一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，通过构建两步式高炉模型，利用热力学计算软件FactSage，输入高炉生产数据，结合高炉生产实际情况设定计算边界条件，通过对高炉内碱金属收入项与支出项的迭代运算，得到高炉内碱金属元素富集量，并建立了碱金属元素富集量与入炉碱负荷的关系。本发明专利技术方法适用性广泛，针对性和可操作性强，可以计算出高炉内不同时期的碱金属元素富集量，并且能够预测改变入炉碱负荷对应的富集量变化，本发明专利技术还可以计算出高炉内锌和铅的富集量。

A Method for Calculating Concentration of Alkali Metal Elements in Blast Furnace

【技术实现步骤摘要】
一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法
本专利技术涉及高炉炼铁
，尤其涉及一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法。
技术介绍
K、Na等是高炉原料中的微量有害碱金属元素，在高炉炼铁过程中，各种铁矿石、焦炭和煤粉中会携带入一定量的碱金属化合物，这些碱金属化合物在800～1000℃之间就能熔化。当它们进入高温区后，一部分进入炉渣，一部分则被焦炭还原为碱金属蒸气，还原出来后立即气化随高炉煤气上升，在不同的温度条件下又与其它物质反应转化为碱金属氰化物或硅酸盐等。携带着碱金属蒸气、碱金属氰化物和碱金属硅酸盐的高炉煤气在自下而上的运动过程中，在高炉上部的中低温区，K、Na是以金属和碳酸盐形式进行循环和富集，K、Na的氰化物则是在600～1600℃范围内进行循环和富集，而来不及反应和沉积的碱金属则随煤气和炉尘从炉顶排出，大部分未还原的碱金属硅酸盐随炉渣排出。随高炉炉役的延长，炉内参与循环富集的碱金属量越来越多。碱金属在炉内的危害表现有:降低矿石的软化温度，使矿石尚未充分还原就已熔化滴落，增加了高炉下部的直接还原热量消耗；引起球团矿的异常膨胀而严重粉化；它能强化焦炭的气化反应，使其反应后强度急剧降低且粉化；造成料柱透气性严重恶化，危及生产冶炼过程进行；液态或固态碱金属粘附于炉衬上，既能使炉墙严重结瘤，又能直接破坏砖衬，对高炉炼铁造成很大危害。因此，有必要提供一种测定高炉内碱金属元素富集量的方法，从而为高炉炼铁的安全性、高效性、低能耗及高品质提供科学依据。目前，对于高炉内碱金属循环富集的研究，大多通过研究各添加炉料种类、生产条件等因素对碱金属元素富集量的影响，并结合热力学分析，根据碱金属元素在高炉内发生的物化反应，对碱金属元素富集量进行理论计算。然而，这些方法对各企业高炉炼铁实际意义不大，实用性差，大多钢铁企业只能依据自身的冶炼实践及经验制定碱金属入炉负荷上限，往往无法做到防患于未然，在碱金属富集严重影响炉况后才被动做出调整。因此，有必要提供一种对高炉炼铁实用性强的碱金属元素富集量计算方法，为钢铁企业实际生产带来便利。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，首先构建两步式高炉模型，然后利用热力学计算软件FactSage，结合高炉生产实际情况设定计算边界条件，通过对高炉内碱金属收入与支出的迭代运算，可计算得到高炉内不同时期的碱金属元素富集量，并建立了碱金属元素富集量与入炉碱金属负荷的关系式。本专利技术方法适用性广泛，针对性和可操作性强，可以计算出高炉不同时期的煤气碱金属元素富集量，并且能够预测改变入炉碱负荷对应的富集量变化。为实现上述目的，本专利技术提供的一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，包括以下步骤：S1.建立两步式高炉模型，并设定边界条件；S2.根据高炉生产数据，计算各输入元素的质量，并将各输入元素的质量及步骤S1中的边界条件导入FactSage数据库；S3.FactSage数据库计算得到高炉生产输出数据，并进行迭代运算直至达到迭代终止条件，得到各迭代次数下的碱金属含量，作为输出结果输出；S4.根据步骤S3中的输出结果，采用绘图软件绘制出碱金属含量与对应的迭代次数的关系图；S5.选择5-10组高炉实际生产数据，重复步骤S1-S4，根据各组高炉生产输出结果，通过线性拟合，得到碱金属元素富集量与入炉碱负荷的关系式。进一步，所述两步式高炉模型，包括炉缸反应区和炉身低温区两个部分；所述边界条件包括炉缸反应区和炉身低温区的温度及压强。进一步，所述炉缸反应区温度为1520～1580℃，压强为1.5～2.5atm；炉身低温区的温度为300～400℃，压强为0.9～1.2atm。进一步，所述炉缸反应区温度设定为1550℃，压强设定为2atm；炉身低温区的温度设定为350℃，压强设定为1atm。进一步，所述高炉模型包括新进炉料(1)、炉料及冷凝相(2)、喷吹煤粉(3)、预热鼓风(4)、渣(5)、铁(6)、炉腹煤气(7)及炉顶煤气和粉尘(8)。进一步，步骤S2中，所述高炉生产数据包括新进炉料(1)和喷吹煤粉(3)的质量及所含各化合物的质量、鼓风量和富氧率；各输入元素包括Fe、Si、Ca、Mg、Al、Na、K、O、C、N，各元素质量通过将各化合物中所含元素质量折算得到，单位为kg/tHM；FactSage数据库包括FactPS数据库、FToxid数据库和FSstel数据库。进一步，所述鼓风量为960～1020m3STP/tHM，富氧率为5.5～6.17％。进一步，所述新进炉料包括多种铁矿石、焦炭和石灰石等。进一步，步骤S3中，所述输出数据包括渣(5)、铁(6)、炉料及冷凝相(2)、炉顶煤气和粉尘(8)及炉腹煤气(7)中的元素含量；所述迭代终止条件为碱金属收入项与支出项数值相等，所述碱金属含量为支出项中碱金属含量。进一步，所述碱金属收入项包括新进炉料(1)和喷吹煤粉(3)中的碱金属含量，支出项包括渣(5)、铁(6)及炉顶煤气和粉尘(8)中的碱金属含量。进一步，所述炉顶逸出的粉尘中的碱金属含量通过对高炉实际生产得到的粉尘进行化学分析得到。进一步，所述碱金属元素为K和Na。进一步，步骤S3中，迭代运算具体步骤为：S31.FactSage中的Equilib模块，选择FactPS、FToxid和FSstel数据库，并根据步骤S2中输入的各元素的质量及炉缸反应区边界条件，计算高炉生产得到的的渣(5)、铁(6)和炉腹煤气(7)中的元素含量；其中，渣(5)和铁(6)离开高炉，炉腹煤气(7)参与循环与富集；S32.将步骤S31中计算的炉腹煤气(7)中各元素含量分别加上新进炉料(1)各元素含量，选取FactPS和FToxid数据库，根据炉身低温区边界条件，计算炉料及冷凝相(2)、炉顶煤气和粉尘(8)中各元素含量；S33.将炉料及冷凝相(2)和预热鼓风(4)中各元素含量之和作为第二次输入的各元素质量，依次重复步骤S31及S32，进行迭代运算直至达到迭代终止条件。进一步，步骤S31中，Equilib模块计算流程包括数据库的选择、数据输入、产物选择、边界条件设定、数据输出。进一步，步骤S31中，FactPS数据库为气相数据库，在本专利技术中，为炉腹煤气(7)和炉顶煤气(8)的计算提供依据；FToxid数据库为氧化物数据库，在本专利技术中，为高炉生产中的氧化物计算提供依据，包括MgO、SiO2、CaO、Al2O3、KAlO2、NaAlO2、FeO、Na2O、K2O、Fe2O3等，当输入元素含有其他合金元素时，还包含其他合金氧化物，如CrO、Cr2O3、Cu2O、Ti2O3、ZiO等；FSstel数据库为钢水数据库，包括Fe、Al、Mg、Mn、C、N、O、P、S、Ti等元素数据。进一步，步骤S4中，所述绘图软件为Excel或Origin。进一步，步骤S5中，所述碱金属元素富集量为迭代终止时炉腹煤气中的碱金属含量。进一步，步骤S5中，将入炉碱负荷设为x，碱金属元素富集量设为y，利用Excel或Origin绘制散点图，通过线性拟合，得到两者关系式。进一步，采用本专利技术提供的高炉内碱金属元素富集量的计算方法，还可以计算出高炉内有害元素Zn和Pb的富集量。Zn和Pb在高温区部分气化进入炉腹煤气，上升到低温区时又被氧化为氧化铅随炉料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立两步式高炉模型，并设定边界条件；S2.根据高炉生产数据，计算各输入元素的质量，并将各输入元素的质量及步骤S1中的边界条件导入FactSage数据库；S3.FactSage数据库计算得到高炉生产输出数据，并进行迭代运算直至达到迭代终止条件，得到各迭代次数下的碱金属含量，作为输出结果输出；S4.根据步骤S3中的输出结果，采用绘图软件绘制出碱金属含量与对应的迭代次数的关系图；S5.选择5‑10组高炉实际生产数据，重复步骤S1‑S4，分别得到高炉内各组生产数据对应的碱金属元素富集量，根据各组高炉碱金属元素富集量，通过线性拟合，得到碱金属元素富集量与入炉碱负荷的关系式。

【技术特征摘要】
1.一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立两步式高炉模型，并设定边界条件；S2.根据高炉生产数据，计算各输入元素的质量，并将各输入元素的质量及步骤S1中的边界条件导入FactSage数据库；S3.FactSage数据库计算得到高炉生产输出数据，并进行迭代运算直至达到迭代终止条件，得到各迭代次数下的碱金属含量，作为输出结果输出；S4.根据步骤S3中的输出结果，采用绘图软件绘制出碱金属含量与对应的迭代次数的关系图；S5.选择5-10组高炉实际生产数据，重复步骤S1-S4，分别得到高炉内各组生产数据对应的碱金属元素富集量，根据各组高炉碱金属元素富集量，通过线性拟合，得到碱金属元素富集量与入炉碱负荷的关系式。2.根据权利要求1所述的一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述两步式高炉模型，包括炉缸反应区和炉身低温区两个部分；所述边界条件包括炉缸反应区和炉身低温区的温度及压强。3.根据权利要求2所述的一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，其特征在于，所述高炉模型包括新进炉料(1)、炉料及冷凝相(2)、喷吹煤粉(3)、预热鼓风(4)、渣(5)、铁(6)、炉腹煤气(7)及炉顶煤气和粉尘(8)。4.根据权利要求2所述的一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，其特征在于，所述炉缸反应区温度范围为1520～1580℃，压强为1.5～2.5atm；炉身低温区的温度为300～400℃，压强为0.9～1.2atm。5.根据权利要求1所述的一种高炉内碱金属元素富集量的计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述高炉生产数据包括炉料(2)和喷吹煤粉(3)的质量及所含各化合物的质量、鼓风量和富氧率；各输入元素包括Fe、Si、Ca、Mg、Al、Na、K、O、C、N，各元素质量通过将各化合物中所含元素质量折算得到，单位为kg/tHM；FactSage数据库包括FactPS数据库、FToxid数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍鹏，王炜，徐润生，郑恒，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42