高富氧冶炼方法、装置及设备与流程

本技术属于高炉炼铁，尤其涉及一种高富氧冶炼方法、装置及设备。

背景技术：

1、高炉富氧喷煤技术不仅能够提高高炉冶炼和装备技术水平，更重要的是可以大量节约焦炭，减少污染排放，符合国家钢铁工业绿色低碳发展战略。随着低成本制氧技术规模的不断扩大，高炉富氧鼓风喷吹技术在节约成本，降低碳排放和实现钢铁行业可持续发展等方面具有更大的优势。在生产实践中，高炉富氧鼓风冶炼技术具有以下优势：1)强化高炉冶炼，提高铁水产量。理论上随着富氧率的提高，冶炼强度逐渐增大，但增产效果逐渐降低。还能够补偿喷煤之后风口前要求达到的理论燃烧温度，保证炉缸具有足够的高温和热状态；2)富氧鼓风提高了风口回旋区的氧气含量，有利于加速风口煤粉的燃烧，提高煤粉燃烧率和置换比，降低生产成本；3)富氧鼓风使得进入高炉的n2减少，煤气发热值相应提高；4)可以依靠增加高炉产量来降低铁水综合成本，且富氧之后的高炉煤气热值有所提高，存在一定的潜在经济价值；5)促进节能减排：高炉富氧鼓风冶炼可以节约焦炭，相应减少了炼焦工序带来的大量污染，符合国家的环保要求。因此，高富氧鼓风冶炼技术是高炉强化冶炼、降低成本、减少能耗的重要技术手段。

2、当前生产现场采用定风富氧、减风富氧和定煤气量富氧等不同富氧方式进行高富氧鼓风操作，不同的操作对于冶炼的影响不同。由于高炉的特点，目前对于风口回旋区调控的相关研究和技术较少，因此如何实现风口回旋区调控，以提高高炉冶炼效率和质量，降低能耗，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供了一种高富氧冶炼方法、装置及设备，进而至少在一定程度上可以实现风口回旋区调控，提高高炉冶炼效率和质量，降低能耗。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的第一方面，提供了一种高富氧冶炼方法，所述方法包括：

4、确定富氧率提高后不同富氧方式对应的高炉风量和氧量；

5、根据所述高炉风量和所述氧量，确定所述富氧方式对应的高炉产量；

6、确定风口回旋区在所述富氧方式下的理论燃烧温度；

7、确定所述富氧方式对应的风口前燃烧焦炭量、炉腹煤气量指数、炉腹煤气量还原性气体比例和风口焦点温度；

8、根据所述高炉产量、所述风口前燃烧焦炭量、所述炉腹煤气量还原性气体比例和所述风口焦点温度，确定调控参数；

9、根据所述调控参数调整喷煤量和鼓风湿度，以将所述理论燃烧温度和炉腹煤气量指数控制在目标范围内。

10、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述富氧方式包括定风富氧、减风富氧和定煤气量富氧，所述定风富氧对应的高炉风量和氧量根据公式一计算得到：

11、vb定＝vb0+vdatao，vo定＝vb定*w1公式一；

12、所述减风富氧对应的高炉风量和氧量根据公式二计算得到：

13、vb减＝vb0，vo减＝vb减*w1公式二；

14、所述定煤气量富氧对应的高炉风量和氧量根据公式三计算得到：

15、vb定煤气＝[vg0-[(11.2wm/14*60)*(1-h2om/100)*(n2m/100)]+(11.2

16、wm/60)*[(h2om/900)+(h2m/100)]+(11.2wm/60)*[(h2om/900)+(o2m/800)]-2*vo]/(n2b+2m)，vo定煤气＝vb定煤气*w1公式三；

17、其中，vb0为基准富氧率对应的高炉风量，单位m3/min；vb定为定风富氧对应的高炉风量，单位m3/min；vb减为减风富氧对应的高炉风量，单位m3/min；vb定煤气为定炉腹煤气量富氧对应的高炉风量，单位m3/min；vdatao为相对于基准富氧率的富氧增加量，单位m3/min；w1为提高后的富氧率，单位％；vg0为基准富氧率对应的炉腹煤气量；vo为氧气量，单位m3/min；wm为小时喷煤量，单位kg/h；h2om为煤粉的含水量，单位％；o2m为煤粉的含氧量，单位％；n2m为煤粉的含氮量，单位％；h2m为煤粉的含氢量，单位％；n2b为空气鼓风中的氮气含量，单位％；m为鼓风含水率，单位％。

18、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述富氧方式对应的高炉产量根据公式四计算得到：

19、detac＝(vb1*w1)-(vb0*w0)/detao2

20、detao2＝vo0/c0

21、vo0＝vb0*w0公式四；

22、其中，detac为提高富氧率后的高炉产量，单位t/min；vb1为提高富氧率后的总风量，为高炉风量和工业氧量之和，不同富氧方式下的vb1不同，单位m3/min；w0为基准富氧率，单位％；detao2为基准富氧率对应的单位生铁所需氧量，单位m3/thm；vo0为基准富氧率对应的总氧含量，单位m3/min；c0为基准富氧率对应的生铁产量，单位t/min。

23、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述富氧方式下的理论燃烧温度根据公式五计算得到：

24、

25、其中，qck为焦炭燃烧放热；qcm为煤粉燃烧放热；hb为富氧鼓风带入的显热；hck为焦炭带入的显热；hcm为煤粉带入显热；qw-g为水煤气反应吸热；qdecom为煤粉分解吸热；qgas为载气吸热；vg为单位时间内炉腹煤气量；ma为风口前燃烧焦炭和煤粉的灰分量；mw为未燃煤粉量；cpg为炉腹煤气量热容；ca为灰分比热容；cw为未燃煤粉比热容。

26、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述富氧方式对应的风口前燃烧焦炭量根据公式六计算得到：

27、mcoke＝24/22.4[0.21vb(1-m)+(a-0.21-0.21m)*vdatao]-wm/60*η*

28、(1-(h2o)m)*cm公式六；

29、其中，mcoke为风口前燃烧焦炭量，单位kg/min；vb为冶炼鼓风量，单位m3/min；vdatao为富氧气体量，单位m3/min；a为富氧气体的氧浓度，单位％；cm为煤粉中的含碳量(包括固定c)，单位％。

30、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述炉腹煤气量指数根据公式七计算得到：

31、vg＝vn2+vco+vh2

32、f＝vg/s截

33、vn2＝vb*n2b+(11.2wm/14*60)*(1-h2om/100)*(n2m/100)

34、vh2＝vb*m+(11.2wm/60)*[(h2om/900)+(h2m/100)]

35、vco＝2*vo+vb*m+(11.2wm/60)*[(h2om/900)+(o2m/800)]公式七；

36、

37、所述还原性气体包括co和h2，所述炉腹煤气量还原性气体比例根据公式八计算得到：

38、r还＝(vco+vh2)/vg公式八；

39、其中，vn2为炉腹煤气量中n2含量，单位m3/thm；vco为炉腹煤气量中co含量，单位m3/thm；vh2为炉腹煤气量中h2含量，单位m3/thm；f为炉腹煤气量指数，单位m/min；s截为炉缸截面积，单位m2；n2b为空气鼓风中的氮气含量，单位％；r还为炉腹煤气量还原性气体比例，单位％。

40、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述风口焦点温度通过fluent数值模拟仿真得到。

41、在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述根据所述高炉产量、所述风口前燃烧焦炭量、所述炉腹煤气量还原性气体比例和所述风口焦点温度，确定调控参数，包括：

42、根据所述高炉产量、所述风口前燃烧焦炭量、所述炉腹煤气量还原性气体比例和所述风口焦点温度依次对应确定富氧率提高后的高炉增产幅度、风口前燃烧焦炭量增幅、炉腹煤气量还原性气体比例增幅和风口焦点温度增幅；

43、将所述高炉增产幅度与所述风口前燃烧焦炭量增幅之差，加上所述炉腹煤气量还原性气体比例增幅与所述风口焦点温度增幅之差，得到所述调控参数。

44、根据本技术实施例的第二方面，提供了一种高富氧冶炼装置，所述装置包括：

45、第一计算单元，用于确定富氧率提高后不同富氧方式对应的高炉风量和氧量；

46、第二计算单元，用于根据所述高炉风量和所述氧量，确定所述富氧方式对应的高炉产量；

47、第三计算单元，用于确定风口回旋区在所述富氧方式下的理论燃烧温度；

48、第四计算单元，用于确定所述富氧方式对应的风口前燃烧焦炭量、炉腹煤气量指数、炉腹煤气量还原性气体比例和风口焦点温度；

49、调控参数确定单元，用于根据所述高炉产量、所述风口前燃烧焦炭量、所述炉腹煤气量还原性气体比例和所述风口焦点温度，确定调控参数；

50、调控单元，用于根据所述调控参数调整喷煤量和鼓风湿度，以将所述理论燃烧温度和炉腹煤气量指数控制在目标范围内。

51、根据本技术实施例的第三方面，提供了一种高富氧冶炼设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时，实现如上述第一方面任一项所述的方法的指令。

52、在本技术中，通过确定富氧率提高后不同富氧方式对应的高炉风量和氧量；根据高炉风量和氧量，确定富氧方式对应的高炉产量；确定风口回旋区在富氧方式下的理论燃烧温度；确定富氧方式对应的风口前燃烧焦炭量、炉腹煤气量指数、炉腹煤气量还原性气体比例和风口焦点温度；根据高炉产量、风口前燃烧焦炭量、炉腹煤气量还原性气体比例和风口焦点温度，确定调控参数；根据调控参数调整喷煤量和鼓风湿度，以将理论燃烧温度和炉腹煤气量指数控制在目标范围内。上述方案通过对不同富氧方式下高炉风口回旋区状态(即理论燃烧温度和炉腹煤气量指数)的定向优化，提高了高炉冶炼效率和质量，降低了能耗。

53、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。