高炉富氧喷煤经济评价模型.doc

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1、冶金之家网站高炉富氧喷煤经济评价模型王广伟，张建良，邵久刚，左海滨，邱家用(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)摘要：在高炉多区域热质平衡数学模型基础之上建立了高炉富氧喷吹煤粉经济评价模型，并利用模型计算了高炉富氧喷煤之后高炉相关操作参数和吨铁冶炼成本的变化。结果表明，增加富氧率提高喷煤比可以有效降低吨铁冶炼成本，降低成本的幅度主要取决于煤粉和焦炭之间价格差别(煤焦差价)和氧气单价，煤焦差价越高、氧气单价越低，吨铁成本降低幅度越大，对应的最佳富氧率水平越高，在目前的原燃料成本条件下，降低成本的最佳富氧率可以达到15%～18%。此外，该模型还可够应用于

2、不同高炉流程冶炼生铁的经济效益评价，为探索低成本炼铁方法提供支持。关键词：高炉；富氧；喷煤；经济模型高炉富氧喷吹煤粉不仅对高炉冶炼过程产生一系列的影响，富氧可以提高煤粉在高炉风口前的燃烧率，维持合适的理论燃烧温度，同时富氧也是决定生铁成本的重要因素[1-3]。谭福华[4]对利用生产现场数据对包钢1号高炉富氧喷煤经济效益进行了分析，认为富氧喷煤可以起到增产、降低生铁成本的效果。张建良等人[5]从维持高炉适宜理论燃烧温度和富氧效益两方面探讨了高炉适宜的富氧量，然而，研究当中仅利用现场数据进行简单计算或者对高炉冶炼过程仅做了简单的假设，计算结果对指导高炉富氧喷煤经济评价

3、具有局限性。本文当中提出了新的高炉富氧喷吹煤粉经济评价模型。模型计算分两步：首先，根据高炉超高富氧喷煤之后高炉能量利用的变化规律，建立高炉富氧鼓风数学模型，确定不同条件下高炉关键参数；其次，利用高炉富氧喷煤数学模型计算结果，按照富氧喷吹煤粉吨铁成本目标函数，计算富氧喷吹煤粉后高炉吨铁成本变化规律。高炉富氧喷吹煤粉经济评价模型的建立，为高炉在不同的原燃料条件下寻找最优的操作工艺参数提供理论指导。1高炉富氧喷煤经济评价模型1.1高炉富氧喷吹模型高炉富氧喷吹煤粉经济评价模型建立的核心是高炉富氧鼓风数学模型的建立，由于建立高炉富氧喷吹煤粉综合数学模型的复杂性，本文采用简化

4、的多区域炉冶炼模型进行高炉操作参数的计算。富氧喷煤高炉流程如图1所示。其中焦炭和矿石由高炉顶部加入，煤粉由煤枪通过风口进入高炉风口回旋区燃烧；氧气由制氧厂送来的高压(1.6MPa)经过减压后(0.6MPa)加入冷风管道，经过热风炉后进入高炉；炉顶煤粉经过干燥除尘后一部分用到热风炉进行燃烧加热，剩余部分进行外供；渣铁由出铁口排出高炉。冶金之家网站数学模型中，高炉由上到下分为4个部分，分别是上部热交换区、中部热滞区、下部高温热交换区和风口回旋区。其中上部热交换区和下部高温热交换区由于炉料刚刚进入高炉以及煤气刚刚从风口回旋区燃烧产生，煤气与炉料温差大，热交换强烈，属于热

5、交换区；高炉中部区域炉料和煤气温差很小，大约只有30～50℃[6]，热量交换进行得很慢，是高炉热储备区，也称为热滞区。计算中焦炭、煤粉、溶剂、矿石、炉渣温度以及铁水成分和温度为已知量，热风炉风温和炉渣碱度根据实际高炉的生产情况定为固定值，烧结矿、球团矿、块矿用量，煤比、焦比、炉顶煤气成分、炉顶煤气量和温度以及炉渣成分和渣量由模型根据已知条件得到。本文计算当中具体的原燃料条件和预设铁水成分见表1～3。模型计算当中由于可变量包括焦比、煤比、富氧率、鼓风湿度，为简化计算过程，并考虑到实际生产当中鼓风富氧率、鼓风湿度和喷煤比之间的关系，对其做出了相应的限制，具体见表4，其

6、中鼓风湿度步长为0.5%，喷煤比步长为5kg/tHM。数学模型计算当中根据全炉的热质平衡，以及各区域热质平衡计算不同富氧率条件下对应的高炉生产最佳操作参数，模型计算当中各参数的边界条件见表5。1.2目标函数和限制条件冶金之家网站1.2.1目标函数高炉冶炼生铁成本主要包括原料成本(烧结矿、球团矿、块矿)、燃料成本(焦炭、煤粉)、动力成本(包括氧气成本)、制造费用和回收成本。其中原材料成本和燃烧成本占炼铁成本的比例超过90%，本文模型当中把高炉炼铁成本分为4个部分，即原料成本、燃烧成本、固定成本和氧气成本，固定成本包括动力成本(氧气除外)和制造费用，不同富氧率条件下高

7、炉的利用系数发生变化，固定成本也发生相应的改变。C=mcoke·Ccoke+mcoal·Ccoal+msin·Csin+mpel·Cpel+mlump·Clump+VO2·CO2+Cfix·η(1)式中：mcoke，mcoal，msin，mpel，mlump分别为焦比、煤比、吨铁消耗烧结矿、吨铁消耗球团矿和吨铁消耗块矿的质量，kg/t；Ccoke，Ccoal，Csin，Cpel，Clump分别为焦炭、煤粉、烧结矿、球团矿和块矿的价格，元/t；VO2为吨铁消耗氧气的体积；CO2为氧气的价格，元/m3；fix为吨铁固定成本，元/t；η是与利用系数相关的参数，利用系数越

8、高，η越小