СПОСОБ ОЦЕНКИ КОЛИЧЕСТВА ПОДАВАЕМОГО ТЕПЛА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ КОЛИЧЕСТВА ПОДАВАЕМОГО ТЕПЛА, ПРОГРАММА ОЦЕНКИ КОЛИЧЕСТВА ПОДАВАЕМОГО ТЕПЛА, СПОСОБ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2024 года по МПК C21B5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу оценки количества подаваемого тепла, устройству для оценки количества подаваемого тепла, программе для оценки количества подаваемого тепла, которые предназначены для оценки количества тепла, подаваемого к литейному чугуну в доменной печи, и к способу работы доменной печи.

Уровень техники

Обычно для стабильной работы доменной печи температуру расплавленного чугуна необходимо поддерживать в предварительно заданном диапазоне. В частности, в том случае, когда температура расплавленного чугуна является низкой, вязкость расплавленного чугуна и шлака, образующегося вместе с расплавленным чугуном, увеличиваются, и затрудняется выпуск расплавленного чугуна или шлака из выпускного отверстия для чугуна. С другой стороны, в случае, когда температура расплавленного чугуна является высокой, концентрация Si в расплавленном чугуне увеличивается и вязкость расплавленного чугуна также увеличивается, и, соответственно, существует высокий риск того, что расплавленный чугун прилипнет к фурме и будет расплавлять фурму. Следовательно, для стабильной работы доменной печи необходимо уменьшить колебания температуры расплавленного чугуна. На этом основании были предложены различные способы оценки количества тепла, подаваемого в доменную печь, и оценки температуры расплавленного чугуна. В частности, в патентной литературе 1 раскрыт способ контроля тепла в печи для доменной печи, включающий в себя последовательную оценку величины смещения показателя теплоты в печи в настоящий момент времени от контрольного уровня показателя теплоты в печи, соответствующего целевой температуре расплавленного чугуна, а также величины смещения скорости снижения верхнего уровня в печи в настоящий момент времени, исходя из контрольной скорости снижения верхнего уровня в печи, соответствующей целевой температуре расплавленного чугуна, и температуры расплавленного чугуна через определенное время, исходя из времени влияния обеих величин смещения на температуру расплавленного чугуна, и выполнения операции регулирования тепла в печи таким образом, чтобы колебания температуры расплавленного чугуна уменьшались на основе результата оценки. Кроме того, в патентной литературе 2 раскрыт способ прогнозирования будущей температуры расплавленного чугуна для доменной печи для прогнозирования будущей температуры расплавленного чугуна на основе рабочих данных, включающих в себя фактическое значение данных по условиям дутья, включающих в себя по меньшей мере один из следующих параметров: температура продуваемого воздуха, влажность продуваемого воздуха, количество продуваемого воздуха, количество продуваемой угольной пыли, или величина обогащения дутья кислородом в доменной печи, фактическое значение данных о факторе возмущения, включающих в себя, по меньшей мере, величину расходования углерода в восстановительной зоне, и фактическое значение температуры расплавленного чугуна, причем способ включает в себя следующее: этап накопления данных, на котором накапливают рабочие данные; этап построения модели оценки стационарного состояния, на котором строят модель оценки стационарного состояния для оценки температуры расплавленного чугуна в стационарном состоянии, исходя из рабочих данных в стационарном состоянии, собранных на этапе накопления данных; этап построения модели оценки нестационарного состояния, на котором строят модель оценки нестационарного состояния для оценки температуры расплавленного чугуна в нестационарном состоянии, исходя из рабочих данных в нестационарном состоянии, собранных на этапе накопления данных, при этом модель оценки нестационарного состояния получают путем сокращения размерности модели оценки стационарного состояния; и этап оценки температуры расплавленного чугуна, на котором оценивают температуру расплавленного чугуна, исходя из построенной модели оценки стационарного состояния и модели оценки нестационарного состояния.

Список цитирования

Патентная литература

Патентная литература 1: JP H2-115311 A.

Патентная литература 2: JP 2008-144265 A.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Время, когда существует высокая вероятность того, что температура расплавленного чугуна сильно колеблется, является временем, когда количество произведённого расплавленного чугуна изменяется вследствие изменения интенсивности работы, например, количества воздуха, вдуваемого в доменную печь, и количество чугуна изменяется по отношению к количеству теплоты, подаваемой в доменную печь. Кроме того, при нормальном режиме работе сырьевой материал загружается таким образом, что высота поверхности сырьевого материала в доменной печи поддерживается постоянной. Следовательно, количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, можно оценить по количеству железа в сырьевом материале, загружаемом в единицу времени. Кроме того, поскольку известна степень окисления загружаемого сырьевого материала (отношение числа молей кислорода к числу молей железа в железорудном материале), количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, также можно рассчитать из баланса между углеродом и кислородом в единицу времени в доменной печи. Однако во время операции опускания, при которой высота поверхности загрузки сырьевого материала постепенно снижается, загрузка сырьевого материала не осуществляется или загрузка сырьевого материала осуществляется с перерывами, и, таким образом, количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, трудно оценить по количеству железа в сырьевом материале, загружаемом в единицу времени. Кроме того, в том случае, когда высота поверхности сырьевого материала значительно уменьшается вследствие отсутствия загрузки сырьевого материала, скорость восстановления руды на поверхности сырьевого материала увеличивается, и, таким образом, становится трудно точно рассчитать количество расплавленного чугуна по балансу углерода и кислорода в единицу времени в доменной печи.

Однако, поскольку способ, описанный в патентной литературе 1, не принимает во внимание такой фактор, как физическая теплота, уносимая продуваемым воздухом, т.е. физическая теплота, которая, как считается, изменяется вследствие увеличения или уменьшения интенсивности работы, количество тепла, подаваемого к чугуну, когда интенсивность работы значительно изменяется, не может быть точно оценено. С другой стороны, в способе, описанном в патентной литературе 2, считается, что точность оценки температуры расплавленного чугуна снижается, когда вносятся изменения в работу, которые не были накоплены в прошлом. Кроме того, в том случае, когда точность оценки температуры расплавленного чугуна является низкой, как было описано выше, во многих случаях происходит чрезмерная подача теплоты, и возникают опасения по поводу неисправности оборудования. Кроме того, чрезмерное использование восстанавливающего материала, который является источником углерода, не является предпочтительным также с точки зрения снижения выбросов углекислого газа.

Настоящее изобретение было создано с учетом вышеизложенных проблем, и задачей настоящего изобретения является предложение способа оценки количества подаваемого тепла, устройства для оценки количества подаваемого тепла, и программы для оценки количества подаваемого тепла, способной точно оценивать количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи при значительном изменении интенсивности работы, в частности, даже при указанном снижении высоты поверхности. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ работы доменной печи, в котором температуру расплавленного чугуна можно точно регулировать в пределах заданного диапазона, если количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, поддерживается надлежащим образом, когда интенсивность работы значительно изменяется, в частности, даже при работе с опусканием высоты поверхности.

Решение проблемы

Способ оценки количества подаваемой теплоты согласно настоящему изобретению, оценивает количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, исходя из количества тепла, подаваемого в доменную печь, и скорости производства расплавленного чугуна в доменной печи, а также включает в себя этап оценки, чтобы оценивать изменение количества теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменение физической теплоты, вносимой сырьевым материалом, подогретым с помощью проходящего внутри печи газа, и оценку количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, принимая во внимание оцененные изменения уносимой физической теплоты и вносимой физической теплоты, этап оценки включает в себя этап вычисления скорости производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, необходимого для нагревания и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне, и оценки количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с использованием расчетной скорости производства чугуна, а также этап оценки количества теплоты, удерживаемой в неподвижном слое кокса (тотермане), присутствующем в доменной печи, и оценки количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом оцененного количества тепла, содержащегося в неподвижном слое кокса.

Устройство для оценки количества подаваемого тепла согласно настоящему изобретению оценивает количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, исходя из количества тепла, подаваемого в доменную печь, и скорости производства расплавленного чугуна в доменной печи, и включает в себя блок оценки, выполненный с возможностью оценки изменения количества физической теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменения, вносимые в физическую теплоту, добавляемые сырьевым материалом, подогретым проходящим внутри печи газом, и оценки количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи с учетом оцениваемых изменений уносимой физической теплоты и внесённой физической теплоты, при этом блок оценки выполнен с возможностью вычисления скорости производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, необходимого для нагревания и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне, оценки количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, используя расчётную скорость производства чугуна, оценки количества теплоты, удерживаемой в неподвижном слое кокса, присутствующем в доменной печи, и оценки количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом оцененного количества тепла, содержащегося в неподвижном слое кокса.

Программа оценки количества подаваемого тепла согласно настоящему изобретению вызывает выполнение компьютером обработки данных для оценки количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, на основе количества тепла, подаваемого в доменную печь, и скорости производства расплавленного чугуна в доменной печи, и вызывает выполнение компьютером процесса оценки, оценивающего изменение количества физической теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменение физической теплоты, вносимое сырьевым материалом, подогретым проходящим внутри печи газом, и оценивающего количество теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом оцененных изменений уносимой физической теплоты и вносимой физической теплоты, при этом процесс оценки включает в себя вычисление скорости производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, необходимого для нагревания и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне, и оценку количества теплоты, подаваемой к литейному чугуну в доменной печи с использованием расчетной скорости производства чугуна, а также оценку количества теплоты, удерживаемой в неподвижном слое кокса, присутствующем в доменной печи, и оценку количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом оцениваемого количества тепла, содержащегося в неподвижном слое кокса.

Способ работы доменной печи, согласно настоящему изобретению, включает в себя этап регулирования количества тепла, подаваемого в доменную печь, на основании количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, оцененного с помощью способа оценки количества подаваемого тепла согласно настоящему изобретению.

Полезные эффекты изобретения

Согласно способу оценки количества подаваемого тепла, устройству оценки количества подаваемого тепла и программе оценки количества подаваемого тепла, в соответствии с настоящим изобретением, количество тепла, подаваемого к литейному чугуну в доменной печи, может быть точно оценено, когда интенсивность работы значительно изменяется, в частности, даже при снижении интенсивности работы. В соответствии со способом работы доменной печи, согласно настоящему изобретению, температуру расплавленного чугуна можно точно регулировать в пределах заданного диапазона, в то время как количество тепла, подаваемого к литейному чугуну в доменной печи, поддерживается надлежащим образом, когда интенсивность работы значительно изменяется, в частности, даже при снижении интенсивности работы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства контроля тепла в печи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую последовательность операций регулирования тепла в печи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример взаимосвязи между традиционным показателем, а также показателем теплоты в печи по настоящему изобретению, и отклонением температуры от контрольной температуры расплавленного чугуна.

Описание вариантов осуществления изобретения

В дальнейшем со ссылкой на чертежи будут описаны конфигурация и работа устройства контроля тепла в печи, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, к которому применяются способ оценки количества подаваемого тепла и устройство оценки количества подаваемой теплоты, согласно настоящему изобретению.

Конфигурация

Сначала будет описана конфигурация устройства контроля тепла в печи, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 1. Фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства контроля тепла в печи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 1, устройство 1 контроля тепла в печи, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, включает в себя устройство обработки информации, такое как компьютер, и регулирует температуру расплавленного чугуна, получаемого в доменной печи 2, в пределах заданного диапазона, с помощью контроля количества тепла, которое подаётся к расплаву в доменной печи 2 из фурмы, расположенной в нижней части доменной печи 2. Устройство 1 контроля тепла в печи функционирует как устройство оценки количества подаваемого тепла, согласно настоящему изобретению.

Устройство 1 контроля тепла в печи, имеющее такую конфигурацию, посредством выполнения описанной ниже последовательности операций контроля тепла в печи точно оценивает количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи 2, когда интенсивность работы доменной печи 2 значительно изменяется, в частности, даже при снижении интенсивности работы, и точно регулирует температуру расплавленного чугуна в заданном диапазоне, одновременно поддерживая надлежащим образом количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи 2, используя результат оценки. Далее последовательность операций контроля тепла в печи, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, будет описана со ссылкой на фиг. 2.

Следует отметить, что работа устройства 1 контроля тепла в печи, описанного ниже, реализуется посредством устройства арифметической обработки, такого как ЦП, в устройстве обработки информации, включенном в устройство 1 контроля тепла в печи, загружающим программу 1a из запоминающего устройства, такого как ПЗУ во временное запоминающее устройство, такое как ОЗУ, и выполняющим загруженную программу 1а. Программа 1a может быть обеспечена посредством записи на машиночитаемый носитель информации, такой как компакт-диск формата CD-ROM, гибкий диск, записываемый компакт-диск (CD-R) или компакт-диск формата DVD, в виде файла в устанавливаемом формате или исполняемом формате. Программа 1a может храниться на компьютере, подключенном к такой сети, как телекоммуникационная линия, такая как Интернет, сеть телефонной связи, такая как мобильный телефон, или сеть беспроводной связи, такая как Wi-Fi (зарегистрированная торговая марка), и обеспечиваться посредством загрузки через сеть.

Процесс регулирования тепла в печи

Фиг. 2 представляет собой блок-схему процесса, иллюстрирующую последовательность операций процесса регулирования тепла в печи, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Блок-схема, проиллюстрированная на фиг. 2 начинается в момент времени, когда команда на выполнения процесса регулирования тепла в печи вводится в устройство 1 контроля тепла в печи, и в технологическом процессе регулирования тепла в печи процесс этапов S2, S3 и S4 выполняется в дополнение к процессу этапа S1 оценки количества тепла, подаваемого в доменную печь, с помощью теплового баланса реакций (тепло экзотермических реакций и эндотермических реакций) в доменной печи, физической теплоты продуваемого воздуха, тепловых потерь (количества тепла, отводимого от корпуса печи или подобные потери тепла) и т.п., которые выполнялись традиционно, процессы интегрируются, а затем переходят к процессу этапа S5 оценки количества подаваемого тепла. Процесс этапа S1 оценки количества тепла, подаваемого в доменную печь, по тепловому балансу реакций (тепло экзотермических реакций и эндотермических реакций) в доменной печи, физической теплоте продуваемого воздуха, тепловых потерь (количество теплоты, отводимого от корпуса печи или подобные потери тепла), и подобные вычисления выполняются традиционно, и количество подаваемого тепла в этот момент времени устанавливается как Q₀. Предпочтительный пример процесса на этапе S1 будет описан ниже.

В процессе этапа S2 устройство 1 контроля тепла в печи оценивает физическую теплоту (отведенную посредством газа физическую теплоту) Q7, которая уносится в верхнюю часть доменной печи 2 газом (проходящим внутри печи газом), проходящим из нижней части к верхней части доменной печи 2. В частности, газ уносит физическую теплоту Q₇ (МДж/т-ч: количество теплоты на тонну чугуна; здесь и далее т-ч представляет массу в тоннах чугуна), которая может быть рассчитана посредством умножения удельной теплоемкости газа на разность температур между оценочной температурой газа, сгоревшего перед фурмой, и контрольной температурой, представляющей температуру верхнего конца нижней части доменной печи, и выражается следующей формулой (1). В результате, процесс этапа S2 завершается, и процесс переходит к процессу этапа S5.

Здесь Ci обозначает удельную теплоемкость (МДж/м³/°C) видов газа i (азот, окись углерода, водород), Vi обозначает расход (м³(s.t.p - при нормальных температуре и давлении)/мин) (где м³ (при нормальных температуре и давлении): объём при 0°C и 1 атм (атмосферное давление)) видов газа i в заплечиках, TFT обозначает теоретическую температуру сгорания (°C), T_base обозначает контрольную температуру (°C) (от 800 до 1200°C, предпочтительно 900 - 1000°C), Pig обозначает скорость производства чугуна (т-ч /мин), и α обозначает коэффициент влияния, изменяемый в зависимости от доменной печи 2. Эти значения можно получить от главного компьютера 3, например, от технологического компьютера, подключенного к устройству 1 контроля тепла в печи, например, через телекоммуникационную линию.

При нормальной работе сырьевой материал загружают таким образом, что высота поверхности сырьевого материала в доменной печи поддерживается постоянной. Следовательно, количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, можно оценить по количеству железа в сырьевом материале, загружаемом в единицу времени. Кроме того, поскольку известна степень окисления загружаемого сырьевого материала (отношение числа молей кислорода к числу молей железа в железорудном материале), количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, также можно рассчитать на основе баланса между углеродом и кислородом в доменной печи в единицу времени. Однако во время операции опускания, при которой высота поверхности загрузки сырьевого материала постепенно снижается, загрузка сырьевого материала не осуществляется или загрузка сырьевого материала осуществляется с перерывами, и, таким образом, количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, трудно оценить по количеству железа в сырьевом материале, загружаемом в единицу времени. Кроме того, в том случае, когда высота поверхности сырьевого материала значительно опускается вследствие отсутствия загрузки сырьевого материала, скорость восстановления руды на поверхности сырьевого материала увеличивается, и, таким образом, становится трудно точно рассчитать количество расплавленного чугуна по балансу углерода и кислорода в доменной печи в единицу времени.

Поэтому, в настоящем варианте осуществления изобретения количество расплавленного чугуна, произведенного в единицу времени, оценивается без учета влияния количества железа, загружаемого в единицу времени, и степени окисления сырьевого материала на поверхности сырьевого материала, используя количество кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количество углерода, газифицированного в доменной печи, и количество углерода, необходимое для нагрева и восстановления 1 кмоль железа в расплавленном чугуне. В частности, когда значение, полученное посредством приведения количества углерода, газифицированного в реакции 2FeO + C → 2Fe + CO₂, к количеству на 1 кмоль Fe, равно y_sl (кмоль-С/кмоль-Fe), а значение, полученное посредством приведения количества углерода, газифицированного в фурме в реакции 2С + О₂ → 2СО или С + Н₂О → СО + Н₂ посредством кислорода продуваемого воздуха и кислорода из влаги продуваемого воздуха, к количеству на 1 кмоль Fe составляет y_b (кмоль-С/ кмоль-Fe), количество углерода X (кмоль-C/кмоль-Fe), необходимое для нагрева и восстановления на 1 кмоль содержания железа в расплавленном чугуне, представлено следующей формулой (2). При этом, поскольку соотношение восстановительного материала, которым заполнена доменная печь, известно, количество углерода Х (кмоль-С/кмоль-Fe), необходимое для нагрева и восстановления железа на 1 кмоль содержания железа в расплавленном чугуне может быть получено посредством преобразования количества углерода в молярную величину из указанного соотношения восстановительного материала, и также преобразования в молярную величину железа, содержащегося в 1 т расплавленного чугуна, в знаменателе указанного соотношения восстановительного материала.

Кроме того, количество углерода А (кмоль-С/мин), потребляемого при прямом восстановлении в единицу времени, может быть измерено как увеличение количества углерода, в то время как газ, образующийся при сгорании перед фурмой, вступает в реакцию в доменной печи и выпускается из верхней части доменной печи, и, таким образом, может быть получен из разницы между составом продуваемого воздуха и результатом газового анализа верхней части доменной печи. Если количество углерода, содержащегося в CO, образуемого с помощью кислорода, содержащегося в продуваемом воздухе, и влаги в продуваемом воздухе, обозначить как B (кмоль-С/мин), между вышеупомянутыми y_sl и y_b устанавливается соотношение, представленное следующей формулой (3).

Таким образом, следующие формулы (4) и (5) получены посредством решения формул (2) и (3) для y_b и y_sl. Поскольку количество кислорода в продуваемом воздухе (кмоль-О/мин) известно из условий продувки воздухом, молярная величина железа, производимого в единицу времени (скорость производства чугуна (кмоль- Fe/мин)) можно получить посредством деления количества кислорода в продуваемом воздухе на значение y_sl, указанное в формуле (5). Здесь, умножив рассчитанную молярную величину железа на молярную массу железа и разделив полученное значение на массовую долю железа в расплавленном чугуне, можно получить количество расплавленного чугуна, произведенного в единицу времени. В результате, количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени, можно точно оценить даже в условиях снижения интенсивности работы. Следует отметить, что в качестве массовой доли железа в расплавленном чугуне предпочтительно используется значение, полученное в результате анализа компонентов расплавленного чугуна, а более предпочтительно используется значение, полученное в непосредственно предшествующем анализе.

В процессе этапа S3, устройство 1 контроля тепла в печи оценивает физическую теплоту (физическую теплоту, вносимую сырьевым материалом) Q₈, вносимую в нижнюю часть доменной печи 2 сырьевым материалом, подаваемым с верхней части в нижнюю часть доменной печи 2. В частности, физическую теплоту Q₈ (МДж/т-ч), которую вносит сырьевой материал, можно рассчитать посредством умножения удельной теплоёмкости сырьевого материала на разность температур между температурой T₁ (= 1450-1500°C) сырьевого материала в нижней части зоны плавления и контрольной температурой T_base, как указано в следующей формуле (6). В результате, процесс этапа S3 завершается, и процесс переходит к процессу этапа S5.

Здесь Cj обозначает удельную теплоемкость (МДж/кг/°C) сырьевого материала j (кокса, литейного чугуна, шлака), Rj обозначает базовую единицу (кг/т-ч) сырьевого материала j, T₁ обозначает температуру сырьевого материала (°C) в нижнем конце зоны плавления, T_base обозначает контрольную температуру (°C), а β обозначает коэффициент влияния, зависящий от доменной печи 2. Эти значения можно получить, например, от главного компьютера 3.

В процессе этапа S4, устройство 1 контроля тепла в печи оценивает количество теплоты (количество теплоты, удерживаемое коксом) Q₉, удерживаемое в неподвижном слое кокса, присутствующем в нижней части доменной печи 2. В частности, количество теплоты, удерживаемое коксом, т.е. величина Q₉ (МДж/т-ч) может быть получена посредством умножения удельной теплоемкости кокса C_coke на разность между контрольной температурой и теоретической температурой сгорания и на значение, полученное путем вычитания из базовой единицы кокса на 1 т расплавленного чугуна величины расхода на сжигание и количества углерода, выбрасываемого в виде пыли. Это количество выражается следующей формулой (7). В результате, процесс этапа S4 завершается, и процесс переходит к процессу этапа S5. Следует обратить внимание, что процесс этапа S4 может быть опущен.

Здесь C_coke обозначает удельную теплоемкость кокса (МДж/кг/°C), TFT обозначает теоретическую температуру сгорания (°C), T_base обозначает контрольную температуру (°C), CR обозначает расход кокса (кг/т-ч), CR_burn обозначает расход на сжигание углерода перед фурмой (количество кислорода, потребляемого перед фурмой, на кислород в продуваемом воздухе и регулирование влажности) (кг/т-ч), PCR обозначает расход пылевидного угля (кг/т-ч), C_inPC обозначает долю углерода в пылевидном угле, C_sol обозначает расход углерода в восстановительной зоне (кг/т-ч), Dust обозначает расход пыли (кг/т-ч), C_indust обозначает долю углерода в пыли, а γ и δ обозначают коэффициенты влияния, изменяемые в зависимости от доменной печи 2. Эти значения могут быть получены, например, от главного компьютера 3.

В процессе этапа S5 устройство 1 контроля тепла в печи оценивает количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи 2, используя количество Q₀ подаваемого тепла, оцененное в процессе этапа S1, физическую теплоту Q₇, уносимую газом, физическую теплоту Q_8, вносимую сырьевым материалов, и количество Q₉ тепла, удерживаемого коксом, которые оцениваются в процессе этапов S2-S4. В частности, устройство 1 контроля тепла в печи вычисляет тепловой показатель T_Q печи (МДж/т-ч), соответствующий количеству теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи 2, посредством подстановки в следующую формулу (8) количества Q₀ подаваемого тепла, оцененного на этапе S1, уносимой газом физической теплоты Q₇, физической теплоты Q₈, вносимой сырьевым материалов, и количества Q₉ теплоты, удерживаемой коксом, которые оцениваются в процессе этапов S2-S4. В результате, процесс этапа S5 завершается, и технологический процесс переходит к процессу этапа S6. Следует отметить, что в случае, когда процесс этапа S4 пропускается, количество Q₉ теплоты, удерживаемой коксом, устанавливается равным нулю.

Здесь Q₀ обозначает количество тепла, подаваемого в доменную печь за счет теплового баланса реакций (тепло экзотермических и эндотермических реакций) в доменной печи, физической теплоты продуваемого воздуха, тепловых потерь (количество теплоты, отводимой от корпуса печи или подобные потери тепла) и т.п., при этом может быть применен способ оценки, принятый во многих случаях при традиционной оценке количества подаваемого тепла, но в качестве предпочтительной формы можно привести формулу (9).

Здесь Q₁ обозначает теплоту сгорания (МДж/т-ч) кокса на конце фурмы. Теплоту Q₁ сгорания можно рассчитать посредством деления теплотворной способности при сгорании кокса, рассчитанной по количеству кислорода, продуваемого из фурмы в доменную печь в единицу времени, на количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени (скорость производства чугуна). Скорость производства чугуна можно точно рассчитать даже во время снижения интенсивности работы с помощью вышеописанного способа.

Кроме того, Q₂ обозначает физическую теплоту продуваемого воздуха (МДж/т-ч), которая вводится в доменную печь воздухом, продуваемым из фурмы. Физическую теплоту Q₂ продуваемого воздуха можно рассчитать, получив количество теплоты, подаваемой в доменную печь с помощью продуваемого воздуха в единицу времени, из количества продуваемого воздуха в единицу времени и измеренного значения температуры продуваемого воздуха и, разделив это значение на количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени.

Кроме того, Q₃ обозначает теплоту реакции взаимодействия кокса с диоксидом углерода в восстановительной зоне (МДж/т-ч). Для этого значения, например, как описано в патентной литературе 1, теплоту реакции можно рассчитать посредством получения количества углерода, при взаимодействии кокса с диоксидом углерода в восстановительной зоне, из значения компонента доменного газа. Теплоту Q₃ реакции взаимодействия кокса с диоксидом углерода в восстановительной зоне можно рассчитать посредством деления теплоты реакции взаимодействия кокса с диоксидом углерода в восстановительной зоне на количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени.

Кроме того, Q₄ обозначает теплоту разложения (МДж/т-ч) влаги, содержащейся главным образом в продуваемом воздухе. Теплоту Q₄ разложения можно рассчитать посредством деления теплоты разложения, полученной на основе измеренного значения влажности продуваемого воздуха, на количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени.

Кроме того, Q₅ обозначает потери тепла из корпуса печи (например, количество теплоты, отводимой охлаждающей водой) (МДж/т-ч). В том случае, когда количество теплоты, отводимой с помощью охлаждающей воды, рассчитывается как теплопотери, количество отводимой теплоты Q₅ можно рассчитать посредством вычисления количества теплоты, отводимой с помощью охлаждающей воды в единицу времени, исходя из количества охлаждающей воды и разницы температур между входной и выходной стороной охлаждающей воды корпуса печи доменной печи, и деления расчетного количества отводимой теплоты на количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени.

Кроме того, Q₆ обозначает теплоту разложения (МДж/т-ч) восстановительного материала, продуваемого из фурмы в единицу времени. Теплоту Q₆ разложения можно рассчитать, разделив теплоту разложения на количество расплавленного чугуна, производимого в единицу времени.

В процессе этапа S6, устройство 1 контроля тепла в печи регулирует количество теплоты, подаваемой из фурмы в доменную печь 2, на основании количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи 2, оцененного в процессе этапе S5, тем самым соответствующим образом поддерживая количество теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи 2, и регулируя температуру расплавленного чугуна в пределах заданного диапазона. В результате, процесс на этапе S6 завершается, и завершается технологический процесс регулирования тепла в печи.

Как очевидно из приведенного выше описания, при выполнении технологического процесса регулирования тепла в печи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, устройство 1 контроля тепла в печи оценивает изменение количества уносимой физической теплоты в верхнюю часть доменной печи посредством проходящего внутри печи газа и изменение внесённой физической теплоты, подаваемой в нижнюю часть доменной печи посредством сырьевого материала, подогретого за счет проходящего внутри печи газа, и оценивает количество теплоты, подводимой к чугуну в доменной печи с учетом оцениваемых изменений уносимой физической теплоты и внесённой физической теплоты. Кроме того, устройство 1 контроля тепла в печи рассчитывает скорость производства чугуна, используя количество кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количество углерода, газифицированного в доменной печи, и количество углерода, необходимого для нагрева и восстановления железа в пересчете на заданную единицу расплавленного чугуна, оценивает количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, используя расчетную скорость производства чугуна, оценивает количество тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса, присутствующем в доменной печи, и оценивает количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи с учетом оценочного количества тепла, содержащегося в неподвижном слое кокса. В результате, количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, может быть точно оценено, когда интенсивность работы, например в том случае, когда количество воздуха, продуваемого в доменную печь, значительно изменяется, в частности, даже во время работы с опускающимся уровнем поверхности. В результате, когда интенсивность работы значительно изменяется, в частности, даже при опускающемся уровне поверхности, температуру расплавленного чугуна можно точно регулировать в пределах заданного диапазона, при поддержании надлежащим образом количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи.

Пример

Фиг. 3 показывает результаты для фактической температуры расплавленного чугуна (в виде разности с контрольной температурой расплавленного чугуна), полученные при традиционном тепловом показателе печи (оцененном с помощью значений Q₁-Q₆) и при тепловом показателе печи (оцененном с помощью Q₁-Q₉) по настоящему изобретению, во время работы с опускающимся уровнем. Как показано на фиг. 3, в случае теплового показателя печи по настоящему изобретению (пример по настоящему изобретению) может быть подтверждена определенная корреляция между тепловым показателем печи и температурой расплавленного чугуна (отличие от контрольной температуры расплавленного чугуна) по сравнению с традиционным тепловым показателем печи (сравнительный пример). Кроме того, в таблице 1 приведены сводные данные о стандартном отклонении разницы между оценочной температурой расплавленного чугуна и фактической температурой расплавленного чугуна, когда принимается во внимание каждый фактор. Можно увидеть, что точность оценки была улучшена в случае оценки теплового показателя печи с помощью Q₁-Q₉ с использованием способа вычисления скорости производства чугуна по настоящему изобретению (пример по настоящему изобретению) по сравнению со случаем оценки теплового показателя печи с использованием только Q₁-Q₆ в качестве традиционного теплового показателя печи (Сравнительный пример 1) и случай оценки теплового показателя печи с использованием Q₁-Q₉ без использования способа вычисления скорости производства чугуна по настоящему изобретению (Сравнительный пример 2). В результате можно видеть, что температуру расплавленного чугуна можно точно регулировать в пределах заданного диапазона, когда количество теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, поддерживается надлежащим образом, когда интенсивность работы значительно изменяется, в частности даже при работе с опускающимся уровнем поверхности, используя тепловой показатель печи по настоящему изобретению.

Таблица 1

Сравнительный пример 1 Сравнительный пример 2 Пример по настоящему изобретению Рассмотренные факторы Q₁-Q₆ Q₁-Q₉ Q₁-Q₉ Стандартное отклонение фактической температуры расплавленного чугуна от оцененной температуры расплавленного чугуна 127,1 110,3 14,3

Хотя выше описан вариант, для которого было применено изобретение, созданное авторами настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается описанием и чертежами, составляющими часть раскрытия настоящего изобретения, в соответствии с настоящим вариантом осуществления. То есть другие варианты осуществления, примеры, применяемые технологии и т.п., созданные специалистами в данной области техники на основе настоящего варианта осуществления, все включены в объем настоящего изобретения.

Промышленная применимость

Согласно настоящему изобретению, предложены способ оценки количества подаваемого тепла, устройство оценки количества подаваемого тепла, и программа оценки количества подаваемого тепла, позволяющие точно оценивать количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, если интенсивность работы значительно изменяется, в частности, даже при работе с опускающимся уровнем поверхности. Согласно настоящему изобретению, может быть предложен способ работы доменной печи, который позволяет точно регулировать температуру расплавленного чугуна в пределах заданного диапазона, при поддержании надлежащим образом количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, когда интенсивность работы значительно изменяется, в частности, даже при работе с опускающимся уровнем.

Список обозначений

1 Устройство контроля тепла в печи

1а Программа

2 Доменная печь

3 Главный компьютер

Группа изобретений относится к способу и устройству для оценки количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, машиночитаемому носителю с записанной программой для оценки количества подаваемого тепла и способу управления доменной печью, содержащему этап регулирования количества тепла, подаваемого в доменную печь, на основе количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи. При оценке количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, осуществляют этап оценки, на котором оценивают изменение физической теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменение физической теплоты, вносимой сырьевым материалом, подогретым проходящим внутри печи газом, а также оценивают количество теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом указанных оцененных изменений уносимой физической теплоты и вносимой физической теплоты. При этом на этапе оценки вычисляют скорость производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, требующегося для нагрева и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне, и оценивают количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с использованием указанной оцененной скорости производства чугуна, и оценивают количество тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса в доменной печи, и оценивают количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с учетом указанного оцененного количества тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса. Обеспечивается точная оценка количества тепла, подаваемого к чугуну, и точная регулировка температуры расплавленного чугуна в пределах заданного диапазона при значительном изменении интенсивности работы доменной печи. 4 н.п. ф-лы, 3 ил, 1 табл., 1 пр.

1. Способ оценки количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, включающий

этап оценки, на котором оценивают изменение физической теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменение физической теплоты, вносимой сырьевым материалом, подогретым проходящим внутри печи газом, а также оценивают количество теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи с учетом указанных оцененных изменений уносимой физической теплоты и вносимой физической теплоты,

при этом на этапе оценки выполняют

этап, на котором вычисляют скорость производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, требующегося для нагрева и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне, и оценивают количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с использованием указанной оцененной скорости производства чугуна, и

этап, на котором оценивают количество тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса в доменной печи, и оценивают количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с учетом указанного оцененного количества тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса.

2. Устройство оценки количества подаваемого тепла для оценки количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, содержащее:

блок оценки, выполненный с возможностью

оценивания изменения физической теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменения физической теплоты, вносимой сырьевым материалом, подогреваемым проходящим внутри печи газом, и

оценивания количество теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом оцененных изменений уносимой физической теплоты и вносимой физической теплоты,

при этом блок оценки выполнен также с возможностью

вычисления скорости производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, требующегося для нагрева и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне,

оценивания количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с использованием оцененной скорости производства чугуна,

оценивания количества тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса в доменной печи, и

оценивания количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с учетом оцененного количества тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса.

3. Машиночитаемый носитель с записанной программой для оценки количества подаваемого тепла, вызывающей выполнение компьютером процесса оценивания количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, при этом указанная программа вызывает выполнение компьютером

процесса оценки изменения физической теплоты, уносимой проходящим внутри печи газом, и изменения физической теплоты, вносимой сырьевым материалом, подогретым проходящим внутри печи газом, а также оценки количества теплоты, подаваемой к чугуну в доменной печи, с учетом указанных оцененных изменений уносимой физической теплоты и вносимой физической теплоты,

при этом процесс оценки включает

вычисление скорости производства чугуна с использованием количества кислорода в продуваемом воздухе в единицу времени, количества углерода, газифицированного в доменной печи, и количества углерода, требующегося для нагрева и восстановления содержания железа на заданную единичную величину в расплавленном чугуне, и оценку количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с использованием оцененной скорости производства чугуна, и

оценку количества тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса в доменной печи, и оценку количество тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, с учетом оцененного количества тепла, удерживаемого в неподвижном слое кокса.

4. Способ управления доменной печью, содержащий этап регулирования количества тепла, подаваемого в доменную печь, на основе количества тепла, подаваемого к чугуну в доменной печи, оцененного с помощью способа оценки количества подаваемого тепла по п. 1.