COREX_3000配料计算模型原理与实现
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张 熙 工程师 电话 1980年生 2006 年毕业于湖南工业大学 zh angx@ i baosight . com
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 - 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
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 F e 元素和 O 元素两个平衡 方程联列求解。 ( 1) Fe 元素平衡方程 :
∃ W %w
i i
T F ei
+ W recycled- dust % w TF e recyc led- dust =
W O 2为 氧气 提供氧 量, kg ; W gas 为还 原煤 气质 量, kg ; w O ga s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 VA I模型计算结果比较 列于表 1。 从表 1 看, 本计算的结果与 VA I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 VA I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。
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 的量和质量 , 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
[ 1]
现从事计算机系统集成与控制模型开发维护工作 66797640 E m ail
张
熙
COREX - 3000 配料计算模型原理与实现
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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- 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、 竖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 L 1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、 竖炉原料实际值和气化炉的燃料实际值, 计算 出装入竖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- 3000 配料模型的主要输入参数为: 熔炼率、 金属化率、 顶煤气流量、 风口氧气流量、 烧嘴氧气流量; 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 石加入量的配比 值 ; ! 渣 铁 的成 分 , 铁水 成 分 主 要 控制 变 量 为 w [ S i] 、 w [ S] 、 w [ C] , 渣中的输入变量为 w ( F eO) , 其他例 如 wT、 w 、 煤气成 i M n w P, 已定好在渣铁的分配比 ; ∀ 分 , 主要输入值是还原煤气的 CO 2含量、 CH 4含量 以及 H 2 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 : 在竖炉中 C aCO 3煅烧的 百分比、 析碳反应的百 分比、 还原煤气 CO 和 H 2 的利用率差值 ; 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 2 S 进入煤气的 比例等 ; ! M n 元 素进入铁水的 比 例、 P 元素进入铁水的比 例、 T i元素 进入铁水 的 比例。 图 1 是配料计算输入和输出流程图。
Theory of the COREX - 3000 M aterial BlendingM odel and Its Imp lem en tation
ZHANG X i ( Shanghai Baosigh t Software C o . , L td . , Shanghai 201900 , Ch ina) Ab stract : T he COREX process is a un ique industria lized m e lting reduction techno logy for ironm ak in g in the w orld at presen.t Its m ost striking characteristic is to ut ilize non cokin g coal resource as itsm ain fue,l and it leaves out the coking and sintering processes to reduce emm ision dra m at ica lly. It is a brand new energy saving , environm ent friend ly and recyc ling iron m aking process. Th is paper m ainly introduces the princ ip les and m ethods of COREX - 3000 m odel calculat io n excog itated by Baostee. l Under the sam e charg in g condit io ns, the calcu lation resu lts are quite si m ilar to the one calcu lated by S VA I , w hich prov id es a lot o f conven iences for the process operators and compu ter m odel m a in tenance persone.l K ey w ords: COREX - 3000 ; m eltin g and reduct io n ; m ode l prin ciple ; m odel m a in tenance
图 1 配料计算输入和输出流程图
F ig. 1 The input and ou tput flo w d iagra m of m ater ia l b lend ing calculation
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- 3000 配料模型的铁水计算主要输入 参数为: 气化炉装入含铁元素和燃料、 熔剂含铁 的吨量; 竖炉装入矿石吨量和燃料、 熔剂含铁的 吨量; ! 渣铁的成分 , 铁水成分的主要控制变量为 [ S i]、 [ S]、 [ C] , 渣中的输入变量为 ( F eO) , 其他元 素例如 T 、 iM n 、 P, 已定好在渣铁的分配比; ∀ 煤气 成分, 主要输入条件是还原煤气的 CO2含量, CH 4含 量以及 H 2 O 含量; # 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 [ 2] 作上有些方法不当 。
竖炉原料 消耗 ( VA I) / ( kg% t- 1 ) NO. 554 NO. 660 NO. 745 NO. 818 NO. 819 NO. 821 NO. 917 NO. 918 NO. 919 NO. 981 1 431 . 7 1 491 . 6 1 403 . 8 1 404 . 0 1 403 . 9 1 400 . 2 1 411 . 8 1 429 . 6 1 428 . 2 1 471 . 1
W p ig % w F ep ig + W s lag % w F es lag + W dust % w TF edust 式中, W i 为各种入炉原燃料的质量 , kg; w T Fe i 为各
Leabharlann Baidu4
宝
钢
技
术
2010 年第 6 期
个原燃料中铁元素百分含量, % ; W p ig、 W slag 为铁水 质量、 渣质量 , kg ; w F ep ig、 w F e slag 为铁水、 炉渣中铁元 素百分含量 , % ; W recycled- dust、 W dus t 为反吹粉尘、 还 原煤气携带粉尘的质量, kg; w T F e re cyc led- dus t、 w TF e dus t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: 1 W i % w O i + % W O2 + W recycled- dust % ∃ i 2 w O re cyc led- dust = W pig % w O pig + W slag % w O slag + W dust % w O dust + W gas % w Og as 式中, w O i 为各 个原燃 料中氧元 素百分 含量, % ; 表 1
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COREX - 3000配料计算模型原理与实现
张 熙 201900) (上海宝信软件股份有限公司 , 上海
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 - 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 - 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 do: i 10 . 3969 / . j issn . 1008- 0716 . 2010 . 06 . 004
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 - 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
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 F e 元素和 O 元素两个平衡 方程联列求解。 ( 1) Fe 元素平衡方程 :
∃ W %w
i i
T F ei
+ W recycled- dust % w TF e recyc led- dust =
W O 2为 氧气 提供氧 量, kg ; W gas 为还 原煤 气质 量, kg ; w O ga s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 VA I模型计算结果比较 列于表 1。 从表 1 看, 本计算的结果与 VA I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 VA I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。
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 的量和质量 , 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
[ 1]
现从事计算机系统集成与控制模型开发维护工作 66797640 E m ail
张
熙
COREX - 3000 配料计算模型原理与实现
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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- 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、 竖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 L 1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、 竖炉原料实际值和气化炉的燃料实际值, 计算 出装入竖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- 3000 配料模型的主要输入参数为: 熔炼率、 金属化率、 顶煤气流量、 风口氧气流量、 烧嘴氧气流量; 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 石加入量的配比 值 ; ! 渣 铁 的成 分 , 铁水 成 分 主 要 控制 变 量 为 w [ S i] 、 w [ S] 、 w [ C] , 渣中的输入变量为 w ( F eO) , 其他例 如 wT、 w 、 煤气成 i M n w P, 已定好在渣铁的分配比 ; ∀ 分 , 主要输入值是还原煤气的 CO 2含量、 CH 4含量 以及 H 2 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 : 在竖炉中 C aCO 3煅烧的 百分比、 析碳反应的百 分比、 还原煤气 CO 和 H 2 的利用率差值 ; 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 2 S 进入煤气的 比例等 ; ! M n 元 素进入铁水的 比 例、 P 元素进入铁水的比 例、 T i元素 进入铁水 的 比例。 图 1 是配料计算输入和输出流程图。
Theory of the COREX - 3000 M aterial BlendingM odel and Its Imp lem en tation
ZHANG X i ( Shanghai Baosigh t Software C o . , L td . , Shanghai 201900 , Ch ina) Ab stract : T he COREX process is a un ique industria lized m e lting reduction techno logy for ironm ak in g in the w orld at presen.t Its m ost striking characteristic is to ut ilize non cokin g coal resource as itsm ain fue,l and it leaves out the coking and sintering processes to reduce emm ision dra m at ica lly. It is a brand new energy saving , environm ent friend ly and recyc ling iron m aking process. Th is paper m ainly introduces the princ ip les and m ethods of COREX - 3000 m odel calculat io n excog itated by Baostee. l Under the sam e charg in g condit io ns, the calcu lation resu lts are quite si m ilar to the one calcu lated by S VA I , w hich prov id es a lot o f conven iences for the process operators and compu ter m odel m a in tenance persone.l K ey w ords: COREX - 3000 ; m eltin g and reduct io n ; m ode l prin ciple ; m odel m a in tenance
图 1 配料计算输入和输出流程图
F ig. 1 The input and ou tput flo w d iagra m of m ater ia l b lend ing calculation
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- 3000 配料模型的铁水计算主要输入 参数为: 气化炉装入含铁元素和燃料、 熔剂含铁 的吨量; 竖炉装入矿石吨量和燃料、 熔剂含铁的 吨量; ! 渣铁的成分 , 铁水成分的主要控制变量为 [ S i]、 [ S]、 [ C] , 渣中的输入变量为 ( F eO) , 其他元 素例如 T 、 iM n 、 P, 已定好在渣铁的分配比; ∀ 煤气 成分, 主要输入条件是还原煤气的 CO2含量, CH 4含 量以及 H 2 O 含量; # 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 [ 2] 作上有些方法不当 。
竖炉原料 消耗 ( VA I) / ( kg% t- 1 ) NO. 554 NO. 660 NO. 745 NO. 818 NO. 819 NO. 821 NO. 917 NO. 918 NO. 919 NO. 981 1 431 . 7 1 491 . 6 1 403 . 8 1 404 . 0 1 403 . 9 1 400 . 2 1 411 . 8 1 429 . 6 1 428 . 2 1 471 . 1
W p ig % w F ep ig + W s lag % w F es lag + W dust % w TF edust 式中, W i 为各种入炉原燃料的质量 , kg; w T Fe i 为各
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2010 年第 6 期
个原燃料中铁元素百分含量, % ; W p ig、 W slag 为铁水 质量、 渣质量 , kg ; w F ep ig、 w F e slag 为铁水、 炉渣中铁元 素百分含量 , % ; W recycled- dust、 W dus t 为反吹粉尘、 还 原煤气携带粉尘的质量, kg; w T F e re cyc led- dus t、 w TF e dus t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: 1 W i % w O i + % W O2 + W recycled- dust % ∃ i 2 w O re cyc led- dust = W pig % w O pig + W slag % w O slag + W dust % w O dust + W gas % w Og as 式中, w O i 为各 个原燃 料中氧元 素百分 含量, % ; 表 1
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2010 年第 6 期
COREX - 3000配料计算模型原理与实现
张 熙 201900) (上海宝信软件股份有限公司 , 上海
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 - 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 - 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 do: i 10 . 3969 / . j issn . 1008- 0716 . 2010 . 06 . 004