本發(fā)明屬于煉鋼高爐爐缸活性監(jiān)測方法技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種監(jiān)測高爐爐缸活性的爐缸活躍性指數(shù)量化方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的管理者和生產(chǎn)者總是全力維護(hù)高爐生產(chǎn)的長期穩(wěn)定順行，以獲取鋼鐵企業(yè)的最大效益。而爐缸活性猶如高爐生產(chǎn)的“心臟”，一般維持著整個(gè)高爐生產(chǎn)的健康發(fā)展，一旦爐缸活性出現(xiàn)問題，破壞高爐穩(wěn)定順行，那么帶來的損失是非常巨大的。就目前而言，爐缸活性的量化監(jiān)測已經(jīng)成為高爐生產(chǎn)的熱點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)對爐缸活性的量化計(jì)算，怎樣實(shí)現(xiàn)對爐缸活性的在線監(jiān)測，如何在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)爐缸活性的異常變化，從而在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)爐缸活性，是行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題，其根本目的就是要維護(hù)高爐生產(chǎn)的長期穩(wěn)定順行，確保沒有高爐爐缸堆積等惡性生產(chǎn)事故的發(fā)生，從而避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為降本增效保駕護(hù)航。

眾所周知，中國鋼鐵行業(yè)自2012年第1季度出現(xiàn)21世紀(jì)首次全行業(yè)虧損后，全面進(jìn)入微利甚至局部虧損的局面。中國鋼鐵行業(yè)正面臨著“三低一高”的“新常態(tài)”，即“低增長、低價(jià)格、低效益、高壓力”。面對這種前所未有的“新常態(tài)”，中國鋼鐵行業(yè)只有通過不斷轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展，才能找到未來的出路。煉鐵作為鋼鐵行業(yè)的重要組成部分，占據(jù)著鋼鐵生產(chǎn)總成本的70％以上，肩負(fù)著整個(gè)行業(yè)節(jié)能減排、降本增效的重任。如何以新挑戰(zhàn)為契機(jī)，實(shí)現(xiàn)煉鐵技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展，是解決鋼鐵行業(yè)困境的重要戰(zhàn)略措施之一。

本鋼板材煉鐵廠自建廠以來，在降本增效方面做出了很多努力，尤其是東北最大的本鋼新1號高爐(4747m3)，在一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)過萬，燃料比500kg/t以下，焦比320kg/t以下的本鋼煉鐵歷史最好指標(biāo)。但是，由于受到原燃料條件、大高爐操作理念等因素的制約，煉鐵廠在長期維持且進(jìn)一步降本增效方面遇到了瓶頸，尤其是面對整個(gè)鋼鐵行業(yè)步入“寒冬期”的現(xiàn)狀，降本增效成為當(dāng)務(wù)之急，而轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展更是迫在眉睫。

從根本上說，高爐煉鐵的降本增效就是要以高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行為基礎(chǔ)，以降低燃料消耗為目標(biāo)。若高爐生產(chǎn)爐況失常，不僅不能降低成本，還會帶來巨大的損失。近些年來，我國相繼投產(chǎn)了多座大型高爐，由于對大型高爐的操作理念還處于探索階段，許多高爐投產(chǎn)后不久便出現(xiàn)了爐缸活性失常的惡性事故，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上百億元人民幣。因此，我們不禁要問，究竟什么是爐缸活性，如何正確理解爐缸活性問題，爐缸活性與哪些因素有關(guān)系，如何實(shí)現(xiàn)爐缸活性的量化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)爐缸活性失常應(yīng)如何恢復(fù)，如何提出適應(yīng)不同高爐的爐缸活性量化標(biāo)準(zhǔn)，爐缸活性問題已經(jīng)成為當(dāng)前高爐煉鐵的焦點(diǎn)。

本鋼板材煉鐵廠新1號高爐在2010年發(fā)生過嚴(yán)重的爐缸活性失常事故，恢復(fù)爐況用時(shí)近一年，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，實(shí)現(xiàn)對爐缸活性的量化監(jiān)測早已成為新1號高爐生產(chǎn)急需的必要措施。

近些年來，國內(nèi)一些高校和企業(yè)加大了對爐缸活性的研究，提出了一些計(jì)算爐缸活性的模型，例如爐缸活躍性指數(shù)模型和爐缸工作活躍指數(shù)模型。雖然這些模型可以計(jì)算出爐缸活性狀態(tài)，但總結(jié)起來，還存在以下幾點(diǎn)問題：

(1)計(jì)算結(jié)果滯后。爐缸活躍性指數(shù)模型是利用爐缸爐底各層中心熱電偶溫度均值與爐缸側(cè)壁各層熱電偶溫度均值的比值。而用爐缸爐底各層中心熱電偶的溫度均值來反映爐缸中心死焦堆的滲透能力是間接的，當(dāng)該溫度出現(xiàn)明顯降低時(shí)，就已經(jīng)表明這時(shí)的死焦堆的滲透能力處于崩潰的狀態(tài)，爐缸已經(jīng)失去活性，未能達(dá)到盡早發(fā)現(xiàn)爐缸活性失常的目的。

(2)計(jì)算結(jié)果失真。爐缸工作活躍指數(shù)模型在高爐爐況正常時(shí)，可以很好的描述高爐爐缸活性；但是，在爐缸活躍性失常時(shí)，該模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況是嚴(yán)重不符的，呈現(xiàn)相反的結(jié)果，不能真實(shí)反應(yīng)爐缸活性狀態(tài)。

(3)單一模型在生產(chǎn)中難發(fā)揮作用。實(shí)踐表明，影響爐缸活性的因素多且復(fù)雜，僅憑借一種模型的計(jì)算結(jié)果判斷爐缸活性，顯然是片面的。需要將多種模型進(jìn)行整合，充分發(fā)揮出每個(gè)模型的作用，形成多種同時(shí)存在的依據(jù)或特征，從而綜合判斷出爐缸活性的真實(shí)情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種監(jiān)測高爐爐缸活性的爐缸活躍性指數(shù)量化方法，完全克服了傳統(tǒng)模型計(jì)算結(jié)果滯后、失真的缺點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)多角度、全方面的監(jiān)測爐缸活性狀態(tài)提供更多的判斷依據(jù)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，監(jiān)測高爐爐缸活性的爐缸活躍性指數(shù)量化方法，所述爐缸活躍性指數(shù)NAH的計(jì)算方法如式(1)、式(2)所示：

式中，f_L-in是渣鐵流入爐缸的阻力系數(shù)，f_L-out是渣鐵流出爐缸的阻力系數(shù)；

式中，f_L為渣鐵流動阻力系數(shù)，ε為爐缸焦炭料柱的空隙度，φ為爐缸內(nèi)焦炭的形狀系數(shù)，d_p為爐缸內(nèi)焦炭的直徑，上部取0.02m，下部取0.018m；μ為爐缸內(nèi)液體的粘度，ρ為爐缸內(nèi)液體密度，v₀為液體穿過爐缸截面平均流速，g為重力加速度，D為爐缸直徑，H為開始出渣出鐵時(shí)渣鐵層厚度。

分析f_L-in和f_L-out兩者的關(guān)系可以得到：

①f_L-in≈f_L-out

這是較理想的狀態(tài)。在高爐連續(xù)出鐵的條件下，爐缸下部順利流出渣鐵的同時(shí)，騰出空間接納上部軟熔帶生成的渣鐵，且爐缸下部液面基本保持恒定。

②f_L-in＜f_L-out

這是很不理想的狀態(tài)。正常作業(yè)的高爐不會出現(xiàn)這種狀態(tài)，這意味著渣鐵會滯留在爐缸內(nèi)，將破壞高爐的正常生產(chǎn)，一般在爐外事故或者爐缸嚴(yán)重堆積、爐缸凍結(jié)的情況下出現(xiàn)。

③f_L-in＞f_L-out

這是通常高爐的工作狀態(tài)，爐缸下部在“等待”上部渣鐵的進(jìn)入。一般而言，在此情況下，兩者之差的絕對值越小，表明爐缸活躍程度越高。

爐缸活躍性指數(shù)量化方法將爐況正常和異常的情況進(jìn)行了細(xì)化分析，可以計(jì)算出不同情況下的爐缸活躍性指數(shù)。當(dāng)爐況正常時(shí)，即當(dāng)時(shí)，NAH將隨著f_L-in和f_L-out的增大而降低，也隨著f_L-in與f_L-out差的絕對值的增大而降低；當(dāng)爐況異常時(shí)，即當(dāng)時(shí)，NAH也會隨著f_L-in和f_L-out的增大而降低，隨著f_L-in與f_L-out差的絕對值的增大而降低，而且下降的更快。即使高爐發(fā)生爐缸堆積事故時(shí)，也可以在第一時(shí)間通過計(jì)算結(jié)果被發(fā)現(xiàn)，為更早的發(fā)現(xiàn)爐缸活躍性失常提供依據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅完全克服了傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果滯后、失真的缺點(diǎn)，并且通過集成新的爐溫預(yù)報(bào)模型、物理熱指數(shù)模型、理論燃燒溫度計(jì)算優(yōu)化模型、爐缸工作出鐵指數(shù)模型、銅冷卻壁熱面狀況計(jì)算模型、Rist操作線計(jì)算模型等，為實(shí)現(xiàn)多角度、全方面的監(jiān)測爐缸活性狀態(tài)，提供更多的判斷依據(jù)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中高爐整個(gè)爐況波動及恢復(fù)過程的爐缸活躍性指數(shù)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例

本鋼新一號高爐于2014年11月11日至2014年11月13日進(jìn)行72小時(shí)年修，休風(fēng)前爐況整體穩(wěn)定順行，但由于受到原燃料質(zhì)量波動，風(fēng)口及冷卻壁破損漏水等因素的影響，爐缸熱狀態(tài)穩(wěn)定性差，爐溫存在波動，壓差偶有冒尖，表1是新一號高爐2014年11月上旬主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均值。

表1新一號高爐2014年11月上旬技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均值

2014年11月14日新一號高爐復(fù)風(fēng)后，爐況開始惡化，風(fēng)量比正常時(shí)萎縮150～200m³·min^-1，壓差頻繁冒尖，寬尺滑尺現(xiàn)象顯著增加，開始出現(xiàn)明顯的管道行程，出鐵爐溫先熱后涼，波動劇烈，爐缸熱狀態(tài)失去穩(wěn)定性。先后采取了退負(fù)荷，擴(kuò)大布料角差，加凈焦等措施，依然沒有獲得很好的效果。表2是新一號高爐11月中下旬主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均值。

表2新一號高爐2014年11月中下旬技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均值

為了尋求造成爐況波動的根本原因，盡快恢復(fù)爐況，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用本專利提出的量化方法對爐缸活性進(jìn)行了量化計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示：高爐年修前，爐缸活性狀態(tài)整體處于正常水平，爐缸活躍性指數(shù)在1.8～1.9之間波動，但數(shù)據(jù)整體呈現(xiàn)下降的趨勢，表明休風(fēng)前爐缸活性狀態(tài)就已經(jīng)開始下滑；高爐復(fù)風(fēng)后，爐缸活性狀態(tài)出現(xiàn)明顯惡化，爐缸活躍性指數(shù)下降到1.6～1.7的水平，最低值為11月25日的1.58。爐缸活躍性指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，造成爐況波動的根本原因就是爐缸活性失常，高爐爐缸不活，爐缸活性低于正常值的15％，需要盡快采取相應(yīng)措施，及時(shí)將爐缸活性恢復(fù)至正常水平，避免爐缸活性的進(jìn)一步惡化，發(fā)生爐缸堆積等惡性事故。2014年12月初，通過采取改善原燃料質(zhì)量，減小焦炭批重，增加中心焦量等措施，爐缸活性得到了明顯的恢復(fù)。爐缸活躍性指數(shù)提高至1.7～1.8的水平，高爐爐況趨于正常，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到改善，表3是2014年12月上中旬的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均值。

表3新一號高爐2014年12月上中旬技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均值

整個(gè)爐況波動及恢復(fù)過程的爐缸活性量化計(jì)算結(jié)果如圖1所示。實(shí)踐證明，本發(fā)明提出的爐缸工作活躍性指數(shù)量化方法可以真實(shí)的反應(yīng)爐缸活性狀態(tài)，有效地幫助高爐操作者及時(shí)把握爐缸活性，當(dāng)爐缸活性下降或失常時(shí)，可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并盡早進(jìn)行操作干預(yù)，及時(shí)地避免了因爐缸活性惡化所造成的損失，從而在維護(hù)爐缸活性，保持高爐長期穩(wěn)定順行等方面發(fā)揮作用。