一种风口取焦评判高炉工作状态的方法

本发明属于高炉炼铁领域，可应用于评判高炉工作状态，为高炉操作调整提供依据。

背景技术：

1、高炉工作状态的评判不仅是保障生产稳定、提高生产效率的关键环节，更是关乎企业经济效益、安全保障和设备可靠性的重要工作。只有通过科学的评判手段，及时发现并解决问题，才能确保高炉持续高效、安全稳定地运行。焦炭作为高炉冶炼中燃料和矿石还原剂，更重要的作用是担当料柱骨架作用。随着高炉喷煤比的不断提高，焦炭在炉内的骨架作用显得越来越重要。由于焦炭燃烧的风口回旋区大小、焦炭劣化状况以及焦粉的堆积行为，都会对炉料的下降和料柱的透气性和透液性有重大影响。因此，了解风口焦炭的性状、掌握风口焦性状对高炉在高喷煤比条件下的稳定操作，对高炉工作状态的评判十分重要。

2、采用高炉风口取样分析是研究高炉风口循环区和死料柱的有效手段，不仅可以定量了解焦炭劣化程度，对焦炭质量进行直接评价，而且可以了解高炉下部及死料柱的活性，对炉缸侵蚀控制提供有益的指导。目前高炉风口评判主要依靠工作人员的主观感觉，缺乏足够的数据支撑和详细的数据采集和记录，难以准确分析高炉的工作状态。因此亟需开发一种风口取焦的方法以了解风口焦炭的性状和风口焦性状，从而评判高炉工作状态，进而指导高炉生产。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术难题，提供了一种风口取焦评判高炉工作状态的方法。该方法通过将风口焦取出来后对焦炭进行粒级评价，从而判断渣铁滞留率、炉缸圆周方向均匀程度以及炉缸活跃性等高炉工作状态，以指导高炉生产顺行。该方法设备简单、操作方便，可直接确定焦炭质量，准确评判高炉状态。

2、本发明采用如下技术方案：一种风口取焦评判高炉工作状态的方法，使用取样枪进行取样，所述取样枪包括半包围的侧壁，固定连接在侧壁顶端的顶壁和和固定连接在侧壁低端的底壁，还包括与侧壁滑动密封连接的盖板，顶壁、侧壁、底壁和盖板共同形成用于存放样品的空心腔，所述空心腔内且沿取样枪径向设有若干隔板，通过若干隔板将空心腔分为若干个独立的空心子腔，若干个所述空心子腔之间具有相互连通的气孔。

3、还包括以下步骤：

4、步骤1：取样枪的每个空心子腔对应着取焦位置，将取焦位置按照序号1#、2#、3#…进行排序，序号按照距风口的距离由近到远依次增加；

5、步骤2：在高炉休风时，将取样枪从风口处沿高炉径向插入，取样长度小于等于炉缸半径，抽出盖板，高炉各个区域的焦炭、渣及铁的混合物则落入对应的空心子腔内，随即抽出取样枪，立即加上盖板，同时向若干空心子腔内通入保护气体，将炽热的混合物冷却至室温；

6、步骤3：将各段样品从取样枪中取出，并分离各段样品中的焦炭、渣和铁后，进行称量和保存，做好标识，得到第i段焦炭的质量mi和第i段渣铁的质量mi渣铁；

7、步骤4：取样后分别将各段焦炭进行筛分和称重，计算焦炭各级质量百分比，对焦炭粒级计算评价，根据数据计算得到相应的高炉工作参数。

8、计算焦炭各级的质量百分比，公式如下：

9、

10、其中，pij为第i段第j级焦炭所占的质量百分比，mj为第i段第j级焦炭的质量，m为第i段总质量。

11、进一步的，步骤1中各个空心子腔的轴向长度为0.125、0.25或0.5m。

12、进一步的，步骤2中所述的保护性气体为氮气或者氩气。

13、进一步的，步骤3中所述的分离各段样品中的焦炭、渣和铁的方法包括磁选法或重力选法。

14、进一步的，步骤4中所述的筛分所用到的筛子直径依次为40mm、25mm、10mm、5mm和3mm。

15、进一步的，步骤4中所述的高炉工作参数包括风口回旋区长度、风口回旋区焦炭粒度、死焦堆焦炭粒度、渣铁滞留率和死焦堆浮起高度。

16、风口回旋区长度通过焦炭粒度的变化判断；

17、按照序号依次对各段的焦炭平均粒度di平均进行计算，并判断是否小于10mm；若该段平均粒度大于等于10mm，则对下一段的平均粒度进行计算并判断，直至平均粒度小于10mm，计算得到的风口回旋区长度d回旋区为该段取样格子终点到炉墙的距离，公式如下：

18、if(di平均<10mm，d回旋区＝d空心子腔×i，i＝i+1)，i从1开始计算。

19、其中di平均＝∑dipi，di为第i段每个粒级范围上下限的均值，pi为第i段各粒级焦炭占焦炭总质量的百分比；d空心子腔为各个空心子腔的轴向长度；

20、计算风口回旋区焦炭粒度，公式如下：

21、d回旋区平均＝∑di回旋区pi回旋区

22、其中，d回旋区平均为风口回旋区焦炭粒度，di回旋区为风口回旋区第i段焦炭粒度的均值，pi回旋区为回旋区第i段焦炭占风口回旋区焦炭总质量的百分比；

23、计算死焦堆焦炭粒度，公式如下：

24、d死焦堆平均＝∑di死焦堆pi死焦堆

25、其中，d死焦堆平均为死焦堆焦炭粒度，di死焦堆为死焦堆第i段焦炭粒度的均值，pi死焦堆为死焦堆第i段焦炭占死焦堆焦炭总质量的百分比；

26、渣铁滞留率公式如下：

27、

28、其中，ri为第i段渣铁所占的质量百分比，mi渣铁为第i段渣铁的质量，mi为第i段渣铁和焦炭的质量之和；

29、死焦堆实际浮起高度hc由下式计算：

30、hc＝λhs-λa(κ+1)

31、式中：

32、hs为炉渣液面距离铁口的高度，单位为m；

33、κ为渣铁深度比，满足κ＝γρi/ρs；γ为渣比，；ρi和ρs为分别为铁水和炉渣的密度，单位为kg/m3；

34、λ为与高炉炉况相关的常数，满足ρc为焦炭的真密度kg/m3；

35、a为与高炉设计参数和实际操作数据有关数据，计算如下：

36、

37、ρm为料柱的平均密度，单位为kg/m3，满足ρo和ρc为分别为矿石和焦炭的真密度，单位为kg/m3；mo和mc为分别为吨铁消耗的矿石质量和焦炭质量，ε为炉料的孔隙率；

38、g为重力加速度；

39、δv为块状带体积，满足δv＝v-vh-vt-n×vrw，；v为高炉有效容积；vh为铁口以上的炉缸死焦堆体积，vh＝a×hh；hh为铁口到风口中心线距离；a为炉缸横截面积，a＝πd2/4；d为炉缸直径；vt为炉喉空区体积，vt＝πdt2ht/4；其中dt为炉喉直径，ht为料线深度；vrw为单个回旋区体积，vrw＝πdrw3/6，drw为回旋区深度；n为风口个数；

40、δv、v、vh、a和vt的单位均为m3；hh、d、dt、ht和drw的单位均为m；

41、εd为死焦堆的孔隙率；

42、p为煤气浮力，单位为n；

43、f为壁摩擦力，单位为n；

44、h为设计死铁层深度，单位为m。

45、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

46、1.目前高炉工作状态的评判主要依靠工作人员的主观感觉，缺乏足够的数据支撑和详细的数据采集和记录，难以准确分析高炉的工作状态。本发明方法通过将风口焦取出来后对焦炭进行粒级评价，从而判断渣铁滞留率、炉缸圆周方向均匀程度以及炉缸活跃性等高炉工作状态，以指导高炉生产顺行。

47、2.通过风口取焦后将各段样品中的焦炭和渣铁分离后，可以计算得到渣铁滞留率，分别将各段焦炭进行筛分和称重，计算各段平均粒度，在此基础上，根据公式可依次计算得到回旋区长度、回旋区焦炭粒度、死焦堆焦炭粒度和死焦堆浮起高度。根据上述得到的参数，结合常用的炉缸活跃度评价方法得到炉底中心温度(td)、炉底/炉缸侧壁(a＝td/tc)、炉缸清洁指数(dci)，对高炉的炉缸活跃性进行探讨。通过探讨高炉炉缸活跃性，可以指导配矿、控制煤气流的分布、制定高炉热制度，以及做好入炉原燃料管理等操作，从而达到高炉稳定顺行的目的。

48、3.一种风口取焦评判高炉工作状态的方法，通过将风口焦取出来后对焦炭进行粒级评价，从而判断渣铁滞留率、炉缸圆周方向均匀程度以及炉缸活跃性等高炉工作状态，该方法设备简单、操作方便，可直接确定焦炭质量，准确评判高炉状态，从而指导高炉生产顺行。