一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法技术

本发明专利技术公开了一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法。通过采集高炉各层冷却设备中冷却介质流量、温度和进出口温差等数据，计算通过炉衬的平均热流密度。通过对冷却介质和炉衬热面间各部分热阻的分析，结合平均热流密度，计算各层炉衬热面的平均温度，并以这些温度作为热面中心点温度，对其进行插值或拟合，获得高炉热面纵向温度分布。根据待冶炼物的物相组成，计算软熔带上、下边界温度，结合纵向温度分布，可以确定软熔带根部的上、下边界位置。因此可通过在线监测冷却介质流量、温度和进出口温差等数据，实现高炉软熔带根部位置的在线监测。本发明专利技术具有时效性好、计算简单及设备投资少的优点，可实时监测炉衬热面的纵向温度分布和软熔带根部位置等信息，为高炉的优化操作以及生产的顺行提供理论指导。

Method for on-line monitoring root position of soft melting zone of blast furnace

The invention discloses a method for on-line monitoring the root position of a soft melting zone of a blast furnace. By collecting the cooling medium flow rate, temperature and temperature difference between the inlet and outlet of the cooling equipment in each layer, the average heat flux through the lining is calculated. Through the analysis of the cooling medium and lining hot face between each part of the resistance, with the average heat flux density, calculating layer lining surface average temperature, and to the hot surface temperature as the center point temperature, interpolating or fitting of the obtained surface longitudinal temperature distribution of blast furnace heat. The upper and lower boundary of the root zone of the soft melt zone can be determined by calculating the upper and lower boundary temperature of the soft melt zone according to the phase composition of the material to be smelted. Therefore, the on-line monitoring of the root zone of the soft melting zone of blast furnace can be realized by on-line monitoring the flow rate of the cooling medium, temperature and temperature difference between the inlet and outlet. The invention has the advantages of simple calculation, good timeliness and less investment in equipment, real-time monitoring of the longitudinal temperature distribution and thermal lining soft melting zone root position information, to provide theoretical guidance for the optimization of the production and operation of blast furnace operation.

【技术实现步骤摘要】
一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法
本专利技术涉及一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，属于炼铁高炉的在线时时监测

技术介绍
高炉软熔带的形状与位置决定了炉内还原性气流和温度场的分布，是高炉上部布料方式、下部风口操作参数调节的综合体现，对高炉的冶炼过程以及生产顺行状况产生重要影响。合适的高炉软熔带的形状与位置是使高炉还原性气流稳定运行、实现高产低耗的保证。由于高炉炉内高温、强氧化还原反应、粉尘以及多相流体的恶劣运行环境且封闭等原因，导致软熔带的位置和形状无法直接观测或测量。当前国内外学者对软熔带根部位置的研究多采用CFD仿真、热态实验和神经网络算法等方法。采用CFD仿真技术虽然可以得到直观的软熔带根部位置和形状等信息，但计算量大，且不可实时监测；热态实验法存在难度大、费用高且不能真实反映大尺寸的实际高炉的信息等问题；神经网络算法依赖于大量真实的数据样本，而实际高炉提供的数据样本非常有限，很难应用于实际生产。目前在实际生产过程中，一般参考冷却设备热负荷、冷却设备温度、砖衬温度、高炉上部压差和下部压差、炉喉煤气十字测温等数据，估计出软熔带的大概位置，该方法过于依赖个人现场经验，且数据精度低。因此开发一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法对实现高炉生产过程精细化控制具有重要意义。通过冷却水流量、进出口温差等信息，结合炉衬结构，可计算炉衬热面纵向温度分布；通过铁矿石的物相组成，可计算软熔带上、下边界温度。但通过结合纵向温度分布和软熔带边界温度该二者信息，来判断软熔带根部位置，该方法目前仍未有学者在相关文献中报导。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种能时时反应高炉软熔带根部位置的监测方法。由于炉衬热面换热过程过于复杂，本领域学者在研究高炉炉衬时，通常假设炉衬热面与炉内环境的换热方法为炉衬热面与高炉煤气的对流换热，本专利技术基于该假设，提出一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法。本专利技术一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，包括下述步骤：步骤一沿高度方向，以高炉冷却设备的层数为标准对炉衬进行分层；冷却设备所用的冷却管可以包括并列排布的冷却管(简称冷却管)和背部蛇形管(简称蛇形管)，采集高炉炉腹及以上区域的各层冷却设备的冷却介质流量、温度和进出口温差信息，剔除异常数据，并计算各层冷却设备的冷却管中冷却介质的平均流量Gi、平均温度tw,i和平均进出口温差Δti以及蛇形管中冷却介质的平均流量Gi′和平均进出口温差Δti′，其中，i表示层数。步骤二依据各层冷却介质的平均温差Δti、平均流量Gi以及单个冷却设备所对应的热面面积Ai计算该层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度qi；步骤三根据公式(1)计算得出第i层冷却设备所对应炉衬热面的平均温度Ti；Ti＝qi·(Ri+Rs,i)+tw,i(1)公式(1)中；qi为步骤二计算所得第i层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度；tw，i为第i层冷却管中冷却介质的平均温度，单位为℃；其为第i层冷却设备中冷却管所用冷却介质在该层进口、出口温度的平均值；Rs,i为第i层冷却设备所对应炉衬热面上的渣皮热阻；其取值大于等于0；Ri为第i层冷却设备所用冷却介质与其所对应炉衬热面间的总热阻；步骤四以步骤三计算所得的第i层冷却设备所对应热面的平均温度Ti，作为该层热面中心点的温度；以第i层冷却设备的中心点所对应的高炉标高Hi为横坐标，以该层热面中心点的温度Ti为纵坐标，建立二维散点图，并对各层的Ti随Hi的变化关系进行插值或拟合处理，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；或以第i层冷却设备的中心点所对应的高炉标高Hi为纵坐标，以该层热面中心点的温度Ti为横坐标，建立二维散点图，并对各层的Ti随Hi的变化关系进行插值或拟合处理，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；步骤五分析待冶炼物的物相组成；依据待冶炼物的物相组成计算该待冶炼物所对应的软熔带上、下边界温度Tup和Tdown；在步骤四中，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；当横坐标为高炉标高Hi、纵坐标为炉衬热面温度Ti时；在步骤四所得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线上，找到纵坐标分别为Tup、Tdown的两个点；这两个点对应的横坐标分别为标高Hup和标高Hdown；标高Hup和标高Hdown即为软熔带根部的上、下边界位置(软熔带根部表示软熔带与炉衬热面或渣皮热面相连的部分)；或在步骤四中，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图中；当纵坐标为高炉标高Hi、横坐标为炉衬热面温度Ti时；在步骤四所得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线上，找到横坐标分别为Tup、Tdown的两个点；这两个点对应的纵坐标分别为标高Hup和标高Hdown；标高Hup和标高Hdown即为软熔带根部的上、下边界位置。本专利技术一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，步骤一中，异常数据的判定依据为莱以达准则；即若某数据x满足：则认为该数据为异常数据，应予以剔除，其中为该层的该类数据的平均值，σ为该层该类数据的标准差。本专利技术一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，第i层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度qi是通过公式(2)计算得出的：公式(2)中；Ai为第i层冷却设备对应的炉衬热面面积，单位为m2；Q1,i为第i层的冷却介质所带走热量；单位为W；Q2,i为第i层的炉壳散热量，单位为W。本专利技术一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，Q1,i按公式(3)进行计算；Q1,i＝ni·ci·Gi·ρi·Δti+ci′·Gi′·ρi′·Δti′(3)公式(3)中ni为第i层冷却设备中的冷却管的数量；ci为第i层冷却设备中的冷却管中所用冷却介质的比热容，单位为J/kg℃；Gi为第i层冷却设备中的冷却管每根冷却管中冷却介质的流量；单位为m3/s；ρi为第i层冷却设备中的冷却管中所用冷却介质的密度；单位为kg/m3；Δti为第i层冷却设备中的冷却管所用冷却介质在该层的进、出口处的温差，单位为℃；ci′为第i层冷却设备中蛇形管中所用冷却介质的比热容，单位为J/kg℃；Gi′为第i层冷却设备中蛇形管中冷却介质流量；单位为m3/s；ρi′为第i层冷却设备中蛇形管中所用冷却介质的密度；单位为kg/m3；Δti′为第i层冷却设备中蛇形管中所用冷却介质在该层的进、出口处的温差，单位为℃；Q2,i按公式(4)进行计算；Q2,i＝h2,i·(t2,i-ta)·Ai(4)公式(4)中，t2,i和ta分别为第i层炉壳表面温度和环境温度，单位为℃；h2,i为炉壳与环境的综合换热系数，单位为W/m2℃，依据大空间自然对流传热的实验关联式以及实际物体的斯忒潘-玻尔兹曼定律推算，其公式如式(5)所示；在工业化应用时，本专利技术一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，第i层中每根冷却水的流量一般是相等的。本专利技术一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，第i层冷却设备所用冷却介质与其所对应炉衬热面间的总热阻Ri是通过公式(6)计算得到的：Ri＝Rb,i+Ry,i+(1-β)(Rl,i+Ra,i+Rc,i+Rp,i+Rh,i)+β(Rl′,i+Ra′,i+Rc′,i+Rp′,i+Rh′,i)(6)公式(6)中，Rb,i为第i层冷却设备所对应的耐火砖导热热阻；Ry,i为第i层冷却设备所对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一沿高度方向，以高炉冷却设备的层数为标准对炉衬进行分层；采集高炉炉腹及以上区域的各层冷却设备的冷却介质流量、温度和进出口温差信息，剔除异常数据，并计算每层冷却介质的平均流量、平均温度和平均进出口温差；步骤二依据各层冷却介质的平均温差、平均流量以及单个冷却设备所对应的热面面积计算该层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度；步骤三根据公式(1)计算得出第i层冷却设备所对应炉衬热面的平均温度T

【技术特征摘要】
1.一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一沿高度方向，以高炉冷却设备的层数为标准对炉衬进行分层；采集高炉炉腹及以上区域的各层冷却设备的冷却介质流量、温度和进出口温差信息，剔除异常数据，并计算每层冷却介质的平均流量、平均温度和平均进出口温差；步骤二依据各层冷却介质的平均温差、平均流量以及单个冷却设备所对应的热面面积计算该层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度；步骤三根据公式(1)计算得出第i层冷却设备所对应炉衬热面的平均温度Ti；Ti＝qi·(Ri+Rs,i)+tw,i(1)公式(1)中；qi为步骤二计算所得第i层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度；tw，i为第i层冷却介质的平均温度，单位为℃；其为第i层冷却设备并列排布冷却管中所用冷却介质在该层进口、出口温度的平均值；Rs,i为第i层冷却设备所对应炉衬热面上的渣皮热阻；其取值大于等于0；Ri为第i层冷却设备所用冷却介质与其所对应炉衬热面间的总热阻；步骤四以步骤三计算所得的第i层冷却设备所对应热面的平均温度Ti，作为该层热面中心点的温度；以第i层冷却设备的中心点所对应的高炉标高Hi为横坐标，以该层热面中心点的温度Ti为纵坐标，建立二维散点图，并对各层的Ti随Hi的变化关系进行插值或拟合处理，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；或以第i层冷却设备的中心点所对应的高炉标高Hi为纵坐标，以该层热面中心点的温度Ti为横坐标，建立二维散点图，并对各层的Ti随Hi的变化关系进行插值或拟合处理，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；步骤五分析待冶炼物的物相组成；依据待冶炼物的物相组成计算该待冶炼物所对应的软熔带上、下边界温度Tup和Tdown；在步骤四中，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；当横坐标为高炉标高Hi、纵坐标为炉衬热面温度Ti时；在步骤四所得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线上，找到纵坐标分别为Tup、Tdown的两个点；这两个点对应的横坐标分别为标高Hup和标高Hdown；标高Hup和标高Hdown即为软熔带根部的上、下边界位置；或在步骤四中，获得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线图；当纵坐标为高炉标高Hi、横坐标为炉衬热面温度Ti时；在步骤四所得炉衬热面温度Ti随标高Hi变化的连续曲线上，找到横坐标分别为Tup、Tdown的两个点；这两个点对应的纵坐标分别为标高Hup和标高Hdown；标高Hup和标高Hdown即为软熔带根部的上、下边界位置。2.根据权利要求1所述的一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，其特征在于：步骤一中，异常数据的判定依据为莱以达准则；即若某数据x满足：则认为该数据为异常数据，应予以剔除，其中为该层的该类数据的平均值，σ为该层该类数据的标准差。3.根据权利要求1所述的一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，其特征在于：第i层冷却设备所对应炉衬的平均热流密度qi是通过公式(2)计算得出的：公式(2)中；Ai为第i层冷却设备对应的炉衬热面面积，单位为m2；Q1,i为第i层的冷却介质所带走热量；单位为W；Q2,i为第i层的炉壳散热量，单位为W。4.根据权利要求3一种在线监测高炉软熔带根部位置的方法，其特征在于：Q1,i按公式(3)进行计算；Q1,i＝ni·ci·Gi·ρi·Δti+c′i·G′i·ρ′i·Δt′i(3)公式(2)中ni为第i层冷却设备中并列排布的冷却管的数量；ci为第i层冷却设备中并列排布的冷却管中所用冷却介质的比热容，单位为J/kg℃；Gi为第i层冷却设备中并列排布的冷却管每根冷却管中冷却介质的流量；单...

【专利技术属性】
技术研发人员：周萍，宋郭蒙，文麒筌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43