[发明专利]一种高炉风口回旋区深度的计算及实时监测方法

说明书

本发明提供一种高炉风口回旋区深度的计算及实时监测方法，涉及高炉炼铁工艺技术领域。该方法首先分析高炉风口回旋区内运动状态，建立回旋区深度机理模型；并由回旋区深度机理模型得到回旋区深度计算公式；然后获得建模参数，分析建模参数对回旋区深度的影响；再将回旋区深度机理模型传入到计算机，并将建模参数及高炉生产现场采集的数据传入到数据库中进行保存，实时计算回旋区深度，实现对回旋区深度的实时监测；当回旋区深度低于或超出正常深度范围时，及时调节高炉风口回旋区的鼓风参数，使回旋区深度恢复至正常深度范围内。该方法能够高效实时的求解回旋区的深度变化情况，获得回旋区深度的变化规律，研究回旋区内部参数对回旋区深度的影响。

技术领域

本发明涉及高炉炼铁工艺技术领域，尤其涉及一种高炉风口回旋区深度的计算及实时监测方法。

背景技术

高炉是一种大型、高大、垂直的冶金炉，用于从氧化矿石中还原铁水，是制铁工业的主要反应器之一。在现代高炉中热风以100m/s以上的速度通过风口射向炉缸中心，遇到由上方滑落下来的焦炭发生燃烧反应，与此同时焦炭在高速鼓风冲击下做回旋运动，在每个风口前形成一个疏散而近似梨形的空间，通常称它为风口回旋区。风口回旋区作为高炉稳定运行的重要反应区，为整个高炉生产提供热量和能量的补给，风口回旋区的深度和内部复杂的物理、化学反应决定了高炉中煤气流的一次分布，上部炉料的下降状态，反映了焦炭的燃烧状态，是炉况顺行的基础，在冶炼过程中起着至关重要的作用。

目前，计算回旋区深度的主要方法有直接检测法，采用一些特制的探测器、探测针等，但仪表易受炉内实际条件影响而导致测量结果波动较大，同时仪器成本较高，而且无法达到实时监测的目的，无法在中小企业中完全普及；还有就是建立回旋区的冷态模型，以此反映回旋区内部的运动状态，但由于回旋区内部的反应复杂多变，冷态模型不能很好的反映实际的回旋区内部状态；较为常用的方法是依据回旋区运动过程中动量、质量和热量的传输建立欧拉数学模型求解，但是采用现有的欧拉模型建模过程复杂，需要的参数较多，计算困难，花费时间较长，难以实现实时监测的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高炉风口回旋区深度的计算及实时监测方法，高效实时的求解回旋区的深度变化情况，获得回旋区深度的变化规律，研究回旋区内部参数对回旋区深度的影响、回旋区深度变化对高炉整体顺利运行的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高炉风口回旋区深度的计算及实时监测方法，包括以下步骤：

步骤1、分析高炉风口回旋区内运动状态，建立回旋区深度机理模型，进而得到回旋区深度的计算公式；

当回旋区内部运动处于稳定状态时，取回旋区内部最深处一区域A为研究对象，此时A处在鼓风气体冲力与焦炭层阻力共同作用下达到平衡，依据二力平衡建立高炉风口回旋区深度机理模型，用以求解回旋区深度的变化情况，如下公式所示：

其中，F_A为区域A处鼓风气体冲力，F_B为区域A处焦炭层阻力，ρ_g0表示标准态下的鼓风密度，V_g表示区域A处鼓风风量，S_T表示高炉风口面积，D_R表示回旋区深度，D_T表示高炉风口直径，α为常数，α＝0.2～0.6，T_m表示回旋区温度，S_P表示区域A处焦炭粒子总截面积，ρ_P表示焦炭密度，V_P表示区域A处焦炭粒子体积，g表示重力加速度，D_PR表示回旋区边界前焦炭直径，T_w表示鼓风温度，P表示鼓风风压；D_PR＝0.6D_Pc，D_Pc表示入炉前焦炭直径；

由上述回旋区深度机理模型得到回旋区深度D_R，如下公式所示：