[发明专利]一种高炉风口回旋区边界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边界的计算及实时监测方法，涉及高炉炼铁工艺技术领域。该方法首先根据高炉风口回旋区的形成原理，建立回旋区的深度计算模型，进而得到回旋区深度的计算公式，获得回旋区深度的变化规律；再通过高炉风口回旋区的深度模型建立高炉风口回旋区的边界模型，确定回旋区边界的计算公式；然后获得建模参数，分析建模参数对回旋区边界模型的影响，确定影响回旋区边界的主要参数；最后利用回旋区边界计算公式求出回旋区的高度；当回旋区高度或回旋区深度超出设定范围时，通过调节鼓风风压和鼓风风量使回旋区高度或深度恢复至正常范围内。该方法能够实时监测回旋区深度和回旋区边界的变化情况，为高炉的实际生产提供安全指导。

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边界的计算及实时监测方法。

背景技术

在高炉炼铁生产中，通过高炉风口高温高速的空气被鼓入高炉内，由于鼓风的作用，在风口前沿附近形成一个焦炭在其内作循环运动的区域即为高炉风口回旋区。其中风口回旋区位于竖炉炉体下部风口前端，是由焦炭和喷入炉内的辅助燃料与鼓风中的氧进行剧烈的燃烧反应形成的。鼓风和煤气的混合气流在此区域内循环运动，同时伴随着细小焦炭颗粒和未燃尽煤粉的高速旋转，以及碎焦在回旋过程中的烧尽过程。回旋区大小与鼓风参数及原燃料条件等因素有直接关系，是热能和气体还原剂的发源地，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及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。

高炉风口回旋区的特征的研究主要可以分为两大方面：回旋区特征的直接法研究和回旋区特征的间接法研究。一是高炉风口回旋区特征的直接研究法是通过对表示高炉回旋区放的相关参数的直接检测来进行研究，主要集中在对回旋区的大小、形状及温度等参数的直接测量，但是存在仪表设备易受炉内实际环境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。直接研究法又分为经验观察法研究和实测法研究；二是高炉回旋区特征的间接研究法即模型研究法，包括以下两个方面：其一是通过建立高炉风口回旋区的物理参数实验模型，针对高炉风口回旋区特征，在模型上进行实验检测，但是由于回旋区内部存在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的反应，实验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；其二是利用建立了的高炉风口回旋区的二维或者三维数学模型，对回旋区内的化学反应过程进行数值模拟，从而达到研究回旋区的特征变化规律的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述直接测量法和实验模型法技术存在的不足并在对机理数学模型上进行改进，提供一种高炉风口回旋区边界的计算及实时监测方法，在回旋区深度模型的基础上通过在回旋区边界处各点建立二力的平衡方程，能够高效实时的求解回旋区的边界的变化情况，获得回旋区边界的变化规律，研究回旋区内部参数对回旋区深度以及高度的影响，以及通过控制鼓风参数调节回旋区的深度以及高度的变化，为高炉的稳定运行提供可靠保障。

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边界的计算及实时监测方法，包括以下步骤：

步骤1、根据高炉风口回旋区的形成原理，建立回旋区的深度计算模型，进而得到回旋区深度的计算公式，获得回旋区深度的变化规律；

当回旋区空穴处于稳定运动状态时，取回旋区内部最深处一微元区域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，依据二力平衡建立回旋区的深度计算模型，用以求解回旋区深度的变化情况，如下公式所示：