COREX3000配料计算模型原理与实现
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12宝钢技术2010年第6期
COREX一3000配料计算模型原理与实现
张熙(上海宝信软件股份有限公司,上海201900)
摘要:COREX工艺是目前世界上惟一工业化的熔融还原炼铁新工艺,它最大特点是采用
非焦煤资源作为主体燃料,省去了炼焦、烧结过程,排放显著降低,是资源节约、环境友好、可循环的新一代炼铁工艺流程。宝钢研究解析出了COREX一3000配料计算模型原理与实现方
法,其在同一装入条件下的计算结果与奥钢联模型的计算结果很接近,为生产操作者和计算机
模型维护人员的使用提供了很大方便。
关键词:COREX一3000;熔融还原;模型原理;模型维护中图分类号:TF557文献标志码:B文章编号:1008—0716(2010)06—0012—04
doi:10.3969/j.issn.1008—0716.2010.06.004
TheoryoftheCOREX-3000MaterialBlendingModelandItsImplementation
Z丑.ANGXi(ShanghaiBaosightSoftwareCo.,Ltd.,Shanghai201900,China)
Abstract:TheCOREXprocessisauniqueindustrializedmeltingreductiontechnologyfor
ironmakingintheworldatpresent.Itsmoststrikingcharacteristicistoutilizenon—cokingcoal
resourceasitsmainfuel,anditleavesoutthecokingandsinteringprocessestoreduceemmision
dramatically.Itisabrand-newenergy—saving,environment・friendlyandrecyclingironmaking
process.ThispapermainlyintroducestheprinciplesandmethodsofCOREX一3000model
calculationexcogitatedbyBaosteel.Underthesamechargingconditions,thecalculationresultsarequitesimilartotheonecalculatedbyS-VAI,whichprovidesalotofconveniencesfortheprocess
operatorsandcomputermodelmaintenancepellsonel.Keywords:COREX一3000;meltingandreduction;modelprinciple;modelmaintenance
0概述
宝钢中厚板分公司炼铁厂采用的是世界先进的熔融还原法COREX炉炼铁技术,也是中国第
一座COREX炉。和高炉一样,物料也是COREX
冶炼的基础,是影响其生产的至关重要因素。配
料计算模型恰当,配料方案合理,不仅关系到产品
的最和质量,而且直接影响到最终的配矿成本和
经济效益。同样,COREX配料或变料计算不准很
容易导致产品质量波动,生产成本上升,经济效益
张熙工程师1980年生2006年毕业于湖南工业大学现从事计算机系统集成与控制模型开发维护工作电话66797640E—mailzIlangxi@baosight.eom下降,甚至出现生产事故。
由于COREX工艺分为竖炉和熔融气化炉两部分,工艺较高炉复杂。竖炉产生的海绵铁金属
化率直接影响气化的燃料使用量,而熔融气化炉
产生的还原煤气量及成分又直接影响竖炉金属化
率。配料模型计算时需要通过气化炉还原煤气成分和顶煤气流量、成分推算海绵铁金属化率,结合
目标熔炼率,在一定原燃料配比下求出一定时间内需要装入竖炉和熔融气化炉的原燃料量。运用
过程控制系统的配料控制模型,能够实现熔剂调
节,使炉渣达到目标碱度的目的¨』。奥钢联为宝钢COREX一3000提供了配料计
算模型,但不提供计算原理、计算程序。当料单计
算与生产实际原燃料消耗、渣铁质量等有显著偏
万方数据张熙COREX一3000配料计算模型原理与实现13
差时,生产上无法查清哪些计算参数造成的影响或哪些计算的修正系数选择不当。本文介绍了宝
钢自己研究解析出的计算模型,同一装入条件下
的计算结果与奥钢联模型的计算结果很接近,为
生产操作者和计算机模型维护人员的使用提供了很大方便。
1配料控制模型应用介绍
1.1模型应用概述
COREX一3000配料模型在计算机上实现配料计算、铁水计算、上料矩阵三个主要的功能。
(1)配料计算确定熔炼率、金属化率、顶煤气
流量、风口氧气流量、烧嘴氧气流量和铁水成分
值、铁渣成分和还原气体的成分值、原料和燃料成分值、紧炉和熔融气化炉的矿石及燃料的加入量。
(2)上料矩阵是由通过配料计算模型计算出
来的竖炉和熔融气化炉的矿石及燃料加入量形成
的。上料矩阵下发料单至Ll自动化控制系统,指导操作人员进行上料。
(3)铁水计算是配料计算的反计算。输入实
际的铁水成分值、铁渣成分值和还原气体的成分
值、嚷炉原料实际值和气化炉的燃料实际值,计算出装入嚷炉的各种原料和熔融气化炉的燃料的各
种量的百分比值、熔炼率和风口氧量。
1.2配料模型配料计算功能
COREX一3000配料模型的主要输入参数为:
①熔炼率、金属化率、顶煤气流量、风口氧气流量、烧嘴氧气流量;②原料的配比值:包括竖炉与气化
炉的各铁矿石原料、混煤及混焦的加入配比值,以
及熔融气化炉熔剂、焦炭、铁矿石加入龟的配比值;③渣铁的成分,铁水成分主要控制变量为
W[si]、W[s]、埘[c】,渣中的输入变量为W(Feo),其他例如tlJn、伽M。、W,,已定好在渣铁的分配比;④煤气成分,主要输入值是还原煤气的CO:含量、CH。含量
以及H:O含量。通过模型计算的输出参数为加入的原料、煤、辅助料的实际值。模型参数的预设:①在呸炉中CaCO,煅烧的
百分比、析碳反应的百分比、还原煤气CO和H,
的利用率差值;②在气化炉中煤的吹损、矿石和
添加剂的吹损、热旋风效率、燃料中硫磺生成H:s进入煤气的比例等;③Mn元素进入铁水的比
例、P元素进入铁水的比例、Ti元素进入铁水的
比例。
图l是配料计算输入和输出流程图。煤气成分输
图1配料计算输入和输出流程图
Fig.1BeinputandoutputnowdiagramofmatefialblendingcMcIllation
1.3配料模型上料矩阵计算功能
通过铁水预计算的原料值是怎么形成一批料
的料单下发到现生产现场,工人根据下发的料单计划准确无误的进行上料的呢?这是配料模型又
一个功能,在进行铁水预定计算后,其计算结果根
据炼铁的工艺参数形成一个料单,料单下发到自
动控制系统,进行准确上料。1.4配料模型铁水计算功能
COREX一3000配料模型的铁水计算主要输入
参数为:①气化炉装入含铁元素和燃料、熔剂含铁
的吨量;②竖炉装入矿石吨量和燃料、熔剂含铁的
吨量;③渣铁的成分,铁水成分的主要控制变量为[si]、[s]、[C],渣中的输入变量为(FeO),其他元
素例如Ti、Mn、P,已定好在渣铁的分配比;④煤气
成分,主要输入条件是还原煤气的CO:含量,CH。含
量以及H:O含量;⑤顶煤气流量、风口氧气流量、烧嘴氧气流量。输出参数为:竖炉矿料的百分比
值、气化炉内煤的百分比值、熔炼率和风口氧量。
模型输入的参数是一些COREX上料的实际值、反计算出的各种矿和煤加入的百分比、实际的
熔炼率和风口氧量。如果计算的熔炼率比实际的
熔炼率存在较大的误差,则反映了炉体问题或操
作上有些方法不当【2’。
2模型分析
2.1模型计算原理解析COREX配料模型的核心是物料平衡计算,物
料平衡计算主要根据Fe元素和O元素两个平衡
方程联列求解。(1)Fe元素平衡方程:
∑形’埘仉:+形岛。M一栅’埘仉酬ed一妇2
既ig’埘h咄+形lag’叫n她+IIIⅢ’埘1FedⅢ式中,形为各种入炉原燃料的质量,kg;埘低i为各
一一一一一
万方数据14宝钢技术2010年第6期
个原燃料中铁元素百分含量,%;睨”取hg为铁水质量、渣质量,kg;埘n矿埘Fe。k为铁水、炉渣中铁元素百分含量,%;n。led一血¨耽。。为反吹粉尘、还
原煤气携带粉尘的质量,kg;埘m。刊d墙-l、I∥TFe妇为反吹粉尘、还原煤气携带粉尘中铁元素百分含量,%。
(2)O元素平衡方程:
;职・"q+吉。%+‰腻一妇・
埘o,II_d。=既g。埘opis+形也’
埘。她+形o‘WOd。t+形0‘埘op
式中,WOi为各个原燃料中氧元素百分含量,%;%为氧气提供氧量,kg;%为还原煤气质量,
kg;wo为还原煤气中氧元素百分含量,%。。2.2模型计算结果
对提供的11个料单(其中NO.745重复)进
行了演算,本计算结果与VAI模型计算结果比较列于表1。
从表1看,本计算的结果与VAI的计算拟合
度较高,矿石消耗误差在0.1%以内,燃料消耗误
差也在0.2%以内。经过现场随机抽取料单检验,本计算与VAI模型结果误差在高炉配料计算
的合理误差范围0.3%内,认定本配料计算满足
要求。
表1VAI模型与本计算结果比较Table1ComparisonoffuelconsumptionbetweenVAImodelandthecalculatedresults
竖炉原料竖炉原料气化炉燃料气化炉燃料料单号消耗(VAl)/消耗(本模型)/相对误差/%消耗(VA[)/消耗(本模型)/相对误差/%(kg・t‘1)(kg・t。)(kg・t一1)(ks・t一1)
N0.5541431.7l431.80.007869.4868.80.069
NO.6601491.61492.40.054946.9948.1O.127
N0.745l403.8l404.30.036836.6837.30.084
NO.818l404.0l404.0O.000860.9860.60.035
N0.819l403.91404.80.064864.5864.10.046
NO.8211400.2l401.10.064863.6862.7O.104
N0.9171411.81412.00.014868.7868.60.012N0.9181429.6l429.6O866.8867.10.035
NO.919l428.2l428.2O866.6867.30.081
NO.98ll471.11471.0O.007993.4993.30.010
2.3原料消耗的分析
在配料模型中,熔剂中的Fe和燃料中的Fe对原料消耗的影响微弱,熔剂和燃料中Fe只占
人炉铁量的1%左右,剩下的影响一个是人炉的
原料品位,另一个是炉尘损失。炉尘的损失在
模型计算中主要涉及金属化率、顶煤气流量和炉尘量,但其影响较小,对燃料消耗的影响低于
1%。实际出炉的铁量与模型计算的值也基本
吻合‘2l。2.4燃料消耗的分析
在配料模型中,主要是根据氧元素守恒来计算燃料消耗,其牵涉的因素比较多,主要是煤
气成分、石灰石煅烧、金属化率以及入炉水量
等。其中影响最大也是最难预测的是金属化率,由于实际的金属化率波动较大,在配料计算
中,预先给定的金属化率的精准存在问题【3J。在模型中,金属化率每波动1%,燃料比变化