一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法技術(shù)

一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法，屬于高爐內(nèi)型監(jiān)控和高爐長壽技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過高爐本體傳感器采集爐頂煤氣溫度、冷卻壁水流量、冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻壁熱電偶溫度，同時結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗數(shù)據(jù)和實驗室模擬計算結(jié)果，對冷卻水、爐襯、渣皮、銅冷卻壁、煤氣的物性參數(shù)進(jìn)行修正。利用冶金傳熱學(xué)原理，開發(fā)高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型監(jiān)控模型，實現(xiàn)了高爐銅冷卻壁區(qū)域的剩余爐襯厚度、渣皮厚度及熱面溫度的實時監(jiān)控，并對渣皮厚度、熱面溫度的變化趨勢做出判斷，提示采取必要措施，保持渣皮厚度在正常范圍內(nèi)，減少高熱負(fù)荷區(qū)域的熱損失，保證高爐操作爐型的合理性。

Calculation method for operating area type of blast furnace high heat load region

The invention relates to a method for calculating the operation area of a blast furnace high heat load region, belonging to the technical field of blast furnace internal type monitoring and long life of the blast furnace. By this method the main body of the blast furnace top gas temperature sensor, cooling wall water flow rate, inlet temperature of cooling water, cooling water outlet temperature, cooling wall temperature, combined with field experience and laboratory data simulation results, physical parameters of cooling water, lining, slag, copper stave, gas correction. The metallurgical principle of heat transfer, the development of blast furnace heat load region furnace operation monitoring model, realize the real-time monitoring of residual lining thickness, slag thickness and surface temperature of blast furnace copper cooling wall area, and the variation tendency of the slag thickness, heat surface temperature judgment, suggest to take the necessary measures to maintain the slag skin the thickness in the normal range, reduce the heat loss of heat load areas, to ensure the rationality of blast furnace operation.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法
本專利技術(shù)屬于高爐內(nèi)型監(jiān)控及高爐長壽
，特別提供了一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域爐襯、渣皮厚度的計算方法。
技術(shù)介紹
目前，從煉鐵技術(shù)的發(fā)展來看，還沒有一種冶煉形式能夠完全取代高爐煉鐵過程，另外高爐冶煉工藝已經(jīng)達(dá)到了一個相對完善的階段，想通過進(jìn)一步的優(yōu)化高爐冶煉工藝來降低能耗，在短期內(nèi)也是不可能實現(xiàn)的。因此，想要實現(xiàn)高爐的進(jìn)一步節(jié)能降耗，還應(yīng)從提高高爐的使用壽命和自動化控制水平上著手。高爐一直以“黑箱”的形象示人，其內(nèi)部情況不易被外界得知，操作人員無法直觀的了解爐內(nèi)操作爐型的變化，這使得高爐操作帶有較大的經(jīng)驗性和隨意性，不利于煉鐵生產(chǎn)的優(yōu)化實現(xiàn)。因此，為實現(xiàn)高爐的長壽和可視化，本專利技術(shù)提出了一種高爐高負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法，動態(tài)展示高爐高負(fù)荷區(qū)域爐襯、渣皮、冷卻壁熱面溫度的變化情況及趨勢，為工長判斷煤氣流分布、合理布料提供幫助，為提高煉鐵生產(chǎn)操作自動化水平提供借鑒意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法，采用計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)對各冷卻壁熱面爐襯、渣皮厚度的變化趨勢的實時監(jiān)控，實現(xiàn)高爐高負(fù)荷區(qū)域的可視化。所述的一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法，操作步驟如下：步驟一：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及有效性判斷模塊：測量每塊冷卻壁冷卻水流量、冷卻水進(jìn)口水溫、冷卻水出口水溫、銅冷卻壁熱電偶溫度，采用1min的平均值。對冷卻水流量、冷卻水進(jìn)口水溫、冷卻水出口水溫、銅冷卻壁熱電偶溫度值的正常值范圍進(jìn)行判定，剔除異常數(shù)據(jù)，組成計算樣本。步驟二：剩余爐襯厚度計算的主要步驟如下：步驟a：冷卻壁熱電偶溫度最高時熱流密度的求解：圖1為通常銅冷卻壁爐墻傳熱結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)能量守恒定律，冷卻壁熱電偶溫度最高時傳過爐墻的熱量與爐墻傳遞的熱量損失Q相等，爐墻傳遞的熱量損失Q又等于冷卻水帶走的熱量Q水與爐殼散失的熱量Q散之和，則通過爐墻的平均熱流密度q的計算公式為：q為通過爐墻的平均熱流密度，W/m2；Q水為冷卻水帶走的熱量，W；Q散為爐殼散失的熱量，W；S為冷卻壁的熱面面積，m2。Step1：冷卻水帶走熱量Q水求解，計算公式為：ρ水為冷卻水密度，kg/m3，計算公式為：Cp為水的比熱容，J/(kg·℃)，計算公式為：Cp＝4.21137-0.00222*T水；T1為冷卻水進(jìn)水溫度，℃；T水為冷卻水平均溫度，℃；W為冷卻壁內(nèi)單管冷卻水流量，m3/h。Step2：爐殼散失的熱量Q散求解，計算公式為：Q散＝(α殼1+α殼2)*(t殼-t空)*S，t殼為爐殼溫度，℃；t空為爐殼周圍空氣溫度，℃；α殼1為爐殼外表面與空氣的自然對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃)；tm為定性溫度，℃；g為重力加速度，m/s2；l為爐殼的特征尺寸，m；η空為空氣的粘度系數(shù)，m2/s，計算公式為：η空＝1.31041×10-5+tm*9.92273×10-8；Pr為普朗特數(shù)，計算公式為：Pr＝0.70686-tm·1.86364×10-4；λ空為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)，計算公式為：λ空＝0.0244+tm*7.66364×10-5。α殼2為爐殼外表面與空氣的輻射換熱系數(shù)，W/(m2·℃)；ε為爐殼表面黑度，常數(shù)；C0為黑體輻射系數(shù)，W/(m2·K4)。步驟b：高熱負(fù)荷區(qū)域剩余爐襯厚度d襯的求解：在冷卻壁熱電偶溫度達(dá)到歷史最高值時，認(rèn)為渣皮完全脫落。此時根據(jù)步驟a得到的通過爐墻的平均熱流密度q，結(jié)合模型爐墻傳熱結(jié)構(gòu)示意圖2、熱阻示意圖進(jìn)行剩余爐襯厚度的求解。計算公式如下：d襯為剩余爐襯厚度，mm；T為銅冷卻壁熱電偶溫度，℃；Tg為煤氣溫度，℃，計算公式為；T理為理論燃燒溫度，計算公式為：Tf為鼓風(fēng)溫度，℃；Qo為富氧量，m3/h；Qm為噴吹煤量，t/h；Qf為風(fēng)量，m3/min；T頂為不同方位爐頂十字測溫煤氣溫度，℃；(現(xiàn)場采集了“西北”“東北”“西南”“東南”的頂溫，“東”“西”“南”“北”四個方向的爐頂溫度需要進(jìn)行計算，然后將每塊冷卻壁分配到上述8個方向，獲得各自的頂溫)即：h風(fēng)口為風(fēng)口的實際標(biāo)高，m；h頂為爐頂十字測溫實際標(biāo)高，m；h電偶為冷卻壁熱電偶標(biāo)高，m。R銅為熱電偶位置到冷卻壁熱面的導(dǎo)熱熱阻，計算公式為：d銅為熱電偶位置到冷卻壁熱面的距離，m；λ銅為銅冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)，計算公式為：λ銅＝400-0.055*T；λ襯為剩余爐襯導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；Rf為煤氣與渣皮對流換熱熱阻，計算公式為：αf為爐內(nèi)煤氣與渣皮的對流換熱系數(shù)，計算公式為：步驟c：剩余爐襯厚度修正計算：若步驟b中剩余爐襯厚度的計算合理，在冷卻壁熱電偶溫度達(dá)到最高值時，爐墻表面的渣皮厚度應(yīng)該為0。如果不為0，說明剩余爐襯厚度計算存在偏差，需要進(jìn)行修正。由于爐墻傳遞的熱量損失與傳遞過程中各段的熱流量相等，即爐墻傳遞的熱量損失Q等于煤氣與渣皮、冷卻水與冷卻水管內(nèi)壁的對流換熱過程的熱流量Q1，所以熱流密度q也應(yīng)該相等，計算公式為：Tg為煤氣溫度，℃；S為冷卻壁的熱面面積，m2；T水1為熱電偶標(biāo)高位置處冷卻水溫度，℃，計算公式為：T進(jìn)為冷卻水進(jìn)口溫度，℃；T出為冷卻水出口溫度，℃；△h為冷卻壁上、下端高度差，m；h電偶為冷卻壁熱電偶標(biāo)高，m；Ra為冷卻水與銅冷卻壁的對流換熱熱阻，計算公式為：λ水為水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)，計算公式為：λ水＝0.567+0.0017*T水1；ρ水為冷卻水密度，kg/m3，計算公式為：Cp為水的比熱容，J/(kg·℃)，計算公式為：Cp＝4.21137-0.00222*T水1；v水為冷卻水平均速度，m/s；d為冷卻水通道截面直徑，m；η水為冷卻水粘度，m2/s；計算公式為：η水＝(1.243-0.0146*T水1)*0.000001；Rb為冷卻壁體的導(dǎo)熱熱阻，計算公式為：λ銅為銅冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；db為壁體的厚度，m；Rc為混合層的導(dǎo)熱熱阻，計算公式為：dc為混合層厚度，m；λ混為混合層導(dǎo)熱系系數(shù)，W/(m·℃)；Rd為磚襯導(dǎo)熱熱阻，計算公式為：d襯為剩余爐襯厚度，m；λ襯為剩余爐襯導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；Rf為煤氣與渣皮對流換熱熱阻，計算公式為：αf為爐內(nèi)煤氣與渣皮的對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃)，計算公式為：Tg為煤氣溫度，℃。計算得到的渣皮厚度值d渣后，判斷剩余爐襯厚度值d襯是否準(zhǔn)確，判斷邏輯如下：如果求得的|d渣|<1mm，則認(rèn)為剩余爐襯厚度計算準(zhǔn)確，保存d襯值；如果|d渣|>1mm，則認(rèn)為剩余爐襯厚度計算存在偏差，對剩余爐襯厚度公式進(jìn)行修正，然后利用修正后d襯重新計算d渣，具體步驟如下：1)如果d渣>1mm，說明剩余爐襯厚度值d襯過薄，需要增加額外的熱阻值R額修正d襯，R額＝0.0001ζ(ζ＝1,2,3……)，剩余爐襯厚度計算公式為：2)如果d渣<―1mm，說明剩余爐襯厚度值d襯過厚，需要減小額外的熱阻值R額修正d襯，R額＝0.0001ζ(ζ＝1,2,3……)，剩余爐襯厚度計算公式為：步驟三：高熱負(fù)荷區(qū)域渣皮厚度的計算：步驟二中剩余爐襯厚度值d襯達(dá)到精度要求后，將剩余爐襯厚度值d襯作為已知條件，選取當(dāng)前的爐頂煤氣溫度、冷卻壁水流量、冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水出口溫度、銅冷卻壁熱電偶溫度數(shù)據(jù)，帶入新的渣皮厚度計算公式求解，計算公式及判斷邏輯為：λ本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法，其特征在于：步驟一：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及有效性判斷：從讀取爐頂煤氣溫度、冷卻壁水流量、冷卻水進(jìn)口水溫、冷卻水出口水溫、銅冷卻壁熱電偶溫度組成一組計算樣本，并進(jìn)行有效性判斷；步驟二：高熱負(fù)荷區(qū)域剩余爐襯厚度計算：數(shù)據(jù)有效性判斷完成后，對剩余爐襯厚度進(jìn)行計算，主要包括：冷卻壁熱電偶溫度最高時熱流密度的計算；高熱負(fù)荷區(qū)域剩余爐襯厚度的計算；爐襯剩余厚度修正計算；所述的冷卻壁熱電偶溫度最高時熱流密度的計算：爐墻的平均熱流密度q為：

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高爐高熱負(fù)荷區(qū)域操作爐型計算方法，其特征在于：步驟一：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及有效性判斷：從讀取爐頂煤氣溫度、冷卻壁水流量、冷卻水進(jìn)口水溫、冷卻水出口水溫、銅冷卻壁熱電偶溫度組成一組計算樣本，并進(jìn)行有效性判斷；步驟二：高熱負(fù)荷區(qū)域剩余爐襯厚度計算：數(shù)據(jù)有效性判斷完成后，對剩余爐襯厚度進(jìn)行計算，主要包括：冷卻壁熱電偶溫度最高時熱流密度的計算；高熱負(fù)荷區(qū)域剩余爐襯厚度的計算；爐襯剩余厚度修正計算；所述的冷卻壁熱電偶溫度最高時熱流密度的計算：爐墻的平均熱流密度q為：Q水為冷卻水帶走的熱量；Q散為爐殼散失的熱量；S為冷卻壁的熱面面積；所述的高熱負(fù)荷區(qū)域剩余爐襯厚度的計算：d襯為剩余爐襯厚度，T為銅冷卻壁熱電偶溫度，Tg為煤氣溫度，λ襯為剩余爐襯導(dǎo)熱系數(shù)，R銅為熱電偶位置到冷卻壁熱面的導(dǎo)熱熱阻，Rf為煤氣與渣皮對流換熱熱阻；所述的爐襯剩余厚度修正計算：在冷卻壁熱電偶溫度達(dá)到最高值時，爐墻表面的渣皮厚度應(yīng)該為0，如果不為0，說明剩余爐襯厚度計算存在偏差，需要進(jìn)行修正；修正公式為：λ渣為爐渣導(dǎo)熱系數(shù)，Tg為煤氣溫度，T水1為熱電偶標(biāo)高位置處冷卻水溫度，S為冷卻壁的熱面面積，Ra為冷卻水與銅冷卻壁的對流換熱熱阻，Rb為冷卻壁體的導(dǎo)熱熱阻，Rc為混合層的導(dǎo)熱熱阻，Rd為磚襯導(dǎo)熱熱阻，Rf為煤氣與渣皮對流換熱熱阻；根據(jù)計算得到的渣皮厚度判斷剩余爐襯厚度是否準(zhǔn)確：如果|d渣|<1mm，則認(rèn)為剩余爐襯厚度計算準(zhǔn)確，保存d襯值；如果|d渣|≥1mm，則認(rèn)為剩余爐襯厚度計算存在偏差，對剩余爐襯厚度公式進(jìn)行修正，然后利用修正后d襯重新計算d渣，直到滿足|d渣|<1mm的判斷條件；具體步驟如下：1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦雪剛，劉莎莎，邱成國，蔣學(xué)軍，
申請(專利權(quán))人：北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11