本發明提供一種高爐風口回旋區邊界的計算及實時監測方法，涉及高爐煉鐵工藝技術領域。該方法首先根據高爐風口回旋區的形成原理，建立回旋區的深度計算模型，進而得到回旋區深度的計算公式，獲得回旋區深度的變化規律；再通過高爐風口回旋區的深度模型建立高爐風口回旋區的邊界模型，確定回旋區邊界的計算公式；然后獲得建模參數，分析建模參數對回旋區邊界模型的影響，確定影響回旋區邊界的主要參數；最后利用回旋區邊界計算公式求出回旋區的高度；當回旋區高度或回旋區深度超出設定范圍時，通過調節鼓風風壓和鼓風風量使回旋區高度或深度恢復至正常范圍內。該方法能夠實時監測回旋區深度和回旋區邊界的變化情況，為高爐的實際生產提供安全指導。

技術領域

本發明涉及高爐煉鐵工藝技術領域，尤其涉及一種高爐風口回旋區邊界的計算及實時監測方法。

背景技術

在高爐煉鐵生產中，通過高爐風口高溫高速的空氣被鼓入高爐內，由于鼓風的作用，在風口前沿附近形成一個焦炭在其內作循環運動的區域即為高爐風口回旋區。其中風口回旋區位于豎爐爐體下部風口前端，是由焦炭和噴入爐內的輔助燃料與鼓風中的氧進行劇烈的燃燒反應形成的。鼓風和煤氣的混合氣流在此區域內循環運動，同時伴隨著細小焦炭顆粒和未燃盡煤粉的高速旋轉，以及碎焦在回旋過程中的燒盡過程。回旋區大小與鼓風參數及原燃料條件等因素有直接關系，是熱能和氣體還原劑的發源地，為整個高爐生產提供熱量和能量的補給，風口回旋區的深度和內部復雜的物理、化學反應決定了高爐中煤氣流的一次分布及上部爐料的下降狀態，反映了焦炭的燃燒狀態，是爐況順行的基礎，在冶煉過程中起著至關重要的作用。

高爐風口回旋區的特征的研究主要可以分為兩大方面：回旋區特征的直接法研究和回旋區特征的間接法研究。一是高爐風口回旋區特征的直接研究法是通過對表示高爐回旋區放的相關參數的直接檢測來進行研究，主要集中在對回旋區的大小、形狀及溫度等參數的直接測量，但是存在儀表設備易受爐內實際環境影響而導致測量結果波動較大，同時儀器成本較高，而且無法達到實時監測的目的，無法在中小企業中完全普及。直接研究法又分為經驗觀察法研究和實測法研究；二是高爐回旋區特征的間接研究法即模型研究法，包括以下兩個方面：其一是通過建立高爐風口回旋區的物理參數實驗模型，針對高爐風口回旋區特征，在模型上進行實驗檢測，但是由于回旋區內部存在但由于回旋區內部的反應復雜多變，冷態模型不能很好的反映實際的回旋區內部狀態；較為常用的方法是依據回旋區運動過程中動量、質量和熱量的傳輸建立歐拉數學模型求解，但是采用現有的歐拉模型建模過程復雜，需要的參數較多，計算困難，花費時間較長，難以實現實時監測的目的的反應，實驗模型不能很好的反映實際的回旋區內部狀態，較為常用的方法是依據回旋區運動過程中動量、質量和熱量的傳輸建立歐拉數學模型求解，但是采用現有的歐拉模型建模過程復雜，需要的參數較多，計算困難，花費時間較長，難以實現實時監測的目的；其二是利用建立了的高爐風口回旋區的二維或者三維數學模型，對回旋區內的化學反應過程進行數值模擬，從而達到研究回旋區的特征變化規律的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述直接測量法和實驗模型法技術存在的不足并在對機理數學模型上進行改進，提供一種高爐風口回旋區邊界的計算及實時監測方法，在回旋區深度模型的基礎上通過在回旋區邊界處各點建立二力的平衡方程，能夠高效實時的求解回旋區的邊界的變化情況，獲得回旋區邊界的變化規律，研究回旋區內部參數對回旋區深度以及高度的影響，以及通過控制鼓風參數調節回旋區的深度以及高度的變化，為高爐的穩定運行提供可靠保障。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種高爐風口回旋區邊界的計算及實時監測方法，包括以下步驟：

步驟1、根據高爐風口回旋區的形成原理，建立回旋區的深度計算模型，進而得到回旋區深度的計算公式，獲得回旋區深度的變化規律；

當回旋區空穴處于穩定運動狀態時，取回旋區內部最深處一微元區域A為研究對象，此時A處在鼓風氣體沖力與焦炭層阻力共同作用下達到平衡，依據二力平衡建立回旋區的深度計算模型，用以求解回旋區深度的變化情況，如下公式所示：