способ определения оптимального радиального газораспределения в доменной печи

Формула изобретения

Способ определения оптимального радиального газораспределения в доменной печи, включающий измерение температуры газа в каждом из пяти равновеликих по площади колец колошника, контроль состава колошникового газа на содержание в нем окиси и двуокиси углерода, отличающийся тем, что определяют количественный показатель распределения температуры газа по радиусу печи (Кр) и количественный показатель степени использования окиси углерода ( _со) в колошниковом газе на выходе из печи, количественные показатели (Кр) и ( _со) усредняют за время работы печи между двумя закрытиями чугунной летки на смежных выпусках и сопоставляют их между собой за непрерывно обновляющийся, равный 50-60 периодам усреднения работы период работы, далее используют значения (Кр) со сдвигом по отношению к значениям ( _со) вперед по времени на два периода усреднения и определяют оптимальное радиальное газораспределение, при котором достигается максимальное использование окиси углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для определения оптимального радиального газораспределения в доменной печи, обеспечивающего максимальное использование восстановительной энергии газового потока.

Известен способ определения оптимального радиального газораспределения в доменной печи по контролю содержания двуокиси углерода (СО₂) в газе в различных точках радиуса колошника печи. Так, например, для доменных печей Кузнецкого металлургического комбината оптимальное радиальное газораспределение достигалось при следующих значениях содержания СО₂ в газе: на периферии печи 7-8%, в рудном гребне 18-20% и на оси печи 6 - 8% (Доменный процесс по новейшим исследованиям. Металлургиздат. М., 1963, стр.297-303). Для доменных печей Магнитогорского металлургического комбината эти значения составляли соответственно 9, 18 и 7% (Достижения доменщиков Магнитогорского металлургического комбината. Металлургиздат. М., 1957, стр.210-247).

Данный способ имеет следующие недостатки:

- полученные кривые не универсальны, а характерны только для тех сырьевых и эксплуатационных условий плавки, в которых они получены;

- отсутствуют количественные показатели оценки формы кривой газораспределения;

- отсутствует сопоставление формы кривой газораспределения с показателями, характеризующими или использование газового потока, или технические показатели плавки;

- сложность регулярного определения на практике содержания СО ₂ в газе в различных точках радиуса колошника.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ контроля и использования газа, направленный на оптимизацию его распределения по сечению колошника (Авторское свидетельство СССР № 1604858, С21В 7/24).

Основными недостатками данного способа являются:

- необходимость использования данных, которые трудно определить на практике: состав газа по радиусу доменной печи, профиль поверхности шихты, расходы газа в кольцевых сечениях колошника и т.д.;

отсутствуют доказательства достоверности используемых зависимостей (1) и (2), коэффициентов К и I, свободных членов m и n в этих зависимостях для определения оптимальных значений относительных расходов и степеней использования газа в кольцевых сечениях колошника;

- отсутствие сведений о путях реализации этого способа: получение исходных данных, их усреднение, сопоставление между собой;

не ясно, как производят корректировку газораспределения в печи в случае отклонения указанных параметров от оптимальных значений и удовлетворяются условия (3) и (4) и т.д.

Для упрощения способа определения оптимального радиального распределения и получения более достоверных результатов этого распределения предлагается способ определения оптимального радиального газораспределения в доменной печи, включающий измерение температуры газа в каждом из пяти равновеликих по площади колец колошника, контроль состава колошникового газа на содержание в нем окиси и двуокиси углерода, определяют количественный показатель распределения температуры газа по радиусу печи (Кр) и количественный показатель степени использования окиси углерода ( со) в колошниковом газе на выходе из печи, количественные показатели (Кр) и ( со) усредняют за время работы печи между двумя закрытиями чугунной летки на смежных выпусках и сопоставляют их между собой за непрерывно обновляющийся, равный 50-60 периодам усреднения работы, период работы, значение (Кр) используют со сдвигом по отношению к значению ( со) вперед по времени на два периода усреднения и определяют оптимальное радиальное газораспределение, при котором достигается максимальное использование окиси углерода.

Сущность предлагаемого изобретения, направленного на определение оптимального радиального газораспределения выражается в совокупности следующих признаков и действий:

- измеряют температуру газа в каждом из пяти равновеликих по площади колец. Принятое решение позволяет проводить определение количественного показателя распределения температуры газа по радиусу печи (Кр);

- измеряют состав общего колошникового газа на выходе из печи на содержание в нем окиси и двуокиси углерода. Принятое решение позволяет проводить определение количественного показателя степени использования окиси углерода ( со);

- количественные показатели распределения и использования газового потока усредняют за технологические отрезки времени и сопоставляют между собой для определения экстремума зависимости между ними, при котором достигают максимального использования СО. Усреднение за технологические отрезки времени необходимо потому, что такие периодически проводимые на печи технологические операции как загрузка подачи шихтовых материалов в печь, загрузка цикла подач, выпуск из печи продуктов плавки приводят к изменению распределения и использования газового потока;

- усреднение количественных показателей распределения и использования газового потока проводят за время работы печи между двумя закрытиями чугунной летки на смежных выпусках. Это обусловлено тем, что из всех периодически проводимых на печи технологических операций наибольшее влияние на распределение и использование газового потока оказывает периодичность выпуска продуктов плавки, связанная с изменением скорости схода шихтовых материалов от накопления и выдачи из печи продуктов правки;

- определение экстремума зависимости показателя использования газа от показателя его радиального газораспределения проводят за время работы печи, равное 50-60 периодам усреднения;

- при сопоставлении показателей распределения и использования газового потока значения первых сдвигают вперед по времени на два периода усреднения. Это обусловлено тем, что изменение в распределении материалов по вертикальному сечению печи и связанное с ним изменение в распределении газового потока окажут влияние на его использование только тогда, когда по новому сформируется не менее половины шахты печи, что соответствует периоду работы печи, равному двум периодам усреднения.

Сказанное может быть проиллюстрировано данными, представленными на следующих чертежах:

- "Влияние периодичности выпуска из печи продуктов плавки на распределение и использование газового потока" (фиг.1);

- "Зависимость степени использования окиси углерода в доменной печи ( _со) от показателя распределения температуры газа по радиусу печи (Кр) при сопоставлении их за один и тот же период усреднения (n) и при сдвиге значения Кр по отношению _со вперед по времени на один (n+1), два (n+2), три (n+3) и четыре (n+4) периода усреднения (фиг.2);

- "Изменение во времени показателя распределения температуры газа по радиусу печи" (фиг.3).

Из фиг.1 видно, что периодичность выпуска продуктов плавки из печи и связанное с этим изменение в сходе материалов приводит к существенному перераспределению газового потока по радиусу колошника и к связанному с этим изменению в использовании газового потока. Поэтому усреднение данных о распределении и использовании газового поток за отрезки времени, не соответствующие периодам работы печи от закрытия до закрытия чугунной летки на смежных выпусках, могут дать непредставительные результаты.

Представленные на фиг.2 данные показывают, что наиболее четко экстремальный характер зависимости _co=(Кр) проявляется при сдвиге данных о значении Кр на два периода усреднения по отношению к данным о значениях _со. При сдвиге, предшествующем и превышающем выбранный на один период усреднения (фиг.2, «б» и «г»), экстремальный характер зависимости ослабевает, а на 2 периода усреднения (фиг.2, «а» и «д») - практически исчезает.

Для осуществления предложенного способа доменная печь должна быть оборудована следующими техническими средствами:

- "Устройство для контроля распределения температуры газа по радиусу колошника" (Авторское свидетельство СССР № 1016363, Кл. С21В 7/24, 1983), представляющее собой устанавливаемую над уровнем засыпи радиальную многоточечную (пятиточечную) термопару, измеряющую среднюю температуру газа в каждом из пяти равновеликих по площади колец (в центре печи-круга), на которые разделена площадь колошника; причем третья точка в этом случае делит площадь колошника на две равные части: "периферийную" и "центральную";

- газоанализатор, анализирующий состав колошникового газа, выходящего из печи, на содержание в нем СО и СО₂.

После оборудования доменной печи перечисленными техническими средствами дальнейшее осуществление предлагаемого способа возможно как с использованием вычислительной техники, так и без нее.

В первом случае очередность операций должна быть следующей:

- непрерывный опрос показаний каждой из пяти точек радиальной многоточечной термопары и газоанализатора;

- усреднение показании термопар и газоанализатора после получения сигнала о закрытии чугунной летки;

- расчет показателя распределения температуры газа по радиусу печи по следующему выражению:

Кр=t_п/t_ц, дол. ед.,

где t_п=0,4t₁ +0,4t₂+0,2t₃ - температура газа в "периферийной" части колошника, °С;

t_ц=0,2t₃+0,4t ₄+0,4t₅ - температура газа в "центральной" части колошника, °С;

t₁, t ₂, t₃, t₄, t₅ - показания термопар в пяти равновеликих по площади кольцах колошника (в центре печи-круга), считая от периферии к центру;

- расчет показателя степени использования СО по следующему выражению:

_co=СО₂/(СО+CO ₂), дол. ед.,

где СО и СО₂ - содержание окиси и двуокиси углерода в колошниковом газе на выходе из печи, дол.ед.;

- накопление в памяти ЭВМ 50-60 значений Кр и _co, полученных вышеописанным способом. Число значений Кр и _co меньше 50 снизит достоверность получения зависимости _co=f (Кр), особенно при использовании для этого статистической модели. Число значений Кр и _со больше 60 снизит оперативность определения оптимального радиального газораспределения;

- подготовка исходных значений Кр и _со к определению экстремума зависимости _co=f (Кр), выражающееся в сдвиге вперед по времени на два периода усреднения значений Кр по отношению к значениям _co. Это можно проиллюстрировать следующей таблицей, в которой представлены подготовленные к определению экстремума данные:

№№ периодов усреднения от начала отсчета

для Кр	для co
1	3
2	4
3	5
4	и т.д.

- определение экстремума зависимости _co=f (Кр) с помощью статистической модели вида:

_со= ₀+ ₁Кр+ ₂ КрКр,

где ₀, ₁ и ₂ - коэффициенты регрессии модели, определяемые методом наименьших квадратов;

- вывод на экран дисплея графика видеокадра в координатах "Степень использования окиси углерода" и "Показатель распределения температуры газа по радиусу печи", аналогичный изображенному на фиг.2 «в», исходных данных и линии регрессии. Из фиг.2 «в» видно, что оптимальное радиальное газораспределение, при котором достигается максимальное использование окиси углерода, для сырьевых и эксплуатационных условий плавки доменной печи №9 ММК достигалось при значениях Кр=0,85;

- продолжение опроса показаний радиальной многоточечной термопары и газоанализатора, усреднение полученных данных после получения следующего сигнала о закрытии чугунной летки; расчет Кр и _со; занесение последних результатов расчета в базу данных, исключив при этом первые значения (т.е. проводя непрерывное обновление базы данных); поиск линии регрессии; нанесение на видеограмму, подобную изображенной на фиг.2 «в», последних результатов расчета (исключив первые) и линии регрессии;

- установление технологическим персоналом печи допустимых пределов изменения текущих значений Кр (уставки), в пределах которых воздействия по изменению газораспределения не принимаются (фиг.3);

- принятие мер по изменению соотношения руды и кокса на периферии печи в сторону увеличения в этом районе печи рудной части шихты при выходе значения Кр за пределы уставки в большую сторону (фиг.3), свидетельствующем о перераспределении газового потока по радиусу печи в сторону увеличения расхода газа в этом районе печи сверх оптимального. При выходе значения Кр за пределы уставки в меньшую сторону, свидетельствующего о загрузке периферии печи рудной частью шихты сверх оптимального уровня, принимаются меры по ее разгрузке изменением соотношения руды и кокса в этом районе печи в сторону увеличения здесь коксовой части шихты. При двухконусном засыпном аппарате эти воздействия осуществляются изменением системы загрузки, величины подачи и уровня засыпи; при безконусном загрузочном устройстве, например лоткового типа, - соответствующим изменением положений лотка при выгрузке руды и кокса.

Осуществление предлагаемого способа на доменных печах, не оборудованных вычислительной техникой, возможно за счет периодически проводимой обработки данных диаграмм контрольно-измерительных приборов с записью показаний радиальных многоточечных термопар и газоанализаторов; усреднения полученных значений за периоды работы печи между закрытиями чугунной летки на смежных выпусках (за 50-60 периодов усреднения); определения количественных показателей распределения и использования газового потока за выбранные периоды усреднения; сопоставления их между собой путем построения графика, подобного изображенному на фиг.2 «в»; проведения линии регрессии и определения по ней оптимального значения Кр, при котором достигается максимальное использование окиси углерода; принятия соответствующих мер по изменению параметров загрузки при отклонении текущих значений Кр за пределы уставки.