一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115470727A(43)申请公布日2022.12.13(21)申请号202211128146.5G06F119/14(2020.01)(22)申请日2022.09.16(71)申请人山东钢铁股份有限公司地址271104山东省济南市钢城区府前大街99号(72)发明人张乐辰李朝阳王中学董强张明姬光刚张红启卢军波(74)专利代理机构济南舜源专利事务所有限公司37205专利代理师辛向东(51)Int.Cl.G06F30/28(2020.01)C21B5/00(2006.01)G06F111/10(2020.01)G06F113/08(2020.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法(57)摘要本发明涉及高炉炼铁过程数值模拟仿真技术领域，具体涉及一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，包括如下步骤：S1、建立高炉连续相数值模拟工艺模型；S2、建立高炉软熔带数学模型；S3、建立高炉喷吹焦炉煤气反应模型；S4、将高炉连续相数值模拟工艺模型、高炉软熔带数学模型和高炉喷吹焦炉煤气反应模型进行耦合求解高炉喷吹焦炉煤气过程；S5、根据高炉工艺操作对于工艺的影响确定最优的高炉喷吹焦炉煤气操作工艺。本发明确定了较优的焦炉煤气喷吹操作工艺，指导现场试验应用和设备改造，并最终达到减少高炉化石能源使用量，降低冶金长流程工艺碳排放量的效果，解决了高炉喷吹焦炉煤气工艺研发过程中缺少定量化、数据化技术指导的问题。CN115470727ACN115470727A权利要求书1/1页1.一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立高炉连续相数值模拟工艺模型；S2、建立高炉软熔带数学模型；S3、建立高炉喷吹焦炉煤气反应模型；S4、将高炉连续相数值模拟工艺模型、高炉软熔带数学模型和高炉喷吹焦炉煤气反应模型进行耦合求解高炉喷吹焦炉煤气过程；S5、根据高炉工艺操作对于工艺的影响确定最优的高炉喷吹焦炉煤气操作工艺。2.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，步骤S1中，高炉连续相数值模拟工艺模型是根据质量平衡、动量平衡和能量平衡结合数值分析方法建立，数值分析方法采用多相流仿真商业软件进行。3.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，步骤S2中，高炉软熔带数学模型为根据炉料物理性质，分别建立冶炼温度与软熔带孔隙率、炉料粒径的关系。4.如权利要求3所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，软熔带孔隙率采用炉料收缩率表征，炉料收缩率R与温度T具有一次函数或二次函数关系。5.如权利要求4所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，二次函数为，R＝2.08e‑5T2‑0.068T+55.6。6.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，步骤S3中，高炉喷吹焦炉煤气反应模型根据铁矿石与氢气的间接还原反应进行建立。7.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，步骤S4中，采用多相流仿真商业软件耦合求解高炉喷吹焦炉煤气过程，耦合求解高炉喷吹煤粉和焦炉煤气过程的炉内温度场、压力场、速度场、产量、炉顶气体利用率、孔隙率、气体组分。8.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，步骤S5中，高炉工艺操作对于工艺的影响为炉顶布料方式、焦炉煤气喷吹量变化对炉身内部的影响。9.如权利要求7所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法，其特征在于，对于炉身内部的指标为炉身内部温度场、压力场、速度场、产量、炉顶气体利用率、孔隙率及气体组分。2CN115470727A说明书1/4页一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法技术领域[0001]本发明涉及高炉炼铁过程数值模拟仿真技术领域，具体涉及一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法。背景技术[0002]高炉炼铁工艺由于具有产量大、效率高、质量稳定等优点，是最主要的炼铁方法过程。但是随着社会碳排放问题的日益突显，减少高炉过程化石燃料的使用量，以含H2、CH4等富氢喷吹介质替代焦炭的高炉喷吹焦炉煤气方法已成为高炉低碳冶炼的重要发展方向。焦炉煤气在风口前与热风中氧气燃烧导致CO和H2气体含量升高，氮气中还原气体分压升高。热力学计算和实际现场试验均表明使用焦炉煤气替代天然气可以降低焦炭消耗并且提高铁水产量。焦炉煤气的高效是由于它含有比天然气少3.5‑4倍的碳氢化合物。这有利于提高风口边缘的燃烧，激活焦炭柱以及增加炉内气体的利用。虽然喷吹焦炉煤气可以降低化石燃料使用量、减少碳排放，但是富氢燃料与高炉内焦炭发生反将改变高炉透气性，另外氢还原反应为吸热反应，焦炉煤气喷吹量过大时会大幅降低高炉内部温度，改变炉内温度场分布，进而影响铁矿石的还原效率