一种高炉炉型设计系统和方法与流程

本发明属于高炉设计，涉及一种高炉炉型设计系统和方法。

背景技术：

1、高炉炉型与炉料下降和煤气流上升关系密切，炉型会影响炉料的下降速度、煤气流的上升速度，以及煤气与炉料的换热能力，进而影响炉温分布和铁矿石的还原进程，因此炉型设计是高炉设计中比较重要的环节。

2、过去的炉型设计，主要是依据前人的炉型尺寸，结合设计高炉的工况条件，根据经验或者定性规律做一些修改。这些设计在实践中有的是成功的，有些也会出现问题，这些炉型设计效果的不确定的主要原因是没有量化炉型尺寸、原料条件、操作参数与炉内状态的关系，导致高炉炉型设计结果对工况的适应性不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高炉炉型设计系统和方法，根据炉型尺寸与炉温分布和铁矿石的还原进程的定量关系，确定合适的炉型设计尺寸，以解决现有技术高炉炉型设计多依赖既有炉型和工程经验，难以定量揭示炉型尺寸、原料条件、鼓风参数及操作参数对炉温分布、软熔带位置和铁氧化物还原进程的协同影响，导致设计结果对工况的适应性不足的问题。

2、为达到上述目的，本发明一方面提供一种高炉炉型设计方法，其包括：

3、预设至少一组工况条件以及待试算的炉型尺寸参数；工况条件包括原料条件、鼓风参数和操作参数；其中，待试算的炉型尺寸参数从包含炉型尺寸参数的历史数据库中获取，基于要设计的高炉容积，从数据库中查找同一容积下的历史高炉尺寸参数。

4、根据原料条件、鼓风参数和操作参数进行物料平衡和热平衡计算，得到用于炉温计算的物料参数和煤气参数；

5、根据物料参数、煤气参数以及待试算的炉型尺寸参数，计算高炉内部的炉温分布和软熔带位置；其中，软熔带为一个温度区间的炉料，软熔带位置可在计算炉温分布的同时获得。

6、结合炉温分布和炉料性质，计算炉内铁氧化物间接还原完成的位置；

7、根据铁氧化物间接还原完成的位置与软熔带位置之间的相对位置关系，判断炉温分布是否合理，若合理则记录当前待试算的炉型尺寸参数；

8、改变待试算的炉型尺寸参数并重复计算炉温分布、软熔带位置和铁氧化物间接还原完成的位置，获得当前工况条件下使炉温分布合理的炉型尺寸范围。

9、改变工况条件，分别获得不同工况条件下的炉型尺寸范围，并根据不同工况条件下的炉型尺寸范围确定目标炉型尺寸分布范围。

10、进一步的，原料条件包括高炉所采用的矿石、焦炭和煤粉各自的组成、粒度以及传热参数；鼓风参数包括风中水分、富氧率和风温；操作参数包括高炉产量和煤粉喷吹量。其中，煤粉和部分焦炭作为燃料。

11、进一步的，物料平衡计算和热平衡计算包括：根据原料条件和鼓风参数，基于物料平衡原理和热平衡原理计算物料参数和煤气参数；其中，物料参数包括矿石用量和燃料消耗量，煤气参数包括风口回旋区煤气量和风口回旋区煤气温度。

12、进一步的，计算炉温分布包括：根据矿石用量、燃料消耗量、矿石粒度、焦炭粒度、风口回旋区煤气量和风口回旋区煤气温度，结合煤气与炉料之间的换热量、炉内反应的热量消耗以及待试算的炉型尺寸参数，计算炉温分布，并同步确定软熔带位置。

13、进一步的，结合炉温分布和炉料性质，计算炉内铁氧化物间接还原完成的位置包括：结合炉温分布和炉料性质计算炉内各区域的铁矿石还原化学的动力学参数，并进一步基于动力学参数计算还原速度，再根据还原速度计算出炉内铁矿石间接还原的位置。

14、进一步的，根据铁氧化物间接还原完成的位置与软熔带位置之间的相对位置关系，基于铁矿石间接还原的位置须高于软熔带位置的原则，判断炉温分布是否合理。

15、具体地，若铁矿石间接还原的位置高于软熔带位置，则炉温分布合理，记录当前待试算的炉型尺寸参数；

16、若铁矿石间接还原的位置不高于软熔带位置，则炉温分布不合理，舍弃当前待试算的炉型尺寸参数，并计算下一个待试算的炉型尺寸参数对应的炉温分布、铁矿石间接还原的位置和软熔带位置。

17、进一步的，根据不同工况条件下的炉型尺寸范围确定目标炉型尺寸包括，取不同工况条件下炉型尺寸范围的交集，作为目标炉型尺寸分布范围。

18、另一方面，本发明提供了一种高炉炉型设计系统，该系统包括预设工况条件模块、物料平衡和热平衡模块、炉温及软熔带位置计算模块、铁氧化物间接还原完成位置计算模块和炉型尺寸合理性判断模块。该系统被配置为执行前述方面所述的方法。

19、本发明的有益效果在于：

20、（1）本发明将原料条件、鼓风参数、操作参数与炉型尺寸统一纳入计算，可反映各因素对炉内热状态和还原过程的综合作用，提高设计系统性。

21、（2）本发明通过物料平衡、热平衡、炉温分布及间接还原位置的连续计算，将经验判断转化为可量化、可比较的分析过程，提高了炉型设计的客观性和工艺可重复性。

22、（3）本发明通过比较铁氧化物间接还原完成位置与软熔带位置的相对位置关系，并对不同炉型尺寸反复试算，可识别不合理炉型，缩小设计范围，并降低炉型与工况不匹配的风险。

23、（4）本发明通过在不同工况下确定合理炉型尺寸范围并求取交集，可获得适应原料和操作变化的炉型结构，可提升高炉的设计可靠性和运行稳定性。

24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

1.一种高炉炉型设计方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，原料条件包括高炉所采用的矿石、焦炭和煤粉的组成、粒度以及传热参数；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，物料平衡和热平衡计算包括：根据原料条件和鼓风参数计算物料参数和煤气参数；其中，物料参数包括矿石用量和燃料消耗量，煤气参数包括风口回旋区煤气量和风口回旋区煤气温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算炉温分布包括：根据矿石用量、燃料消耗量、矿石粒度、焦炭粒度、风口回旋区煤气量和风口回旋区煤气温度，结合煤气与炉料之间的换热量、炉内反应的热量消耗以及待试算的炉型尺寸参数，计算炉温分布，并同步确定软熔带位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，结合炉温分布和炉料性质，计算炉内铁氧化物间接还原完成的位置包括：结合炉温分布和炉料性质计算炉内各区域的铁矿石还原化学的动力学参数，基于动力学参数计算还原速度，根据还原速度计算出炉内铁矿石间接还原的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据铁氧化物间接还原完成的位置与软熔带位置之间的相对位置关系，基于铁矿石间接还原的位置高于软熔带位置的原则，判断炉温分布是否合理。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同工况条件下的炉型尺寸范围确定目标炉型尺寸包括，取不同工况条件下炉型尺寸范围的交集，作为目标炉型尺寸。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于目标高炉容积，从历史数据库中查找同一容积下的历史高炉尺寸参数，作为所述待试算的炉型尺寸参数。

9.一种用于实现权利要求1~8任一项所述方法的高炉炉型设计系统，其特征在于，该系统包括预设工况条件模块、物料平衡和热平衡模块、炉温及软熔带位置计算模块、铁氧化物间接还原完成位置计算模块和炉型尺寸合理性判断模块。