申请/专利权人：东北大学

申请日：2021-05-24

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN113283079B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F113/08;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2021.09.07#实质审查的生效;2021.08.20#公开

摘要：本发明提供一种高炉风口回旋区边界的计算及实时监测方法，涉及高炉炼铁工艺技术领域。该方法首先根据高炉风口回旋区的形成原理，建立回旋区的深度计算模型，进而得到回旋区深度的计算公式，获得回旋区深度的变化规律；再通过高炉风口回旋区的深度模型建立高炉风口回旋区的边界模型，确定回旋区边界的计算公式；然后获得建模参数，分析建模参数对回旋区边界模型的影响，确定影响回旋区边界的主要参数；最后利用回旋区边界计算公式求出回旋区的高度；当回旋区高度或回旋区深度超出设定范围时，通过调节鼓风风压和鼓风风量使回旋区高度或深度恢复至正常范围内。该方法能够实时监测回旋区深度和回旋区边界的变化情况，为高炉的实际生产提供安全指导。

主权项：1.一种高炉风口回旋区边界的计算及实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、根据高炉风口回旋区的形成原理，建立回旋区的深度计算模型，进而得到回旋区深度的计算公式，获得回旋区深度的变化规律；步骤2、通过高炉风口回旋区的深度计算模型建立高炉风口回旋区的边界模型，确定回旋区边界的计算公式；步骤3、获得建模参数，分析建模参数对回旋区边界模型的影响，确定影响回旋区边界的关键参数；步骤4、利用回旋区边界计算公式求出回旋区的高度；步骤5、当回旋区高度或回旋区深度超出设定范围时，通过调节鼓风风压和鼓风风量使回旋区高度或深度恢复至正常范围内；所述步骤1的具体方法为：当回旋区空穴处于稳定运动状态时，取回旋区内部最深处一微元区域A为研究对象，此时A处在鼓风气体冲力与焦炭层阻力共同作用下达到平衡，依据二力平衡建立回旋区的深度计算模型，用以求解回旋区深度的变化情况，如下公式所示： 其中，FA表示区域A处鼓风气体冲力，FB表示区域A处焦炭层阻力，ρg0表示标准态下的鼓风密度，Vg表示区域A处鼓风风量，ST表示风口面积，DR表示回旋区深度，DT表示风口直径，α为常数，用于表示回旋区深度与宽度之间的关系，P表示鼓风风压，Tm表示回旋区温度，SP表示区域A处焦炭粒子总截面积，ρP表示焦炭密度，VP表示区域A处焦炭粒子体积，g表示重力加速度，DPR表示回旋区边界前焦炭直径，DPR＝0.6DPc，DPc表示入炉前焦炭直径，Tw表示鼓风温度；由上述回旋区深度的计算模型得到回旋区深度的计算公式为： 其中，K、β均为待定系数，ρg表示实际风温风压下的鼓风密度；所述步骤2的具体方法为：高温鼓风从风口吹入后，其行程视为一个圆锥形管道到达回旋区最深处A点，之后鼓风转而向上运动，在距离回旋区风口水平距离x米、距离回旋区风口垂直距离h米的位置形成一块微元区域B，其截面积为SB，在B处鼓风气体冲力FD与焦炭层对其的阻力Fb共同作用下达到平衡状态，此时认为回旋区处于稳定运行状态，满足表达式FD＝Fb2其中，鼓风气体冲力FD的大小主要与鼓风质量和鼓风速度成正比，即： 式中，MB表示处鼓风质量流率，具体含义为单位时间内通过该截面的流体质量，即：MB∝ρg·Vg·1-σL4其中，ρg表示鼓风密度，Vg表示鼓风风量，L表示从回旋区最深处到回旋区边界上任意一点的曲线距离，σ表示鼓风在回旋区边界上的损失率；对L进行进一步的讨论，因为回旋区最深处到回旋区上的任意一点的边界上是曲线形状，所以假设L＝DR-xa+hb，其中，x，h为B点相对于风口的坐标，a、b为曲线参数；UB代表B处风速，B处的风速与鼓风风压成正比，与回旋区内部的实际温度的也成正比，即： 式中，MB表示B处鼓风质量流率，ρg表示鼓风密度，SB为B处截面积，P0为1标准大气压，Tm为测温仪实测回旋区温度，T0＝298K；SB为B处截面积，其表达式为：SB∝1-σDR-xa+hb·SA 式中，WR为回旋区宽度，SA为A处鼓风气流截面积；Sp为B处焦炭粒子总截面积，其表达式为： 式中，DPR为回旋区边界前焦炭直径，DPc表示入炉前焦炭直径，DPR＝0.6DPc；联立3、4式可以进一步推出B处鼓风气体冲力FD的表达式为： 实验证明回旋区深度DR和回旋区宽度WR之间的关系为： 式中，α为一常数，α＝0.2～0.6；设定ST表示风口面积，其表达式为： 联立6、9、10式推出： 最后，将表达式11代入表达式8得到B处鼓风气体冲力FD的最终表达式为： Fb表示B处焦炭层对鼓风气流的阻力，它由焦炭的压实程度决定，它与焦炭颗粒的重力和鼓风风压成正比，即： 式中，ρP表示焦炭密度，VP表示A处焦炭粒子体积，g表示重力加速度，DPR表示回旋区边界前焦炭直径，H表示高炉的总高度，h表示B点到风口的垂直距离；鼓风密度ρg又可以进一步表示为： 式中，ρg0表示标准态下的鼓风密度，Tw表示鼓风温度，P0表示1标准大气压；最后将表达式11、12、13代入表达式1，可以求得回旋区边界的计算公式为：K1·x2-2K1·DR·x+K1·h2-K2·h＝K3其中， 其中，K3和K4为待定系数。

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百度查询： 东北大学 一种高炉风口回旋区边界的计算及实时监测方法

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