一种高炉烧结矿料层透气性的快速评价方法与流程

1.本发明涉及高炉炼铁技术领域，具体涉及一种高炉烧结矿料层透气性的快速评价方法。


背景技术：

2.现代高炉炼铁生产过程中，原燃料从炉顶装入炉内，随着下部冶炼的进行，炉料在高炉内不断下降，并完成加热、还原和冶炼的过程。而煤气流自下而上穿过料层，参与矿石的还原过程，并从炉顶排出进入煤气净化系统。而煤气流是否顺畅运行，受到料层透气性的影响，因此料层的透气性就显得尤为重要。
3.而目前主要是通过操作过程中的透气性指数来判断料层透气性，即：使用风量值除以压差得到。但是，这种判断方法是在炉料已经进入高炉后才能获取，是一种结果，而不是提前预知料层透气性，也就无法给高炉操作调剂提供科学依据。稍有调剂失误，很可能造成炉况波动，甚至引发炉况异常，给企业造成损失。
4.因此，针对高炉烧结矿料层透气性的评价，有必要建立一种快速的评价方法，使操作人员能提供快速、有效、科学地对原燃料入炉之前进行预先判断，进而为高炉操作调整提供预警。


技术实现要素：

5.解决的技术问题：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高炉烧结矿料层透气性的快速评价方法，通过该方法，能够针对企业的烧结矿实际情况，获取相应的评判计算公式，并依据该公式，对烧结矿料层的透气性进行快速评价，给出高炉操作调剂提供预警，提高了料层透气性判断和高炉操作调剂的科学性、合理性和准确性。
6.技术方案：通常，在所有原燃料中，烧结矿的粒度范围最大，因此烧结矿对料层透气性影响最大，而透气性又和孔隙度（孔隙率）直接相关。因此，对透气性的判断和控制，关键是需要在烧结矿粒度组成和孔隙度之间建立合适的数学关系。
7.一种高炉烧结矿料层透气性的快速评价方法，步骤如下：步骤一.对在役烧结机所生产的n组（根据企业实际情况及精度需要）烧结矿样品进行粒度分析，分析各组高炉烧结矿样品粒度分布时通过过筛划分为以下四个等级：＞40mm（由于是筛分，数据处理时40mm算作＞40mm等级）、25~40mm（数据处理时算作≥25mm且＜40mm）、10~25mm（数据处理时算作≥10mm且《25mm）、5-10mm（数据处理时算作≥5mm且＜10mm，行业内小于5mm的烧结矿一般不会进入高炉使用），各组烧结矿样品中各等级样品量占该组烧结矿样品量的质量百分比记为粒度组成数据，其中，n为大于1的自然数；如果个别企业不选用此标准，也可自定义划分标准，本方法提供的评价方法依然适用。
8.步骤二.根据第i个烧结矿样品的粒度组成数据进行计算机离散元建模，并进行均匀分布堆垛，i取1~n之间的自然数，堆垛建模时先计算每一级粒度分布等级内颗粒的体积、数量，在产生颗粒时采用均匀方式，空间分布采取随机进行堆垛；
步骤三.对堆垛后的烧结矿料层进行统计，得到实体体积v
i1
/m3和堆垛体积v
i0
/m3，则可得到致密度，进而得到孔隙度，每一个样品做3~5次随机堆垛，并分别进行计算机测量，得到孔隙度数值求取平均值ei；步骤四.针对该在役烧结机所生产的全部烧结矿样品粒度组成，分别进行计算机建模，得到所有的孔隙度e1，e2，e3，
……
，en，其中n为样品总个数；步骤五.用上述所有烧结矿样品的粒度组成和对应的孔隙度进行多元线性回归分析，得到孔隙度和粒度组成的多元化关系；其中分别表示4个粒度等级对应的质量百分比,m为常数项，a、b、c、d为常数；步骤六.利用上述步骤五得到的孔隙度公式，计算并预测新的烧结矿样品的孔隙度，同时，对这些新样品进行计算机离散元建模，并统计“实际堆垛”的孔隙度，将二者进行对比，若偏差在可接受范围内，则利用该孔隙度公式指导实际生产，若偏差在不可接受范围内，则增加步骤一中的样品数量，进行新的计算机离散元建模分析，并重复步骤二~五，直到偏差在可接受范围内为止，所述可接受范围为相对误差在1.5%以内，即（孔隙度预测值-孔隙度堆垛值）/孔隙度堆垛值*100%，在-1.5%~1.5%以内。
9.作为优选，所述步骤一中取n组高炉烧结矿样品时每组烧结矿样品以时间为跨度进行取样，样品的时间跨度最少为2年。
10.作为优选，所述步骤二中，堆垛形状为长方体或圆柱体，堆垛体积为1~2m3，并且每一个维度的尺寸均超过最大颗粒粒径的10倍以上。
11.作为优选，所述步骤二中，堆垛数量和堆垛规模需排除随机性的影响，最大粒度分布等级中最大粒级颗粒数量至少为200个，以确保堆积立方体内各角落都有分布，以消除随机性影响。假如样品颗粒的堆垛数量很小，最大粒级的颗粒数量在10个以内。这种情况下，颗粒堆积会受到随机性的影响，某些角落没有最大粒级，而某些角落分布着好几个最大粒级颗粒，这将直接导致孔隙度统计无效，也无法反映高炉内的堆积特点。为排除堆垛数量和堆垛规模的随机性影响，必须加大规模。如最大粒级颗粒保证在200个以上，确保在堆积立方体内各角落都有分布，以消除随机性影响。堆垛规模越大，随机性影响就消除得越彻底。
12.作为优选，所述步骤二中，进行计算机离散元建模时，进行均匀分布堆垛，堆垛形状为长方体或圆柱体，根据烧结矿样品的总重量和粒度分布，计算每一级粒径对应的颗粒重量，再根据每个粒度的尺寸计算得到对应的颗粒数量，然后按照颗粒产生总时间，计算单位时间内四种不同粒径的颗粒数量，并在瞬间同时产生，并在重力作用下沉降，以便在建立的立方体容器内进行堆垛，从而保证不同粒级的颗粒达到均匀分布的效果。
13.作为优选，所述步骤五中，通过最小二乘法进行多元线性回归分析，以四个粒度等级对应的质量百分比为自变量，以孔隙度e作为因变量，a，b，c，d和m为多元线性回归获取到的系数和常数项，该常数项为截距。
14.有益效果：本发明通过设定烧结矿粒度组成的方式，进行计算机离散元建模分析，得到适合本企业烧结矿料层透气性的计算公式，并用于烧结矿入炉前的料层透气性判断。
不仅可提前判断，而且大大提高判断的科学性、准确性，为高炉操作调剂提供数据支撑。
附图说明
15.图1 为本发明实施例1中样品2的堆垛模型示意图；图2为实施例1所有烧结矿样品的每一个粒度百分比和对应的孔隙度做散点分析数据图，图中（a）为孔隙度与大于40mm烧结矿比例的关系图；（b）为孔隙度25~40mm烧结矿比例的关系图；（c）为孔隙度与10~25mm烧结矿比例的关系图；（d）为孔隙度5-10mm烧结矿比例的关系图；图3为实施例1新样品孔隙率的预测结果与模拟结果对比图。
具体实施方式
16.下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.需要说明的是，本发明说明书实施例中的烧结矿样品可以采用烧结矿成品仓的烧结矿，也可采用高炉槽下的烧结矿，具体以实际需求为准，样品的时间跨度，需保证最少2年。所述烧结矿样品最好是同一台烧结机所生产的烧结矿样品，选取的烧结矿样品粒度组成应能覆盖极端波动范围，需要注意的是：性能差别较大的烧结机所生产的烧结矿样品不能放在一起分析。
18.实施例1本实施例一种高炉烧结矿料层透气性的快速评价方法，包括如下步骤：（1）对沙钢集团有限公司原料烧结厂3#350m2烧结机所生产的多个（根据需要，这里取50个）烧结矿样品进行粒度分析，每个样品取1500kg，进行筛分，得到粒度组成数据如下：样品序号时间》40mm比例25~40mm比例10~25mm比例5~10mm比例12020.17.96.24H.50&.30"020.114.67#.908.70".732020.27.87.66I.61(.86B020.211.09".84E.53 .55R020.313.22.68H.53!.56b020.314.70".03F.50.77r020.410.90.40P.92#.79�020.412.80.24@.84(.12�020.59.68&.06A.72".542020.513.39.60C.12(.892020.66.31.52S.27#.892020.620.97$.062.85".112020.714.81".82G.96.41%
142020.718.43".04A.92.602020.87.97.62E.671.742020.815.14$.63A.48.752020.99.65.03R.57 .752020.914.98.88F.87 .272020.1017.77 .715.27&.25 2020.1016.41&.02C.65.92!2020.119.19.57I.97#.28"2020.118.70.39I.34&.57#2020.1214.58.619.67).13$2020.1210.71.92D.61'.75%2021.113.98 .53E.12 .37&2021.111.25.95G.95!.85'2021.29.32.04H.93#.70(2021.218.09.528.52#.86)2021.312.13.54C.96&.3802021.316.41#.239.05!.3112021.45.05.50G.790.6622021.415.50$.09C.97.4532021.518.79 .37D.54.3042021.59.44.64P.90#.0252021.615.34!.31@.52".8462021.619.47.439.37".7272021.715.93!.919.87".2982021.713.01.12C.87&.0092021.811.41.74I.34!.51@2021.810.93.32R.82.93A2021.99.30.93P.14!.63B2021.911.55.37P.33".75C2021.1010.48.36E.00(.16D2021.109.242.13D.21.42E2021.1115.70.86E.72!.71F2021.1113.04%.66@.60 .70G2021.1211.15.12E.56'.17H2021.1219.43".44A.99.14I2022.18.34.03R.50#.13P2022.110.52.06F.59$.83%（2）以样品2为例，设定1500kg烧结矿，分别按照上述百分比设定每种粒级颗粒应堆垛的数量，采用商业离散元软件edem，在软件中进行堆垛几何体建模和堆垛颗粒建模，堆
垛颗粒建模时输入每一种粒度分布等级内颗粒的体积、数量数据，并得到颗粒产生总时间，计算单位时间内几种不同粒径的颗粒数量，其中烧结矿的密度为1700m3/kg，》40mm比例等级颗粒的直径取60mm，25~40mm比例等级颗粒的直径取32.5mm，10~25mm比例等级颗粒的直径取17.5mm，5~10mm比例等级颗粒的直径取7.5mm，用对应等级的体积除以单个颗粒的体积得到对应等级的数量；几何体建模时，设置几何体体积为1~2m3，每一个维度的尺寸，应该超过最大颗粒粒径（一般＞40的颗粒最大颗粒粒径默认为60mm）的10倍以上，且最大粒级颗粒数量至少为200个以上，以确保堆积立方体内各角落都有分布，以消除随机影响。在产生颗粒时采用均匀方式，空间分布采用随机。然后通过计算机开始在同一时刻同时产生，并在重力作用下下降，以便在建立的立方体容器内进行堆垛，从而保证不同粒级的颗粒达到均匀分布的效果，堆垛完成后如图1所示；（3）由于堆垛时是同一时刻开始进行几何堆垛，堆垛完成后，顶面会产生不规则形状，为了方便统计计算，以及避免边缘效应、表层效应（表层堆垛不平整，影响统计精度），人为在计算机软件中框选出较大的规整的立方体，以便计算，然后对随机堆垛后框选出的立方体进行计算机测量（例如立方体容器内型尺寸为：1200mm（长）*1200mm（宽）*1000mm（高），为了统计方便，取1100mm（长）*1100mm（宽）的横截面。为尽可能覆盖更多完整颗粒堆且不计算堆积范围以外的空洞区域（避免误统计），用鼠标手工点选到合适的高度。本实施例中，点选为718.3mm。计算得到堆垛体积1.1*1.1*0.7183=0.8691m3注意：实体体积和堆垛体积，应该采用同一个划分好的立方体格子），得到实体体积v
21
=0.5782m3，堆垛体积v
20
=0.8691m3，则可得到致密度d2=v
21
/v
20
=0.5782/0.8691*100%=66.5286%进而得到孔隙度 e2=1-d2=1-66.5286%=33.4714%；对该样品做5次随机堆垛，并分别进行计算机测量，得到的孔隙度数值分别为：33.4714%, 33.6526%, 33.4231%, 33.5159%, 33.5616%求平均值，得到e2=33.5249%；（4）针对本企业的上述所有样品粒度组成，分别进行计算机建模，得到所有的孔隙度，如下表所示：样品序号》40mm比例25~40mm比例10~25mm比例5~10mm比例孔隙度17.96.24H.50&.304.5604!4.67#.908.70".733.52497.87.66I.61(.864.8490A1.09".84E.53 .554.4250Q3.22.68H.53!.564.2546a4.70".03F.50.774.6166q0.90.40P.92#.794.5290�2.80.24@.84(.123.4356�.68&.06A.72".544.027913.39.60C.12(.893.61666.31.52S.27#.895.203620.97$.062.85".112.553614.81".82G.96.414.6918%
1418.43".04A.92.603.74827.97.62E.671.744.606215.14$.63A.48.753.81939.65.03R.57 .755.057814.98.88F.87 .274.389217.77 .715.27&.252.7322 16.41&.02C.65.924.7703!9.19.57I.97#.284.7073"8.70.39I.34&.574.5164#14.58.619.67).133.5887$10.71.92D.61'.753.9946%13.98 .53E.12 .374.2977&11.25.95G.95!.854.6661'9.32.04H.93#.704.5423(18.09.528.52#.863.0595)12.13.54C.96&.383.8361016.41#.239.05!.313.344615.05.50G.790.664.9762215.50$.09C.97.454.0469318.79 .37D.54.304.185349.44.64P.90#.024.7331515.34!.31@.52".843.3851619.47.439.37".722.9755715.93!.919.87".294.5604813.01.12C.87&.003.5190911.41.74I.34!.514.6042@10.93.32R.82.934.9216A9.30.93P.14!.634.8341B11.55.37P.33".754.6153C10.48.36E.00(.164.0458D9.242.13D.21.425.2387E15.70.86E.72!.714.0515F13.04%.66@.60 .703.7574G11.15.12E.56'.173.9658H19.43".44A.99.143.9927I8.34.03R.50#.135.0308P10.52.06F.59$.834.1695%（5）用上述所有烧结矿样品的平均粒度和对应的孔隙度做散点分析，确定孔隙率和烧结矿平均粒度的关系并不明显，有时甚至出现平均粒度较大而孔隙率较小以及平均粒
度较小而孔隙率较大的情况，为了更直观地说明现有评价体系中，用平均粒度来衡量烧结矿孔隙度的不合理性，另取4组代表性烧结矿样品的数据见下表：
样品》40mm比例25~40mm比例10~25mm比例5~10mm比例平均粒度/mm孔隙度样品a4.46.65R.07".64.5635.0321%样品b14.50.35A.74".13!.9633.2976%样品c9.21".661.790.78.9832.2069%样品d6.51.40G.67&.02.6634.2684%
（6）用上述所有烧结矿样品的每一个粒度百分比和对应的孔隙度做散点分析，分别得到几个不同的关系，确定是正相关还是负相关；有些粒度呈现正相关，有些粒度呈现负相关，且整体呈线性关系，如图2所示；（7）用上述所有烧结矿样品的粒度组成和对应的孔隙度进行多元线性回归分析（原理为最小二乘法），得到孔隙度和粒度组成的多元化关系(其中a代表各个粒级的百分比组成)：（8）检验。利用上述步骤（7）得到的孔隙度公式，计算30个新样品的孔隙度，作为预测值；同时，对这30个样品进行计算机离散元建模分析，得到孔隙度的“实际堆垛”值。如下表所示：
样品》40mm比例25~40mm比例10~25mm比例5~10mm比例预测孔隙度堆垛孔隙度相对误差115.30".51C.46.744.16953.8317%0.99!6.14.35B.44$.073.80773.4895%0.949.60.44T.26!.705.14915.0540%0.27A1.81.87Q.54$.784.73984.5502%0.55Q4.11".018.94$.943.23033.3093%0.24f.13!.51F.77%.604.61834.5307%0.25v.65.78H.49).094.75664.5114%0.71�.68.70c.33!.296.14416.1964%0.14�4.06#.108.50$.333.62683.2981%0.984.63.71W.16!.505.58645.6699%0.2313.81.89I.04.274.64074.4664%0.508.62.44G.35).594.54644.2533%0.856.58.59R.63&.194.94014.9725%0.095.65.67P.810.865.10124.7165%1.107.36.69X.44.526.03235.7601%0.7611.11".68P.30.915.15934.8196%0.9716.84.42I.22.524.55184.3240%0.6617.44.469.37#.733.14173.1480%0.0215.43 .25D.88.453.96813.9162%0.15 14.92.92A.20%.963.44743.4045%0.13!14.43 .88C.03!.663.97473.7518%0.66"6.21.66Q.03).105.05334.7585%0.84#19.49".885.03".602.96542.6713%0.89$11.38!.40Q.90.325.06364.9567%0.31%
2515.59.04A.64$.743.46613.4377%0.08&17.26.61@.93".203.46213.3485%0.34'5.26.74F.791.214.72554.3915%0.96(16.41.39E.45.754.31833.9188%1.16)9.84.91Q.29".954.95244.7398%0.61010.40.88G.45$.274.26474.3258%0.18%
测试结果见图3，从图中可以看出，预测结果和模拟结果的吻合度较好，偏差在可接受的范围内。说明该孔隙度公式可用来对本企业的入炉烧结矿料层透气性进行快速评价。
19.通过以上实施例及具体案例，可知通过对本企业多个烧结矿样品的粒度组成数据进行计算机离散元建模分析后，并结合数学回归的方法得到孔隙度的快速计算公式，在烧结矿入炉前即可对料层透气性进行预判，也保证了科学性和准确性，为高炉调剂提供数据支撑。
20.本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。