本發(fā)明屬于煉鋼高爐爐缸活性監(jiān)測方法技術領域，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：
現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的管理者和生產者總是全力維護高爐生產的長期穩(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的“心臟”，一般維持著整個高爐生產的健康發(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)測已經成為高爐生產的熱點、重點和難點，如何實現(xiàn)對爐缸活性的量化計算，怎樣實現(xiàn)對爐缸活性的在線監(jiān)測，如何在最短的時間內準確的發(fā)現(xiàn)爐缸活性的異常變化，從而在最短的時間內恢復爐缸活性，是行業(yè)內亟待解決的問題，其根本目的就是要維護高爐生產的長期穩(wěn)定順行，確保沒有高爐爐缸堆積等惡性生產事故的發(fā)生，從而避免造成巨大的經濟損失，為降本增效保駕護航。
眾所周知，中國鋼鐵行業(yè)自2012年第1季度出現(xiàn)21世紀首次全行業(yè)虧損后，全面進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)著鋼鐵生產總成本的70％以上，肩負著整個行業(yè)節(jié)能減排、降本增效的重任。如何以新挑戰(zhàn)為契機，實現(xiàn)煉鐵技術的轉型升級、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)，在一段時間內實現(xiàn)日產過萬，燃料比500kg/t以下，焦比320kg/t以下的本鋼煉鐵歷史最好指標。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一步降本增效方面遇到了瓶頸，尤其是面對整個鋼鐵行業(yè)步入“寒冬期”的現(xiàn)狀，降本增效成為當務之急，而轉型升級、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穩(wěn)定順行為基礎，以降低燃料消耗為目標。若高爐生產爐況失常，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，許多高爐投產后不久便出現(xiàn)了爐缸活性失常的惡性事故，造成直接經濟損失達上百億元人民幣。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系，如何實現(xiàn)爐缸活性的量化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)爐缸活性失常應如何恢復，如何提出適應不同高爐的爐缸活性量化標準，爐缸活性問題已經成為當前高爐煉鐵的焦點。
本鋼板材煉鐵廠新1號高爐在2010年發(fā)生過嚴重的爐缸活性失常事故，恢復爐況用時近一年，造成了巨大的經濟損失，因此，實現(xiàn)對爐缸活性的量化監(jiān)測早已成為新1號高爐生產急需的必要措施。
近些年來，國內一些高校和企業(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算出爐缸活性狀態(tài)，但總結起來，還存在以下幾點問題：
(1)計算結果滯后。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，當該溫度出現(xiàn)明顯降低時，就已經表明這時的死焦堆的滲透能力處于崩潰的狀態(tài)，爐缸已經失去活性，未能達到盡早發(fā)現(xiàn)爐缸活性失常的目的。
(2)計算結果失真。爐缸工作活躍指數(shù)模型在高爐爐況正常時，可以很好的描述高爐爐缸活性；但是，在爐缸活躍性失常時，該模型的計算結果與實際情況是嚴重不符的，呈現(xiàn)相反的結果，不能真實反應爐缸活性狀態(tài)。
(3)單一模型在生產中難發(fā)揮作用。實踐表明，影響爐缸活性的因素多且復雜，僅憑借一種模型的計算結果判斷爐缸活性，顯然是片面的。需要將多種模型進行整合，充分發(fā)揮出每個模型的作用，形成多種同時存在的依據(jù)或特征，從而綜合判斷出爐缸活性的真實情況。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決上述技術問題，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)模型計算結果滯后、失真的缺點，為實現(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的計算方法如式(1)、式(2)所示：
式中，fL-in是渣鐵流入爐缸的阻力系數(shù)，fL-out是渣鐵流出爐缸的阻力系數(shù)；
式中，fL為渣鐵流動阻力系數(shù)，ε為爐缸焦炭料柱的空隙度，φ為爐缸內焦炭的形狀系數(shù)，dp為爐缸內焦炭的直徑，上部取0.02m，下部取0.018m；μ為爐缸內液體的粘度，ρ為爐缸內液體密度，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為開始出渣出鐵時渣鐵層厚度。
分析fL-in和fL-out兩者的關系可以得到：
①fL-in≈fL-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，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。
②fL-in＜fL-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，將破壞高爐的正常生產，一般在爐外事故或者爐缸嚴重堆積、爐缸凍結的情況下出現(xiàn)。
③fL-in＞fL-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行了細化分析，可以計算出不同情況下的爐缸活躍性指數(shù)。當爐況正常時，即當時，NAH將隨著fL-in和fL-out的增大而降低，也隨著fL-in與fL-out差的絕對值的增大而降低；當爐況異常時，即當時，NAH也會隨著fL-in和fL-out的增大而降低，隨著fL-in與fL-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，也可以在第一時間通過計算結果被發(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)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，不僅完全克服了傳統(tǒng)方法計算結果滯后、失真的缺點，并且通過集成新的爐溫預報模型、物理熱指數(shù)模型、理論燃燒溫度計算優(yōu)化模型、爐缸工作出鐵指數(shù)模型、銅冷卻壁熱面狀況計算模型、Rist操作線計算模型等，為實現(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為實施例中高爐整個爐況波動及恢復過程的爐缸活躍性指數(shù)結果。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例
本鋼新一號高爐于2014年11月11日至2014年11月13日進行72小時年修，休風前爐況整體穩(wěn)定順行，但由于受到原燃料質量波動，風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月上旬主要技術經濟指標均值。
表1新一號高爐2014年11月上旬技術經濟指標均值
2014年11月14日新一號高爐復風后，爐況開始惡化，風量比正常時萎縮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。先后采取了退負荷，擴大布料角差，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月中下旬主要技術經濟指標均值。
表2新一號高爐2014年11月中下旬技術經濟指標均值
為了尋求造成爐況波動的根本原因，盡快恢復爐況，根據(jù)實際生產數(shù)據(jù)，利用本專利提出的量化方法對爐缸活性進行了量化計算。計算結果顯示：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，表明休風前爐缸活性狀態(tài)就已經開始下滑；高爐復風后，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)計算結果表明，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％，需要盡快采取相應措施，及時將爐缸活性恢復至正常水平，避免爐缸活性的進一步惡化，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。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，各項經濟指標得到改善，表3是2014年12月上中旬的技術經濟指標均值。
表3新一號高爐2014年12月上中旬技術經濟指標均值
整個爐況波動及恢復過程的爐缸活性量化計算結果如圖1所示。實踐證明，本發(fā)明提出的爐缸工作活躍性指數(shù)量化方法可以真實的反應爐缸活性狀態(tài)，有效地幫助高爐操作者及時把握爐缸活性，當爐缸活性下降或失常時，可以在第一時間發(fā)現(xiàn)并盡早進行操作干預，及時地避免了因爐缸活性惡化所造成的損失，從而在維護爐缸活性，保持高爐長期穩(wěn)定順行等方面發(fā)揮作用。