高炉软熔带数学模型的研究和应用

《高炉软熔带数学模型的研究和应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第27卷第5期鞍山科技大学学报Vo1．27No．52004年10月JournalofAnshanUniversityofScienceandTechnologyOCt．，2004高炉软熔带数学模型的研究和应用彭兴东，金永龙，张军红(鞍山科技大学材料科学与工程学院，辽宁鞍山l14044)摘要：为了快速地确定高炉内软熔带的形状和位置，根据质量传输原理和热量传输原理，结合国内2500m。高炉检测装置的实际情况，建立了软熔带数学模型，并对莱厂2500m。高炉进行了分析，推断出了谊高炉在不同操作

2、条件下软熔带的形态，并初步分析了软熔带的形状和位置与操作参数的关系．关键词：高炉；软熔带；数学模型中图分类号：TF531文献标识码：A文章编号：1672—4410(2004)05—0332—03高炉炼铁过程十分复杂，它涉及到气、固和液三相的交互作用，因此，全面而准确地理解高炉内发生的各种现象很困难．长期以来，工长操作高炉基本上依赖于经验，正是这些特点使得高炉过程控制成为计算机的最佳应用领域．根据高炉内炉料的温度、化学成分和物理形态，一般把高炉划分为块状带、软熔带、滴落带、风口燃烧带和炉缸五大区域，其中软熔带对煤气流分布起着至关重要的

3、作用．在炉况稳定的条件下，在实际生产的高炉上进行大幅度地改变操作条件试验是困难的．因此，操作条件对炉内状况的影响还不能准确地掌握，在这种情况下，通过计算机开发软熔带数学模型，进行离线模拟高炉操作的状况，无疑具有很好的实际意义．1模型基本原理和研究方法1．1基本原理高炉过程是在密闭和高温状态下进行复杂的物理、化学和传输过程，存在着气(煤气)、固(炉料)和液(渣铁)三相之间的复杂反应，而且沿高度方向、径向和圆周方向都具有不均匀性．要全面描述不均匀分布的状态，仅位置的表达就需要一个三维空间坐标，再加上各种过程变量的描述，就使得这种全面非均

4、匀分布成为一个极为复杂的多维偏微分方程．为简化起见，如果不考虑炉内过程沿圆周的差异，可把炉内过程看成是具有轴对称的二维问题来处理，此外，可进一步作如下假设：(1)把炉料和煤气看作逆行的柱塞流；(2)把炉内看成稳态过程，不考虑热参数随时问的变化；(3)只考虑从料线到风口的区域，把生铁的成分和生铁量、炉渣成分和炉渣量等数据当成已知条件；(4)不考虑炉料的横向运动．对于高炉冶炼过程，使用不同的燃料、原料，其过程变化是不一样的．就总体而言，炉内状况存在着各种反应和状态，但在某一微元，可以用一个富有代表性的参数加以近似描述．因此，将高炉划分成

5、许多足够小的微元，建立各微元的物料平衡，并适当考虑炉内发生的重要反应，就可以从已知的输入、输出信息推知炉内未知状态．1．2研究方法模型热量传输平衡方程的求解要预先确定煤气流通量和炉料流通量的径向及纵向分布，即需要求解质量传输平衡方程，而要求解方程首先必须建立炉顶煤气流通量和炉料流通量与半径的函数关系，以此作为边界条件．收稿日期：2004～I1j．作者简介：彭兴东(1973)．男．河南台前人、助教维普资讯http://www.cqvip.com第5期彭兴东，等：高炉软熔带数学模型的研究和应用·333·首先，将高炉沿径向(，．方向)分成

6、9个圆筒，各圆筒有不同的料速和气体流速，从而表示过程参数的径向不均匀性，并进一步假设：(1)每个圆筒都有一股煤气流和固体料流作逆向运动；(2)炉料下降速度与它距高炉轴线的距离和炉身角的函数成线性关系；(3)铁水温度和成分在各个圆筒是相同的；(4)每个圆筒底部存在一定温度的CO，其量为变数，其温度设为1600_C．根据各分割圆筒的物料平衡和热平衡，求得炉料流通量、煤气流通量与半径的关系；然后，再把高炉沿轴向分成有限个微小圆筒，采用炉喉十字测温探尺测得的煤气温度和炉顶煤气成分参数为主要参数，求得最佳料速参数后，采用有限差分方法，同时计算

7、煤气温度和炉料温度，再根据炉料软熔性能的实验结果，把1200C作为高炉软熔带开始边界条件，把1400℃作为高炉软熔带终了边界条件，建立以各区域矿石温度为输出变量的图形，就可推断出软熔带的形状和位置．2模型程序设计及应用■■●圆圈——I2．1程序设计高炉软熔带数学模型程序设计的原则是：程序高质量、高效率；具有面向图形的用户接口，使应用程序通过直观的窗口和用户交互，以便于用户掌握和控制；程序的移植性强，以便于推广．这里采用MAT—LAB语言编程，设计了丰富的输入、输出画面和应用方便的功能菜单．模型具有如下功能：数据输入、数据保存、数据确

8、定、数据更新；绘制炉料温度分布图、绘制软熔带变化趋势图、输出软熔带图形．同时还编写了多个数据输入模块供模型主窗体直接调用．2．2应用根据某厂2500m。高炉2003年和2004年部分操作数据和检测数据，模型进行了离线运行，推断出的软熔