(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210600765.3 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 鞍钢股份有限公司 地址 114000 辽宁省鞍山市铁西区环钢路1 号 (72)发明人 邵思维　朱建伟　张延辉　车玉满　 肇德胜　张磊　姜彦冰　刘炳南　 姜喆　郭天永　 (74)专利代理 机构 鞍山嘉讯科技专利事务所 (普通合伙) 21224 专利代理师 徐喆 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) C21B 5/00(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高炉块状带压 差模型的构建及应用 (57)摘要 本发明涉及一种高炉块状带压差模型的构 建及应用， 包括以下步骤： 1)将高炉块状带分为 中心焦区域和焦矿混合区域， 对两区域的区域截 面积和空隙度分别进行建立方程； 通过压力平衡 原则建立压差模型； 2)获取中心焦炭区域截面积 模型， 计算出中心焦炭圆形区域半径及截面积； 3)计算出焦矿混合区域在块状带的平均截面面 积； 4)获取块状带两个区域的料柱阻力系数模 型， 中心焦区域的阻力系数由焦 炭空隙度计算获 得， 焦矿混合区的阻力系数由自然堆积空隙度、 矿层和焦层厚度的比值、 烧结低温还原粉化率计 算得出； 5)模拟计算出高炉块状带压差。 优点是： 建立了符合高炉内部实际情况的块状带的压差 数学模型， 用于高炉可视化模拟。 权利要求书2页 说明书6页 CN 115017690 A 2022.09.06 CN 115017690 A 1.一种高炉块状带压 差模型的构建， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)将高炉块状带分为中心焦区域和焦矿混合区域， 对两区域的区域截面积和空隙度分 别进行建立方程； 通过压力平衡原则建立压 差模型； 2)获取中心焦炭区域截面积模型， 通过料面体积拟合结果和矿石、 焦炭体积， 布料矩阵 角度， 中心焦炭比例， 计算出中心焦炭圆形区域半径及截面积； 3)根据计算出的中心焦炭圆形区域面积、 炉身角、 块状带高度， 计算出焦矿混合区域在 块状带的平均截面 面积； 4)获取块状带两个区域的料柱阻力系数模型， 中心焦区域的阻力系数由焦炭空隙度计 算获得， 焦矿混合区的阻力系 数由球团和烧结矿混合后的自然堆积空隙度、 矿层和焦层厚 度的比值、 烧结低温还原粉化 率计算得 出； 5)根据步骤1)和4)建立的方程及计算出的参数， 模拟计算出高炉块状带压 差。 2.根据权利要求1所述的一种高炉块状带压差模型的构建， 其特征在于， 步骤1)中所述 的压差模型： 式(1)中： △P： 为块状带压 差， 单位为Pa； V腹： 为炉腹煤气量， 单位 为m3/min； S1： 为焦‑矿混合区域在块状带的下截面积， 单位 为m2； S2： 为中心焦炭区域截面积， 单位 为m2； K1： 为焦‑矿混合后区域的料柱阻力系数， 无量纲单位； Kc： 为中心焦区域的料柱阻力系数， 无量纲单位； M： 为空气相对分子质量2 9g/mol； ρ： 为煤气在常压下的密度， 约为1.2 9‑1.3， 单位 为kg/m3； H： 为块状带高度， 单位 为m； R： 为常数8.313， 单位 为J/(mol·k)； T顶： 为高炉炉顶温度， 单位 为K； Pt： 为高炉 炉顶压力， 单位 为Pa。 3.根据权利要求1所述的一种高炉块状带压差模型的构建， 其特征在于， 步骤2)中中心 焦炭区域圆形截面积S2＝ π L2， 中心焦炭区域圆形截面积的半径L和布料参数的关系： 式(2)中： L 为中心焦炭区域半径， 单位 为m； R喉为高炉炉喉半径， 单位 为m； V矿为矿石批 重， 单位为t； α1： 计算过程 量， 无量纲单位； H1为矿石层厚度， 由料线方程中料面高度对焦炭体积和矿石体积的拟合 求出， 单位 为m；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115017690 A 2式(3)中： A为中心加焦倾动角度落 点处焦炭的外堆角， 单位 为°； B为矿石布料的最小倾动角度落 点处矿石的内堆角， 单位 为°。 4.根据权利要求1所述的一种高炉块状带压差模型的构建， 其特征在于， 步骤3)中焦矿 混合区域在块状带的平均截面 面积和炉身角、 炉喉直径及中心焦炭区域截面积关系： 式(4)中： β 为高炉 炉身角， 单位 为°； R喉为高炉炉喉半径， 单位 为m； H： 为块状带高度， 单位 为m； S1： 为焦‑矿混合区域在块状带的下截面积， 单位 为m2； S2： 为中心焦炭区域截面积， 单位 为m2。 5.根据权利要求1所述的一种高炉块状带压差模型的构建， 其特征在于， 步骤4)焦矿混 合区的阻力系数和高炉 炉料参数的关系： 式(5)中： K1： 为焦‑矿混合后区域的料柱阻力系数， 无量纲单位； Kc： 为中心焦区域的料柱阻力系数， 无量纲单位； E： 为焦炭混合区域中矿石层厚度和焦炭层厚度的比值， 无量纲单位； N： 为层间效应系数， 为焦炭层和矿石层 之间的气流阻力效应， 无量纲单位， 取值范围为 1.15～1.32； ∈o为考虑低温还原后矿石层的压缩状态下空隙度， 量纲为％； dpo为矿石层平均粒径， 单位 为m； 为矿石层平均形状系数， 量纲为％； 取值范围为0.6 5‑0.75； 式(6)中： ∈o1： 为烧结和球团矿混合后自然状态下堆积的空隙度， 单位 为％； 为炉料压缩率， 单位 为％， 取值0.85％～0.8 8％； RDI‑0.5： 为烧结矿低温还原粉化指标 ‑0.5mm的百分比， 单位 为％。 6.根据权利要求1 ‑5任意一项所述的一种高炉块状带压差模型的应用， 其特征在于， 根 据模型， 对不同原料 条件的压 差模型进行 预估， 确定各操作参数的最佳值， 包括： 1)当变料后 △P预测降低时， 降低焦炭批 重0.2t～0.4t， 从而达 到最佳燃料消耗； 2)当变料后 △P预测升高时， 首先降低顶温， 打开炉顶打水， 降低顶温至除尘工艺接受 范围内的最低值， 减少风量损失； 降低矿石批重1～ 4t， 降低批重后， 利用压差模型重新计算 △P， 如降低矿石批重4t后， △P预测值仍较变料前升高＞5kPa， 继续采取提高中心焦比例 5％～10％， 如中心焦比例增加10％后， △P预测值仍较变料前升高＞5kPa， 则减小矿石最小 倾动角度0.5 °～1.5°同时通过提高顶压和风量的对应 关系， 将鼓风动能降至原动能的75％ ～85％， 但鼓风动能≮90kJ/s， 最大化减少风 量损失。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115017690 A 3