高炉工作状态的识别方法与流程

1.本技术实施例涉及冶金技术领域，尤其涉及一种高炉工作状态的识别方法。


背景技术：

2.目前大部分的铁水依然要依靠高炉冶炼，虽然高炉已经具备了较高的自动化水平，但由于内部高温而且物理化学反应复杂，高炉内部状态难以直接监测，高炉的运行仍然要依靠人工经验判断和操作。因此，通过科学量化的方法对高炉冶炼过程状态进行分析和识别对于指导高炉生产操作十分重要。
3.高炉炉缸位于高炉下方，是铁水和炉渣汇聚和流出高炉的区域。高炉炉缸工作状态主要是指炉缸活跃状态，即炉缸内料柱的透气透液性及渣铁流动性。炉缸活跃状态差会导致高炉顺行变差，产量降低，燃耗增加，严重时高炉风口破损多，甚至出现炉缸堆积或者炉缸大凉，带来巨大的经济损失。因此，保证合适稳定的高炉炉缸活跃状态是高炉长期稳定运行和高炉长寿的基础。
4.由于高炉内部复杂封闭，高炉炉缸状态的量化一直是研究的重点和难点。虽然国内有很多钢铁从业者对炉缸活跃状态进行了研究，并提出了不同反映各自高炉活跃状态的量化指数，但并没有形成公认的能反映高炉活跃状态的指标的计算方法。而且，随着高炉的大型化，大型高炉一般炉缸直径超过10米，炉缸不同区域活跃状态不同，判断炉缸不同区域的活跃状态对于实际高炉生产操作尤其重要，前人提出的通过计算一个量化参数难以反映炉缸各区域的活跃状态。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
6.有鉴于此，本技术实施例提出了一种炉缸工作状态的识别方法，炉缸工作状态的识别方法包括：
7.基于炉缸的尺寸和出铁口位置对炉缸的工作区域进行划分，获取中心区域和多个边缘区域；
8.获取炉缸的所述中心区域的第一温度和多个所述边缘区域的第一平均温度；
9.基于所述第一温度和所述第一平均温度的第一比值，确定所述炉缸的工作状态。
10.在一种可行的实施方式中，所述基于炉缸的尺寸和出铁口位置对炉缸的工作区域进行划分，获取中心区域和多个边缘区域的步骤包括：
11.将以所述炉缸的炉芯为原点，半径为第一距离的区域为中心区域，剩余的区域为第二区域；
12.基于所述出铁口的开设数量和开设位置对所述第二区域进行等分，获取多个所述边缘区域；
13.其中，所述第一距离与所述炉缸的半径的比值小于或等于0.5。
14.在一种可行的实施方式中，所述基于所述第一温度和所述第一平均温度的第一比
值，确定所述炉缸的工作状态的步骤包括：
15.基于炉缸生产的历史数据，设定目标比值；
16.在所述第一比值与所述目标比值的比值小于第一阈值的情况下，判定所述炉缸工作状态为中心区域低活跃状态；
17.在所述第一比值与所述目标比值的比值大于第二阈值的情况下，判定所述炉缸工作状态为边缘区域低活跃状态；
18.其中，所述第二阈值的取值大于所述第一阈值的取值。
19.在一种可行的实施方式中，还包括：
20.在所述炉缸工作状态为中心区域低活跃状态的情况下，增加风口长度，提高风速，减少喷煤量和富氧率。
21.在一种可行的实施方式中，在炉缸工作状态为边缘区域低活跃状态的情况下，增加进风面积，减少风口长度。
22.在一种可行的实施方式中，炉缸工作状态的识别方法还包括：
23.将多个出铁口中正在出铁或在第一预设时段内出铁的出铁口作为待分析出铁口；
24.获取每个所述待分析出铁口的铁水温度和铁水硅含量；
25.基于所述铁水温度和所述铁水硅含量，确定与所述待分析出铁口对应的边缘区域的工作状态。
26.在一种可行的实施方式中，所述基于所述铁水温度和所述铁水硅含量，确定与所述待分析出铁口对应的边缘区域的工作状态的步骤包括：
27.在多个所述待分析出铁口的铁水温度之间的差值大于第三阈值的情况下，和/或在多个所述待分析出铁口的铁水硅含量之间的差值大于第四阈值的情况下，将铁水温度最低或铁水硅含量最低的待分析出铁口作为低活跃状态出铁口；
28.判定与所述低活跃状态出铁口对应的边缘区域，为低活跃状态边缘区域。
29.在一种可行的实施方式中，炉缸工作状态的识别方法还包括：
30.在每个所述出铁口周侧的耐材上设置多个温度检测点；
31.采集每个所述温度检测点的第二温度；
32.基于多个所述第二温度，确定所述边缘区域的工作状态。
33.在一种可行的实施方式中，所述基于多个所述第二温度，确定所述边缘区域的工作状态的步骤包括：
34.获取每个所述边缘区域内的多个所述第二温度的标准差；
35.基于炉缸生产的历史数据，设定目标标准差；
36.在所述第二温度的标准差与所述目标标准差的比值大于第五阈值的情况下，获取每个边缘区域内的所有第二温度的第二平均温度；
37.获取每个边缘区域内的所述第二平均温度与所述历史数据中的第二平均温度的第一差值；
38.判定多个第一差值中的最小值对应的边缘区域，为低活跃状态边缘区域。
39.在一种可行的实施方式中，炉缸工作状态的识别方法还包括：
40.增加低活跃状态边缘区域对应的风口的进风面积，减少低活跃状态边缘区域对应的风口的长度，减少低活跃状态边缘区域对应的风口喷煤量。
41.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本技术实施例提供的炉缸工作状态的识别方法，先基于炉缸的尺寸和出铁口位置对炉缸的工作区域进行划分，以划分出中心区域和多个边缘区域，在采集中心区域和多个边缘区域的温度，获取到与中心区域对应的第一区域，与多个边缘区域对应的第一平均温度，在计算获取到第一温度和第一平均温度的比值，将该比值作为第一比值，通过该比值的获取即可对炉缸的工作状态进行判断，能够分别确定中心区域和边缘区域的活跃状态，能够对炉缸的不同区域的活跃状态进行判断，能够为高炉调控炉缸提供数据支撑。
附图说明
42.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
43.图1为本技术提供的一种实施例的炉缸工作状态的识别方法的示意性步骤流程图。
44.图2为本技术提供的一种实施例的炉缸的示意性结构图；
45.其中，图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
46.1炉缸、2中心区域、3第一边缘区域、4第二边缘区域、5第三边缘区域、6第四边缘区域、7第一出铁口、8第二出铁口、9第三出铁口、10第四出铁口。
具体实施方式
47.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术实施例技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
48.如图1所示，本技术实施例提出了一种炉缸工作状态的识别方法，炉缸工作状态的识别方法包括：
49.步骤101：基于炉缸的尺寸和出铁口位置对炉缸的工作区域进行划分，获取中心区域和多个边缘区域。可以理解的是，中心区域为靠近于炉缸的炉芯的区域，而边缘区域为相对远离于炉芯，更加靠近于炉缸边缘的区域。
50.步骤102：获取炉缸的中心区域的第一温度和多个边缘区域的第一平均温度。可以理解的是，目前技术中炉缸内配备有用于检测炉缸工况的温度传感器，而通过这些温度传感器即可检测获取到第一温度和多个边缘区域的第一平均温度。
51.步骤103：基于第一温度和第一平均温度的第一比值，确定炉缸的工作状态。
52.本技术实施例提供的炉缸工作状态的识别方法，先基于炉缸的尺寸和出铁口位置对炉缸的工作区域进行划分，以划分出中心区域和多个边缘区域，再采集中心区域和多个边缘区域的温度，获取到与中心区域对应的第一区域，与多个边缘区域对应的第一平均温度，再计算获取到第一温度和第一平均温度的比值，将该比值作为第一比值，通过该比值的获取即可对炉缸的工作状态进行判断，能够分别确定中心区域和边缘区域的活跃状态，能够对炉缸的不同区域的活跃状态进行判断，能够为高炉调控炉缸提供数据支撑。
53.在一些示例中，基于炉缸的尺寸和出铁口位置对炉缸的工作区域进行划分，获取中心区域和多个边缘区域的步骤包括：将以炉缸的炉芯为原点，半径为第一距离的区域为中心区域，剩余的区域为第二区域；基于出铁口的开设数量和开设位置对第二区域进行等分，获取多个边缘区域；其中，第一距离与炉缸的半径的比值小于或等于0.5。
54.以炉芯为原点，第一距离为半径，对炉缸的工作区域进行划分，以获取到中心区域和多个边缘区域，在分别判断中心区域和多个边缘区域的活跃状态，使得炉缸的工作状态的判断更加准确，使得高炉调控炉缸更加精准。
55.在一些示例中，可以将高炉的炉缸分为5个区域，假设出铁口水平高度不包括耐材的炉缸半径为r，以炉芯为中心，半径为r/2的区域为炉缸中心区域。一般高炉炉缸有4个出铁口或2个出铁口，出铁口周向均匀分布，如果有4个出铁口，径向以距离炉芯r/2到r，周向第一出铁口两侧各45
°
的范围内为炉缸第一边缘区域，径向以距离炉芯r/2到r，周向第二出铁口两侧各45
°
的范围内为炉缸第二边缘区域，依次类推，得到第三和第四出铁口对应的炉缸第三边缘区域和炉缸第四边缘区域；如果有2个出铁口，径向以距离炉芯r/2到r，周向第一出铁口两侧各45
°
的范围内为炉缸第一边缘区域，径向以距离炉芯r/2到r，周向第二出铁口两侧各45
°
的范围内为炉缸第二边缘区域，第一边缘区域和第二边缘区域之间的两个区域分别为第三边缘区域和第四边缘区域。
56.在一些示例中，基于第一温度和第一平均温度的第一比值，确定炉缸的工作状态的步骤包括：基于炉缸生产的历史数据，设定目标比值；在第一比值与目标比值的比值小于第一阈值的情况下，判定炉缸工作状态为中心区域低活跃状态；在第一比值与目标比值的比值大于第二阈值的情况下，判定炉缸工作状态为边缘区域低活跃状态；其中，第二阈值的取值大于第一阈值的取值。
57.在方法实际执行过程中，可以对炉缸和高炉的生产数据进行存储，例如采集高炉往年的生产监测数据，需要的相关数据有炉缸测温点温度，炉底测温点温度，产量，每次出铁的铁口号、铁水温度、铁水硅含量，风量，富氧率，每个风口的长度、面积、喷煤量、风速，焦炭质量，布料制度。可以将这些数据过滤并存储于数据库中。
58.在完成历史数据的采集之后，可以获取这些历史数据与高炉产量之间的关系，可以基于高炉产量较佳情况下的历史数据设定目标比值。可以理解的是，在高炉的实际产量与目标产品的比值大于95％的情况下，则可以认为高炉产量较佳。
59.在第一比值与目标比值的比值小于第一阈值的情况下，说明中心区域温度相对较低，判定炉缸工作状态为中心区域低活跃状态。而在第一比值与目标比值的比值大于第二阈值的情况下，说明边缘区域整体温度相对较低，判定炉缸工作状态为边缘区域低活跃状态。
60.在一些示例中，第一阈值的取值可以为75％至85％；第二阈值的取值可以为110％至130％。
61.在一些示例中，炉缸工作状态的识别方法还包括：在炉缸工作状态为中心区域低活跃状态的情况下，增加风口长度，提高风速，减少喷煤量和富氧率。
62.增加风口长度，提高风速，减少喷煤量和富氧率有利于提高中心区域的活跃状态，利于提高高炉的产量和产率。
63.在一些示例中，在炉缸工作状态为边缘区域低活跃状态的情况下，增加进风面积，
减少风口长度。
64.增加进风面积，减少风口长度有利于提高边缘区域的活跃状态，利于提高高炉的产量和产率。
65.在一些示例中，炉缸工作状态的识别方法还包括：
66.将多个出铁口中正在出铁或在第一预设时段内出铁的出铁口作为待分析出铁口；
67.获取每个待分析出铁口的铁水温度和铁水硅含量；
68.基于铁水温度和铁水硅含量，确定与待分析出铁口对应的边缘区域的工作状态。
69.对每个出铁口的出铁状态进行判断，获取到正在出铁或在第一预设时段内出铁的出铁口，以获取到待分析出铁口，再获取每个待分析出铁口的铁水温度和铁水硅含量，即可确定与待分析出铁口对应的边缘区域的工作状态。
70.在一些示例中，基于铁水温度和铁水硅含量，确定与待分析出铁口对应的边缘区域的工作状态的步骤包括：在多个待分析出铁口的铁水温度之间的差值大于第三阈值的情况下，和/或在多个待分析出铁口的铁水硅含量之间的差值大于第四阈值的情况下，将铁水温度最低或铁水硅含量最低的待分析出铁口作为低活跃状态出铁口；判定与低活跃状态出铁口对应的边缘区域，为低活跃状态边缘区域。
71.在多个待分析出铁口的铁水温度之间的差值大于第三阈值的情况下或在多个待分析出铁口的铁水硅含量之间的差值大于第四阈值的情况下说明多个边缘区域之间的活跃状态不均衡，这种情况下可能存在低活跃状态的边缘区域，将铁水温度最低或铁水硅含量最低的待分析出铁口作为低活跃状态出铁口，而与低活跃状态出铁口对应的边缘区域即为低活跃状态边缘区域。
72.考虑到，由于目前高炉一般是对边交替出铁，针对炉缸4个边缘区域活跃状态均匀性的判断，如果一个边缘区域以及其对面的边缘区域对应的铁口在最近24小时内有出铁时，选取从最近的两边有出铁开始往前推24小时的数据，分别计算此24小时内该边缘区域与其对面边缘区域对应的铁口出铁的铁水温度平均值和铁水硅含量平均值，如果两个区域铁水温度平均值的差值大于第三阈值或者铁水硅含量平均值的差值大于第四阈值时，则判断铁水温度平均值较小或者铁水硅含量平均值较小的区域活跃状态差。
73.在一些示例中，第三阈值取值为5℃至15℃，第四阈值取值为0.05％至0.15％，此外第三阈值和第四阈值的取值与高炉炉容呈正相关。
74.在一些示例中，炉缸工作状态的识别方法还包括：在每个出铁口周侧的耐材上设置多个温度检测点；采集每个温度检测点的第二温度；基于多个第二温度，确定边缘区域的工作状态。
75.考虑到，可能存在部分出铁口短时间内未进行出铁，基于此可以对出铁口周侧的耐材上设置多个温度检测点，以获取多个第二温度，并进一步基于多个第二温度来确定边缘区域的工作状态。
76.在一些示例中，基于多个第二温度，确定边缘区域的工作状态的步骤包括：获取每个边缘区域内的多个第二温度的标准差；基于炉缸生产的历史数据，设定目标标准差；在第二温度的标准差与目标标准差的比值大于第五阈值的情况下，获取每个边缘区域内的所有第二温度的第二平均温度；获取每个边缘区域内的第二平均温度与历史数据中的第二平均温度的第一差值；判定多个第一差值中的最小值对应的边缘区域，为低活跃状态边缘区域。
77.通过获取到的每个边缘区域对应的多个第二温度的标准差，如果多个第二温度的标准差与目标标准差的比值大于第五阈值的情况下，说明存在低活跃状态边缘区域，这种情况下采集每个边缘区域内的所有第二温度的第二平均温度，获取每个边缘区域内的第二平均温度与历史数据中的第二平均温度的第一差值；判定多个第一差值中的最小值对应的边缘区域，为低活跃状态边缘区域。能够对非出铁状态的边缘区域的活跃状态进行判断。
78.取铁口高度附近炉缸耐材最内侧周向所有测温点温度数据，计算这些数据当前的标准差，与最近一年的炉况较好状态下(这里炉况较好取产量达到目标产量的95％)这些数据的标准差的平均值对比，当前的标准差与历史标准差的平均值的比值大于1.5时，计算各区域这些数据当前的平均值与最近一年的炉况较好状态下这些数据的平均值，当前平均值减去历史平均值的差值最小的区域判断为该区域活跃性差。
79.在一些示例中，炉缸工作状态的识别方法还包括：增加低活跃状态边缘区域对应的风口的进风面积，减少低活跃状态边缘区域对应的风口的长度，减少低活跃状态边缘区域对应的风口喷煤量。
80.增加低活跃状态边缘区域对应的风口的进风面积，减少低活跃状态边缘区域对应的风口的长度，减少低活跃状态边缘区域对应的风口喷煤量能够提高低活跃状态边缘区域的活跃度。
81.在一些示例中，如图2所示，以利某3000m3级高炉炉缸1为例，炉缸1工作状态的识别方法包括：
82.步骤201：如图1所示，将高炉炉缸1分为5个区域，出铁口水平高度不包括耐材的炉缸1半径为7m，以炉芯为中心，半径为3.5m的区域为炉缸1中心区域2。高炉有4个出铁口，径向以距离炉芯3.5m到7m，周向第一出铁口7两侧各45
°
的范围内为炉缸1第一边缘区域3，同样，得到径向以距离炉芯3.5m到7m，第二出铁口8、第三出铁口9、第四出铁口10对应炉缸1第二边缘区域4、炉缸1第三边缘区域5和炉缸1第四边缘区域6。
83.步骤202：连接高炉生产现场数据库，读取高炉往年的生产监测数据，包括：炉缸1测温点温度，炉底测温点温度，产量，每次出铁的铁口号、铁水温度、铁水硅含量，风量，富氧率，每个风口的长度、面积、喷煤量、风速，焦炭质量，布料制度。将这些数据过滤并存储于oracle数据库中。
84.步骤203：针对炉缸1中心区域2相对于边缘区域活跃性的判断，由于高炉进入炉役后期，炉底最上层温度监测点大部分已经损坏，则取炉底从上向下第二层监测点数据，计算当前中心区域2内监测点温度的平均值为344.3℃，边缘区域内温度的平均值为196.1℃，二者比值为1.756；计算近一年的炉况较好状态下(这里炉况较好取产量达到目标产量的95％)中心区域2内监测点温度的平均值为342.6℃，边缘区域内温度的平均值为196.3℃，二者比值为1.745；当前比值除以历史数据比值的值为0.996，说明当前中心区域2活跃状态较好，边缘区域整体活跃状态也比较好。
85.步骤204：针对炉缸14个边缘区域活跃状态均匀性的判断。最近24小时一直是第二铁口和第四铁口出铁，第一步，用铁水温度和铁水硅含量判断第二边缘区域4和第四边缘区域6的活跃状态，对于3000m3级高炉，临界值s取10℃，临界值t取0.1％。最近24小时内，第二铁口出铁的铁水温度平均值为1493℃，铁水硅含量平均值为0.338％，第四出铁的铁水温度平均值为1510℃，铁水硅含量平均值为0.461％，铁水温度平均值相差17℃，铁水硅含量平
均值相差0.123％，均超过临界值，说明第二边缘区域4活跃状态差。第二步，取铁口高度附近炉缸1耐材最内侧周向所有测温点温度数据，计算这些数据当前的标准差为84.71℃，最近一年的炉况较好状态下(这里炉况较好取产量达到目标产量的95％)这些数据的标准差的平均值为80.38℃，二者比值小于1.5。
86.步骤205：通过c#编程实现上述步骤203至步骤204中的计算，并与oracle数据库连接，添加实时更新功能，根据上述计算模型判断，当前第二边缘区域4活跃状态较差，建议高炉可采取的措施：增加第二边缘区域4上方对应风口的进风面积，减少第二边缘区域4上方对应风口的长度，适当减少第二边缘区域4上方对应风口喷煤量等。
87.在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
88.本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
89.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
90.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。