本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉，尤其涉及一種不同鼓風(fēng)溫度下噴吹用混合煤粉燃燒率的測算方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代冶煉工藝體系下，社會中各行各業(yè)所需要的絕大部分鋼鐵材料，都是來源于高爐冶煉工藝所生產(chǎn)的鐵水，因此，現(xiàn)階段作為生鐵主體加工設(shè)備的高爐仍然是不可取代的，亦或是不可或缺的。隨著科技與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高爐呈現(xiàn)出向大型化、自控化、長壽化以及高效化發(fā)展的趨勢，以高爐為核心的煉鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)也得到了增強。高爐煉鐵相比于其它冶煉工藝最為顯著的優(yōu)勢在于其工藝運行的高效化，這是因為高爐的熱利用效率高，即高爐在生鐵冶煉過程中可以實現(xiàn)用最少的燃料消耗獲得同等數(shù)量的鐵水。

2、高爐所用燃料主要由如下兩類燃料構(gòu)成，主體燃料為冶金焦炭，其是焦化用煤等經(jīng)歷高溫干餾的產(chǎn)物，在高爐冶煉過程中起到發(fā)熱劑、滲碳劑、還原劑以及最為重要的料柱骨架作用；再有就是噴吹用混合煤粉，主要是由不同種類的煙煤、無煙煤、貧煤、貧瘦煤、褐煤以及少部分的“含碳資源”(如蘭炭、提質(zhì)煤、除塵灰、生物質(zhì)燃料等)構(gòu)成，在高爐爐料過程中起到發(fā)熱劑、還原劑以及滲碳劑的作用。需要說明的是，由于噴吹用混合煤粉自身的物性特點，其在爐料冶煉過程中是不具備料柱骨架功能的。另外，由于焦煤資源緊張等因素的制約，導(dǎo)致冶金焦炭的供應(yīng)量存在較大缺口，這也直接導(dǎo)致了焦炭價格的居高不下，進(jìn)而推高了企業(yè)的運營成本。在此背景下，可以部分替代焦炭功能的噴吹煤粉工藝得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

3、作為爐內(nèi)重要熱量來源的噴吹用混合煤粉，其自身組成成分以及物性存在狀態(tài)，對于其在高爐內(nèi)的應(yīng)用效果是具有決定性意義的。而在諸多的分析和評價指標(biāo)(如組分含量、粒度分布、元素組成、灰成分構(gòu)成、可磨性、發(fā)熱值、著火點、爆炸性、反應(yīng)狀態(tài)、結(jié)焦性、燃燒率等)中，最為核心的指標(biāo)是混合煤粉在爐內(nèi)的利用效果，或者說是燃燒效果(以燃燒率表征)。多年的研究和生產(chǎn)實踐均已表明，混合煤粉的燃燒效果與眾多因素有關(guān)，如混合煤粉的成分、粒度構(gòu)成、外部氣氛、環(huán)境溫度等等，而在相同的外部環(huán)境下，混合煤粉的燃燒效果與組成成分密切相。

4、目前，針對噴吹用混合煤粉燃燒效果的評判，主要采用如下兩類方法：

5、第一類是經(jīng)驗判斷法，即基于行業(yè)經(jīng)驗，通過混合煤粉的基礎(chǔ)成分、煤種類型、煤種配比等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行人為的經(jīng)驗判斷，并對具有不同組分的混合煤粉，在不同外部燃燒條件下，給出相應(yīng)的燃燒效果說明，以此來指導(dǎo)高爐噴吹煤粉操作和高爐生產(chǎn)，但由于采用的是人為的經(jīng)驗分析方法，僅能夠給出定性的判斷，無法定量的給出分析結(jié)果，也無法準(zhǔn)確的分析出混合煤粉燃燒的真實數(shù)值，從而無法對燃燒趨勢加以準(zhǔn)確的預(yù)測。加之企業(yè)所用煤種的來源較為復(fù)雜，混合煤粉受多種因素的多重疊加影響，同時人為評判存在較大誤差，因此對混合煤粉的具體應(yīng)用及高爐實際生產(chǎn)運行效果均會造成影響。

6、第二類是儀器檢測法，即利用專用的燃燒率測定裝置和差熱分析儀等設(shè)備，對混合煤粉的燃燒率加以測定，通過模擬不同的燃燒環(huán)境，對煤粉樣品進(jìn)行實測，進(jìn)而分析出混合煤粉的燃燒率。如公開號為cn111241715a的中國專利申請公開的一種“不同煤比下高爐噴吹煤粉燃燒率試驗參數(shù)的確定方法”，公開號為cn106546695a的中國專利申請公開的一種“干式收塵法測試煤粉燃燒率裝置及方法”，授權(quán)公告號為cn210894182u的中國實用新型專利公開的一種“高爐噴吹煤粉燃燒率檢測裝置”；授權(quán)公告號為cn204039427u的中國實用新型專利公開的“一種測定高爐噴吹煤粉燃燒率的裝置”，授權(quán)公告號為cn?103571989b的中國發(fā)明專利公開的“一種超高溫煤粉燃燒實驗裝置”，公開號為cn?104764852a的中國專利申請公開的“一種煤粉燃燒率的可視化檢測方法”等等。

7、客觀的來講，采用專用儀器分析混合煤粉的燃燒率是較為準(zhǔn)確的，也是目前能夠精確掌握煤粉燃燒效果最為可靠的方法之一。但其在實際應(yīng)用中也存在顯而易見的不足之處，就是設(shè)備價格昂貴，使用成本偏高；而且在檢測過程中還需專業(yè)人員操作，并且操作過程復(fù)雜繁瑣，導(dǎo)致不少企業(yè)尤其是中小型冶金企業(yè)不具備使用條件。

8、掌握不同混合煤粉在不同風(fēng)溫下的燃燒情況，是高爐實現(xiàn)低耗高效化噴吹煤粉的重中途徑，因為只有實現(xiàn)混合煤粉在爐內(nèi)的高效利用，才能達(dá)到最為經(jīng)濟(jì)的燃料消耗，從而實現(xiàn)高爐冶煉的低成本目標(biāo)。有鑒于此，如果開發(fā)一種簡便且較為精確的分析方法，能夠預(yù)測出不同配比、不同風(fēng)溫條件下混合煤粉的燃燒效率，無疑是具有較大實際應(yīng)用價值的，而這也是本發(fā)明的意義所在。

9、目前，可以檢索到一些通過計算方式來預(yù)測煤粉燃燒率的專利文獻(xiàn)，如授權(quán)公告號為cn114724640b的中國發(fā)明專利公開的“一種高爐風(fēng)口噴吹煤粉燃燒率計算方法”，公開號為cn112921137a的中國專利申請公開的“一種煉鐵高爐風(fēng)口回旋區(qū)內(nèi)煤粉燃燒率的檢測方法”，公開號為cn113077132a的中國專利申請公開的“一種噴吹煤粉性價比評價的方法”等，以上方法主要是采用數(shù)學(xué)計算的方式分析煤粉的燃燒效果，對煤粉燃燒效果上的差異做出了解釋和數(shù)值上的定量說明，在實際應(yīng)用中具有一定的指導(dǎo)意義。但上述計算方法存在的問題就是計算過程復(fù)雜繁瑣，即使是專業(yè)人員應(yīng)用起來也較為困難，加之需要參考的數(shù)據(jù)眾多，導(dǎo)致在計算過程和分析結(jié)果上往往存在較大偏差，因此在實際應(yīng)用上具有較大的局限性，不利于真正的實施應(yīng)用。

10、國內(nèi)外公開文獻(xiàn)中，也有一些關(guān)于混合煤粉燃燒效率的相關(guān)文獻(xiàn)，如“攀鋼高爐噴吹混合煤燃燒過程的研究”(《煉鐵》，2004年23卷2期，45-47頁)；“添加mgo對高爐噴煤煤粉燃燒率的影響”(《鋼鐵》，2011年46卷7期，7-9頁)；“煤巖組分對高爐噴吹煤粉燃燒率的影響”(《鋼鐵研究學(xué)報》，2010年22卷5期，23-25頁)；“利用熱重法研究混煤的燃燒率”(《冶金能源》，2008年27卷3期，33-35頁)；“利用熱重法研究混煤的燃燒率”，(《鋼鐵釩鈦》，2014年35卷1期，82-86頁)；“煤粉粒度對高爐風(fēng)口前燃燒性能的影響”(《鋼鐵》，2003年38卷7期，35-38頁)。上述公開文獻(xiàn)通過改善配煤結(jié)構(gòu)、添加煤粉助燃劑、優(yōu)化煤粉粒度等方式，改善噴入爐內(nèi)的混合煤粉的燃燒效率，對于實際應(yīng)用過程也做了詳細(xì)介紹，但很少提及煤粉燃燒率的具體分析手段，即使提到的也大多采用常規(guī)的儀器和實驗室分析方式。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種不同鼓風(fēng)溫度下噴吹用混合煤粉燃燒率的測算方法，在充分考慮混合煤粉成分構(gòu)成與燃燒率的數(shù)學(xué)相關(guān)性基礎(chǔ)之上，準(zhǔn)確獲得噴吹用混合煤粉在不同鼓風(fēng)溫度下燃燒率的預(yù)測方法，并且方法簡單，可實施性強，從而為高爐噴煤工藝的煤種選擇、搭配使用，以及預(yù)測高爐內(nèi)煤粉燃燒效果和利用效率等提供了重要的技術(shù)參考，還可為高爐噴煤工藝系統(tǒng)的整體改進(jìn)提供可靠的依據(jù)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種不同鼓風(fēng)溫度下噴吹用混合煤粉燃燒率的測算方法，包括以下步驟：

4、1)確定混合煤粉與燃燒率相關(guān)的評價參數(shù)，包括固定碳含量、揮發(fā)分含量、灰分含量及硫分含量；

5、2)根據(jù)高爐生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)庫中記載的歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定各個評價參數(shù)對于燃燒率測算的貢獻(xiàn)值；

6、3)根據(jù)高爐生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)庫中記載的歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定鼓風(fēng)溫度對于混合煤粉燃燒率的貢獻(xiàn)值；

7、4)根據(jù)高爐生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)庫中記載的歷史數(shù)據(jù)，分別設(shè)定鼓風(fēng)溫度及評價參數(shù)對于混合煤粉燃燒率測算的相關(guān)系數(shù)；

8、5)建立由鼓風(fēng)溫度及評價參數(shù)組成的混合煤粉燃燒率計算公式，并根據(jù)高爐生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)庫中記載的歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定誤差補償系數(shù)；

9、不同鼓風(fēng)溫度下混合煤粉燃燒率計算公式為：

10、

11、式中，br--不同鼓風(fēng)溫度下混合煤粉燃燒率，％；

12、fc--混合煤粉中的固定碳含量，％；

13、v--混合煤粉中的揮發(fā)分含量，％；

14、a--混合煤粉中的灰分含量，％；

15、s--混合煤粉中的硫分含量，％；

16、k--誤差補償系數(shù)，為常數(shù)，取值為1.02，％；

17、a1--鼓風(fēng)溫度的相關(guān)系數(shù)，為常數(shù)，取值為0.23，％/℃；

18、a2--評價參數(shù)的相關(guān)系數(shù)，為常數(shù)，取值為0.24，％；

19、6)分別測定各評價參數(shù)的具體值，以及設(shè)定的鼓風(fēng)溫度值，分別代入公式1中，即可得到對應(yīng)鼓風(fēng)溫度下混合煤粉的燃燒率預(yù)測值。

20、進(jìn)一步的，所述混合煤粉是由不同兩種以上不同類型的煤粉構(gòu)成，所述不同類型的煤粉包括無煙煤、貧煤、貧瘦煤、煙煤、褐煤及替代煤種。

21、進(jìn)一步的，所述替代煤種包括蘭炭、cdq粉、提質(zhì)煤、生物質(zhì)燃料、高爐除塵灰中的一種以上。

22、進(jìn)一步的，所述生物質(zhì)燃料包括木炭、活性炭、秸稈、果木殼、稻殼中的一種以上。

23、進(jìn)一步的，所述高爐除塵灰包括礦焦槽除塵灰、爐頂除塵灰、爐前除塵灰中的一種以上。

24、進(jìn)一步的，所述鼓風(fēng)溫度值的取值范圍為700℃～1350℃。

25、進(jìn)一步的，按重量百分比計，所述固定碳含量的范圍為50％～88％，所述揮發(fā)分含量的范圍為6％～40％，所述灰分含量的范圍為5％～20％，所述硫分含量的范圍為0.2％～2.5％。

26、進(jìn)一步的，混合煤粉燃燒率的控制指標(biāo)為92.50％，燃燒率測算值≥92.50％評定為滿足要求，燃燒率測算值＜92.50％評定為不滿足要求；對于不滿足要求的混合煤粉重新調(diào)整配料，添加煙煤或者提高混合煤粉中煙煤的配比。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

28、在充分考慮混合煤粉成分構(gòu)成與燃燒率的數(shù)學(xué)相關(guān)性基礎(chǔ)之上，準(zhǔn)確獲得噴吹用混合煤粉在不同鼓風(fēng)溫度下燃燒率的預(yù)測方法，并且方法簡單，可實施性強，從而為高爐噴煤工藝的煤種選擇、搭配使用，以及預(yù)測高爐內(nèi)煤粉燃燒效果和利用效率等提供了重要的技術(shù)參考，還可為高爐噴煤工藝系統(tǒng)的整體改進(jìn)提供可靠的依據(jù)。