方法，确定出渣速度与出铁速度。通过处理***对以上反馈数据进行分析计算，确定炉缸内的渣铁存蓄量，并对高炉原料***与渣铁***进行预警。本发明能够有效反映炉缸渣铁存蓄量，对于指导炉前作业具有重要意义。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (11)
1.一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***，其特征在于，包括原料***(Z1)、渣铁***(Z2)、处理***(Z3)和预警***(Z4)；
所述原料***(Z1)用于根据高炉上料过程中的布料制度给高炉上料；高炉内部设置探尺在高炉布料前进行提尺动作，布料完成后进行放尺动作，记录探尺每次动作时间和料批重；
所述渣铁***(Z2)包括出铁***和出渣***，出铁***用于确定出铁速度、出铁重量的相关数据，出渣***用于确定出渣速度、出渣重量相关数据；
所述处理***(Z3)用于对原料***(Z1)和渣铁***(Z2)中所反馈的数据进行筛选处理；
所述预警***(Z4)用于将处理***(Z3)中的出铁速度、出渣速度、生铁速度、生渣速度、铁水存蓄量、渣铁存蓄量相关数据进行分级预警，给予前台操作工作人员进行预警，给出炉前操作信号和原料预警信号。
2.根据权利要求1所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***，其特征在于，还包括物料检测***，用于检测原料***(Z1)中的原料成分和渣铁***(Z2)中的铁水以及炉渣成分。
3.一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对原料***(Z1)中的物料进行化学检测，确定原料中化学成分；
步骤2：制定高炉上料过程中的布料制度，高炉内部设置探尺往往在高炉布料前进行提尺动作，布料完成后进行放尺动作，记录探尺每次动作时间和料批重；
步骤3：对铁水包、铁水罐以及铁水车进行称重，确定出铁速度、出铁重量相关数据；
步骤4：确定出渣速度、出渣重量相关数据；
步骤5：对铁水以及炉渣进行化学检测；
步骤6：对原料***(Z1)和渣铁***(Z2)中所反馈的数据进行筛选处理；
步骤7：将处理***(Z3)中的出铁速度、出渣速度、生铁速度、生渣速度、铁水存蓄量、渣铁存蓄量相关数据进行分级预警，给予前台操作工作人员进行预警，给出炉前操作信号和原料预警信号。
4.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤1中的物料包括矿石、焦炭以及其它相关物料。
5.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤1中的化学成分包括对原料中铁元素和CaO。
6.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤2中的布料制度可选用“焦炭-矿石-焦炭-矿石”的布料制度。
7.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤3中通过电子秤对铁水包、铁水罐以及铁水车进行称重。
8.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤4中通过炉渣的脱水转鼓以及传动***确定出渣速度、出渣重量相关数据。
9.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤5中对铁水中铁元素进行检测，炉渣中铁元素和CaO进行检测。
10.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤6具体为：计算探尺每一个提尺和放尺动作下的理论生铁速度和理论生渣速度：
其中：ν生渣，x#-A-x#-A理论生渣速度；
物料中CaO的总量；
tx#-A-x#-A所对应的时间；
ω炉渣，CaO-当前时间炉渣中CaO的含量；
出渣量；
通过渣铁***(Z2)中的出铁***与出渣***将出铁速度与出渣速度实时传输至处理***(Z3)中，依据渣铁生成速度与渣铁排出速度的差值进行积分，计算炉缸内渣铁存蓄量，
铁水存蓄量：
渣铁存蓄量：
其中：p铁-铁水密度；
p渣-炉渣密度；
为保证计算过程中炉缸内渣铁存蓄量的准确性，t-1的时间应该为出铁完成后，炉缸内渣铁液面达到出铁口位置。
11.根据权利要求3所述的高炉炉缸渣铁存蓄量的监控方法，其特征在于，所述步骤7中的炉前操作信号和原料预警信号包括：
预警值一：渣铁存蓄量低于高炉炉缸容积的a％，并且渣铁生成速度小于渣铁排出速度，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须进行封堵铁口，针对大型及特大型高炉能够给予封堵一个铁口仅保留一个铁口的操作信号；
预警值二：渣铁存蓄量低于高炉炉缸容积的b％，大于a％，***给予前台操作人员提示，给予炉前操作信号，此时炉前应具备随时封堵铁口的作业条件；
预警值三：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的c％，不高于d％，***给予前台操作人员提示，给予炉前操作信号，此时炉前应具备随时出铁作业条件；
预警值四：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的d％，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须出铁，针对大型及特大型高炉能够给予开另一个铁口的操作信号；
预警值五：渣铁存蓄量超过高炉炉缸容积的d％，并且渣铁生成速度大于渣铁排出速度，***自动报警，给予炉前操作信号，此时炉前必须出铁，针对大型及特大型高炉能够给予开另一个铁口的操作信号，另外给予原料预警信号，需控制好料速、高炉风量与氧量；
当高炉为2500级别高炉和3000级别高炉，a取0.5、b取0.8、c取1.5、d取2，
当高炉为5800级别高炉，a取0.4、b取0.6、c取1.2、d取1.6。
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| CN202311030145.1A CN117051190A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 一种高炉炉缸渣铁存蓄量的监控***及方法 |
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