一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法、系统及可读存储介质

一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法、系统及可读存储介质
【技术领域】
1.本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法、系统及可读存储介质。


背景技术：

2.高炉炼铁过程中，根据铁氧化物的热力学分析，高炉内铁高阶氧化物还原到feo都是间接还原为主，而从feo还原到金属铁，部分是间接还原，其余是直接还原，铁的直接还原度rd定义为从feo中以直接还原方式还原得到的铁量与全部被还原的铁量的比值；对于直接还原度和间接还原度的计算，目前的获取方法是通过铁元素或者氧元素计算，但这两种方法在实际计算和使用过程中，由于生产现场检测元器件无法提供某些计算所需的参数，因此无法进行实时计算，多为估算直接还原度和间接还原度。
3.因此，有必要研究一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法、系统及可读存储介质来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法、系统及可读存储介质，用于实时计算某一时刻或某一段时间内高炉炼铁直接还原度与间接还原度。
5.一方面，本发明提供一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法，所述获取方法包括以下步骤：
6.s1：采集高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数；
7.s2：通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数计算获取高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
；
8.s3：通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数及s2中高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
，计算获得高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
；
9.s4：通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数及s2中高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
，计算获得高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
；
10.s5：通过s3中高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
和s4中高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
计算获得高炉直接还原度rd；
11.s6：通过s3中高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
和s4中高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
计算获得高炉间接还原度ri。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中高炉炉顶的气体参数包括但不限于高炉鼓风冷风体积v(m3)、高炉炉顶煤气中氮气体积分数
高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数和高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数高炉鼓风的气体参数包括但不限于高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)、高炉鼓风风量中氮气体积分数和高炉鼓风风量中氧气体积分数
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2具体包括：
14.s21：计算高炉炉顶煤气量，其获取方法为：
15.s22：计算高炉炉顶煤气中的碳质量，其获取方法为：
16.其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
；
17.s23：计算高炉风口前气化的碳质量，其获取方法为：
18.其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
。
19.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s3中涉及的高炉炼铁过程中直接还原的碳质量获取方法为：
20.其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
。
21.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s4中涉及的高炉炼铁过程中间接还原的碳质量获取方法为：
22.其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
。
23.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s5涉及的高炉炼铁过程中直接还原度rd的获取方法为：
[0024][0025]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s6涉及的高炉炼铁过程中间接还原度ri的获取方法为：
[0026][0027]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s5和s6
中计算得到的直接还原度与间接还原度为高炉冶炼过程中一段时间内的平均值或不同时刻的瞬时值。
[0028]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取系统，所述系统通过所述的获取方法获取直接还原度与间接还原度，所述获取系统包括：
[0029]
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数；
[0030]
计算模块，所述判断模块用于通过数据采集模块采集的数据计算高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
、高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
、高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
、高炉直接还原度rd和高炉间接还原度ri。
[0031]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种存储有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行所述的高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法。
[0032]
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
[0033]
对于高炉炼铁过程，以往依据铁元素或氧元素计算高炉内部的直接还原度和间接还原度，但采用这两种方式时部分所需参数尚没有监测元器件可以直接检测，因而只能作为估算直接还原度和间接还原度的方法。本发明可以依据高炉炉顶煤气成分和高炉送风操作参数等现有数据，对高炉冶炼的直接还原度和间接还原度进行实时计算，从而衡量当前高炉生产状态，有助于高炉炼铁减排降耗。
[0034]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0036]
图1是本发明一个实施例提供的获取方法的流程图。
【具体实施方式】
[0037]
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0038]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0040]
如图1所示，本发明提供本发明提供一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法，所述获取方法包括以下步骤：
[0041]
s1：采集高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数；
[0042]
s2：通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数计算获取高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
；
[0043]
s3：通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数及s2中高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
，计算获得高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
；
[0044]
s4：通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数及s2中高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
，计算获得高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
；
[0045]
s5：通过s3中高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
和s4中高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
计算获得高炉直接还原度rd(或直接通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数以及s2中高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
直接计算获得高炉直接还原度rd)；
[0046]
s6：通过s3中高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
和s4中高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
计算获得高炉间接还原度ri(或直接通过s1中高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数以及s2中高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
直接计算获得高炉间接还原度ri)。
[0047]
所述s1中高炉炉顶的气体参数包括但不限于高炉鼓风冷风体积v(m3)、高炉炉顶煤气中氮气体积分数高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数和高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数高炉鼓风的气体参数包括但不限于高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)、高炉鼓风风量中氮气体积分数和高炉鼓风风量中氧气体积分数中氧气体积分数
[0048]
所述s2具体包括：
[0049]
s21：计算高炉炉顶煤气量，其获取方法为：
[0050]
s22：计算高炉炉顶煤气中的碳质量，其获取方法为：
[0051]
其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
；
[0052]
s23：计算高炉风口前气化的碳质量，其获取方法为：
[0053]
其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
。
[0054]
所述s3中涉及的高炉炼铁过程中直接还原的碳质量获取方法为：
[0055]
其中vm为气体摩尔体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
。
[0056]
所述s4中涉及的高炉炼铁过程中间接还原的碳质量获取方法为：
[0057]
其中vm为气体摩尔
体积0.0224m3·
mol-1
；mc为碳原子的摩尔质量12g
·
mol-1
。
[0058]
所述s5涉及的高炉炼铁过程中直接还原度rd的获取方法为：
[0059][0060]
所述s6涉及的高炉炼铁过程中间接还原度ri的获取方法为：
[0061][0062]
所述s5和s6中计算得到的直接还原度与间接还原度为高炉冶炼过程中一段时间内的平均值或不同时刻的瞬时值。
[0063]
本发明还提供一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取系统，所述系统通过所述的获取方法获取直接还原度与间接还原度，所述获取系统包括：
[0064]
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集高炉炉顶的气体参数和高炉鼓风的气体参数；
[0065]
计算模块，所述判断模块用于通过数据采集模块采集的数据计算高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
、高炉炉顶中煤气的碳质量m
炉顶煤气c
和高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
、高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
、高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
、高炉直接还原度rd和高炉间接还原度ri。
[0066]
本发明还提供一种存储有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行所述的高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法。
[0067]
实施例1
[0068]
高炉鼓风冷风体积v(m3)：2000；
[0069]
高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)：250；
[0070]
高炉鼓风风量中氮气体积分数0.78；
[0071]
高炉鼓风风量中氧气体积分数0.21；
[0072]
高炉炉顶煤气中氮气体积分数0.46；
[0073]
高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数0.27；
[0074]
高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数0.25；
[0075]
此时：
[0076]
高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
为：3395.65m3；
[0077]
高炉炉顶煤气中的碳质量m
炉顶煤气c
为：945931.68g；
[0078]
高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
为：715714.29g；
[0079]
高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
为：230217.39g；
[0080]
高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
为：454774.84g；
[0081]
高炉炼铁直接还原度rd为：0.34；
[0082]
高炉炼铁间接还原度ri为：0.66。
[0083]
实施例2
[0084]
高炉鼓风冷风体积v(m3)：3000；
[0085]
高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)：230；
[0086]
高炉鼓风风量中氮气体积分数0.78；
[0087]
高炉鼓风风量中氧气体积分数0.21；
[0088]
高炉炉顶煤气中氮气体积分数0.52；
[0089]
高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数0.23；
[0090]
高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数0.22；
[0091]
此时：
[0092]
高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
为：4505.77m3；
[0093]
高炉炉顶煤气中的碳质量m
炉顶煤气c
为：1086212.23g；
[0094]
高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
为：918214.29g；
[0095]
高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
为为：167997.94g；
[0096]
高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
为：531037.09g；
[0097]
高炉炼铁直接还原度rd为：0.24；
[0098]
高炉炼铁间接还原度ri为：0.76。
[0099]
实施例3
[0100]
高炉鼓风冷风体积v(m3)：4000；
[0101]
高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)：210；
[0102]
高炉鼓风风量中氮气体积分数0.78；
[0103]
高炉鼓风风量中氧气体积分数0.21；
[0104]
高炉炉顶煤气中氮气体积分数0.49；
[0105]
高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数0.21；
[0106]
高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数0.19；
[0107]
此时：
[0108]
高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
为：6375.51m3；
[0109]
高炉炉顶煤气中的碳质量m
炉顶煤气c
为：1366180.76g；
[0110]
高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
为：1120714.29g；
[0111]
高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
为：245466.47g；
[0112]
高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
为：648935.86g；
[0113]
高炉炼铁直接还原度rd为：0.27；
[0114]
高炉炼铁间接还原度ri为：0.73。
[0115]
实施例4
[0116]
高炉鼓风冷风体积v(m3)：5000；
[0117]
高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)：200；
[0118]
高炉鼓风风量中氮气体积分数0.78；
[0119]
高炉鼓风风量中氧气体积分数0.21；
[0120]
高炉炉顶煤气中氮气体积分数0.50；
[0121]
高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数0.22；
[0122]
高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数0.20；
[0123]
此时：
[0124]
高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
为：7810.00m3；
[0125]
高炉炉顶煤气中的碳质量m
炉顶煤气c
为：1757250.00g；
[0126]
高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
为：1333928.57g；
[0127]
高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
为：423321.43g；
[0128]
高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
为：836785.71g；
[0129]
高炉炼铁直接还原度rd为：0.34；
[0130]
高炉炼铁间接还原度ri为：0.66。
[0131]
实施例5
[0132]
高炉鼓风冷风体积v(m3)：6000；
[0133]
高炉鼓风富氧的氧体积v
o2
(m3)：180；
[0134]
高炉鼓风风量中氮气体积分数0.78；
[0135]
高炉鼓风风量中氧气体积分数0.21；
[0136]
高炉炉顶煤气中氮气体积分数0.52；
[0137]
高炉炉顶煤气中一氧化碳体积分数0.20；
[0138]
高炉炉顶煤气中二氧化碳体积分数0.22；
[0139]
此时：
[0140]
高炉炉顶煤气量v
炉顶煤气量
为：9011.54m3；
[0141]
高炉炉顶煤气中的碳质量m
炉顶煤气c
为：2027596.15g；
[0142]
高炉风口前气化的碳质量m
风口气化c
为：1536428.57g；
[0143]
高炉直接还原的碳质量m
直接还原c
为：491167.58g；
[0144]
高炉间接还原的碳质量m
间接还原c
为：1062074.18g；
[0145]
高炉炼铁直接还原度rd为：0.32；
[0146]
高炉炼铁间接还原度ri为：0.68。
[0147]
高炉炼铁过程中，直接还原度与间接还原度的分配直接影响高炉燃料比，然而目前基于铁元素或者氧元素的直接还原度与间接还原度的计算方法由于某些过程参数无法通过检测元器件获取，因此尚未有简便快速方法可以在高炉生产过程中对直接还原度和间接还原度实时在线计算。本发明所提出方法是基于氮元素和碳元素，以计算炉顶煤气中的碳含量和风口前气化的碳质量为桥梁，得到参与直接还原和间接还原的碳质量，进而实现对高炉炼铁直接还原度与间接还原度的计算。相较目前方法，本发明所提出方法解决了计算过程中相关参数无法获知的问题，计算过程参数均可通过高炉现有检测元器件实时获取，有效增强了直接还原度和间接还原度的计算效率和可计算性。因此，基于本方法可以开发高炉炼铁直接还原度和间接还原度的实时在线计算模型软件或基于直接还原度和间接还原度的扩展模型软件。
[0148]
一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法的应用，具体为：通过本发明
所述获取方法获取高炉炼铁直接还原度与间接还原度，可以帮助高炉操作者及时了解高炉内部发生的还原反应的形式(直接还原或间接还原)所占比例，由于直接还原与间接还原所消耗的热量不同，进而高炉操作者可以及时调整高炉所用的燃料量。例如，当通过本发明所述的直接还原度和间接还原度获取方法，计算得到的直接还原度升高、间接还原度降低时，由于直接还原大量消耗热量，会导致高炉热量不足，此时应该增加高炉焦炭或喷煤供给量。反之，当计算得到的直接还原度降低、间接还原度升高时，由于间接还原放热，会导致高炉热量过剩，此时应该减少高炉焦炭或喷煤供给量。综上，通过对直接还原度和间接还原度的计算获取，并据此调整高炉燃料用量，可以稳定高炉的热状态，促使高炉稳定顺行。
[0149]
以上对本技术实施例所提供的一种高炉炼铁直接还原度与间接还原度的获取方法、系统及可读存储介质，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
[0150]
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
[0151]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0152]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0153]
上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。