一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法及设备与流程

本申请涉及高炉冶炼的，具体而言，涉及一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法及设备。

背景技术：

1、高炉炼铁是在密闭高温的竖式反应炉内，通过焦炭燃烧提供热量与还原剂，将铁矿石还原为液态生铁的连续冶炼过程。炉内自上而下形成炉料下降、煤气上升的逆向运动，在高温区完成还原、熔化、渣铁分离等一系列物理化学反应。

2、在高炉炉缸、炉底区域，焦炭浸入铁水与熔渣之中，焦炭骨架与液态渣铁相互充填、紧密接触，焦炭颗粒之间的空隙被高温铁水和炉渣充分填充，形成固液共存的致密状态。焦炭作为骨架支撑于炉缸下部，颗粒间缝隙狭小且连通，铁水在焦炭缝隙中缓慢渗透、汇集、流动，渣铁相与焦炭固相界面清晰，缝隙内充满高温熔融介质，传热传质充分，整体状态稳定、密实、通透，既保证渣铁顺畅汇集，又维持良好的透气性与透液性，保障炉缸炉底工作状态安全稳定。

3、炉缸作为高炉的核心反应与储铁区域，处于高炉最下部。焦炭在风口回旋区环带消耗速度最高，而在回旋区前端，高炉的中心形成一个焦炭极其缓慢更新的的区域。这个区域称之为死料堆，被认为是锥体形状，有相对致密的表层结构。炉缸炉底有以下特点：①铁水和熔渣储存在炉缸焦炭块的缝隙中。②固体焦炭被装入炉料的重力压到炉底。③焦炭“死焦堆”是锥形焦炭层，位于软熔带和焦炭活跃带之下，此处焦炭来自于高炉中心加入的焦炭。④此焦炭没有或者很有限地受到co2侵蚀，其消耗速度很低。

4、高炉炉缸炉底区域焦炭的缝隙度决定高炉炉缸所能容纳渣铁量，对高炉出铁制度的制定具有重要的作用。焦炭作为炉缸下部核心支撑骨架，正常自然堆放状态下，目前有多种方法测定其孔隙度。一般认为高炉上部块状带区域焦炭正常颗粒间空隙度保持在40%～45%，良好工况下焦炭料柱空隙度可达50%左右。但炉缸炉底区域工况则明显不同：首先炉缸炉底区域焦炭由于下降过程焦炭降解，粒度大幅度减小，其次炉缸炉底区域焦炭料柱所受压力大，压缩率高。因此炉缸炉底焦炭缝隙度远低于高炉上部区域，而传统方式只能测算焦炭自然堆放时的孔隙度为45-50%，不能测算炉缸炉底工况下的孔隙度，从而不能正确计算炉缸炉底的容纳渣铁量。行业认为炉缸状态孔隙度与自然状态差距较大（估计在20-30%），但传统测量方法对该区域焦炭孔隙度检测的准确度不高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法及设备，测算炉缸炉底工况下的孔隙度，从而正确计算炉缸炉底的容纳渣铁量。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、本申请实施例提供一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤a，高炉做好降料面准备工作，降料面到风口过程中出铁，统计实际出铁量p实际；

5、步骤b，降料面到达风口中心线后休风，形成净铁水铁层、铁水焦炭混合层和净焦炭层，从炉顶检修孔用相控雷达测出料面数据；

6、步骤c，根据装料表计算高炉理论出铁量p理论，得出实际出铁量与理论出铁量的差值p，根据测出数据和高炉炉型数据计算净铁水层容积v净；

7、步骤d，根据差值p的理论计算公式，及求解得到的净铁水层容积v净，计算出炉缸焦炭孔隙度ε及残铁量p残。

8、在一些可选的实施方案中，步骤a中所述降料面准备工作包括变配比、提高焦比、更换破损风口、焊补裂开炉皮、制作深探尺及准备人工煤气设备。

9、在一些可选的实施方案中，步骤b中所述料面数据包括净焦炭层的顶部锥体高度h1，及堆角α。

10、在一些可选的实施方案中，步骤c中所述高炉炉型数据包括所述净焦炭层对应于高炉内死料柱的高度h2、所述铁水焦炭混合层对应于高炉内死料柱的高度h3、铁水焦炭混合层的底部锥体高度h4。

11、在一些可选的实施方案中，步骤c中所述净铁水层容积v净的计算公式如下：

12、v净=s×hfp-（s×h4）/3

13、式中，s为为炉缸截面积，hfp为炉底净铁层高度；

14、按照高炉炉缸各个径向位置质点，遵从浮力等于该区域焦炭重量的原则，则有如下几何关系：

15、h1/ h4= h2/h3

16、= ( h1+ h2) /( h3+ h4)

17、=( ρ铁-ρ焦) /ρ焦

18、根据上述几何关系可以得出：

19、h4=( h1×ρ焦)/ ( ρ铁-ρ焦)

20、炉底净铁层高度hfp的计算公式如下：

21、hfp= h风底-( h2+ h3)

22、h2= h风铁+ h开口垂深

23、式中，h风底为风口与炉底之间距离，h风铁为铁口与风口之间距离，h开口垂深为开口机达到的垂直深度，ρ铁为铁水密度， ρ焦为焦炭密度；

24、h3根据与h2的几何关系计算得出，得到净铁水层容积v净计算公式中的所有参数数值后，计算得到v净。

25、在一些可选的实施方案中，步骤c中所述净铁水层容积v净为理论值，实际情况下，高炉炉底会受到一定的侵蚀，若侵蚀容积为v侵，则净铁水层容积的实际值为：

26、v'净=v净+v侵。

27、在一些可选的实施方案中，步骤d中所述差值p的理论计算公式如下：

28、p= v'净×（1-ε）×ρ铁

29、式中差值p、净铁水层容积的实际值v'净和ρ铁均为已知值，代入上述公式即可计算得出炉缸焦炭孔隙度ε。

30、在一些可选的实施方案中，步骤d中所述残铁量p残的计算公式如下：

31、p残= v'净×ρ铁+v混×ρ铁×ε

32、式中v混为铁水焦炭混合层的死料柱体积，具体如下：

33、v混=s×h3+（s×h4）/3。

34、在一些可选的实施方案中，步骤a中上述降料面过程包括：停止上料，在送风燃烧炉内料柱的同时，通过炉顶打水控制炉顶温度，回收煤气并逐步减风，使料面平稳降至风口区域。

35、一种设备，其特征在于，包括至少一个处理器，所述至少一个处理器与

36、至少一个存储器耦合，所述至少一个处理器用于读取所述至少一个存储器所存储的程序，以执行如权利要求1-9中任一项所述的方法。

37、本申请的有益效果是：本发明提供一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法及设备，通过测算日常工作状态下炉缸炉底焦炭的孔隙度，可得出炉缸炉底容纳的渣铁量，便于高炉制定生产出铁制度、工艺参数等；同时可为停炉放残铁方案或高炉停炉检修后的送风恢复热量平衡计算提供数据支撑；如果是不动炉缸炉底的检修，不放出残铁，则可以计算出高炉内的铁量，为高炉停炉检修后的送风恢复热量平衡计算提供重要数据，从而为高炉开炉选择合理的焦比。

1.一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤a中所述降料面准备工作包括变配比、提高焦比、更换破损风口、焊补裂开炉皮、制作深探尺及准备人工煤气设备。

3.根据权利要求1或2所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤b中所述料面数据包括净焦炭层的顶部锥体高度h1，及堆角α。

4.根据权利要求3所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤c中所述高炉炉型数据包括所述净焦炭层对应于高炉内死料柱的高度h2、所述铁水焦炭混合层对应于高炉内死料柱的高度h3、铁水焦炭混合层的底部锥体高度h4。

5.根据权利要求4所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤c中所述净铁水层容积v净的计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤c中所述净铁水层容积v净为理论值，实际情况下，高炉炉底会受到一定的侵蚀，若侵蚀容积为v侵，则净铁水层容积的实际值为：

7.根据权利要求6所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤d中所述差值p的理论计算公式如下：

8.根据权利要求7所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤d中所述残铁量p残的计算公式如下：

9.根据权利要求1或8所述的一种测算高炉炉缸焦炭孔隙度及残铁量的方法，其特征在于，步骤a中上述降料面过程包括：停止上料，在送风燃烧炉内料柱的同时，通过炉顶打水控制炉顶温度，回收煤气并逐步减风，使料面平稳降至风口区域。

10.一种设备，其特征在于，包括至少一个处理器，所述至少一个处理器与