基于GA-BP模型和李斯特操作线的铁直接还原度的预测研究

为实现“碳达峰、碳中和”目标和加快打造具有重要影响力的经济社会,着力推进工业绿色低碳转型和制造业高质量发展就必须从工业技术上改革。在高炉炼铁工艺过程中,铁的直接还原度在炼铁工艺中作为判断生产的重要指标系数,为决定生产强度起到关键作用。本文通过李斯特操作线模型计算铁的直接还原度,运用GA-BP算法建立了铁的直接还原度预测模型,并与支持向量机模型、随机森林模型进行预测结果对比。预测结果表明,GA-BP模型的MSE为0.012,MAE为0.08,R2达到0.92,预测性能明显优于另外两个预测模型,模型的拟合性更强。

高炉焦比、直接还原度及炉顶温度的联合计算

本文采用分解计算的原则,利用高炉区域热平衡,推导出炼铁焦比、铁的直接还原度及炉顶温度的联合计算方法、算式。对澳大利亚学者A.K.Biswas这方面的计算作了某些修正。指出在高炉区域热平衡计算中亦应采用鼓风热焓进行计算,这可以排除高炉过程“内热”因素的干扰,使得计算简捷正确。本文还提出了一些其他算式,如物料的渣量系数,灰石系数、焦炭碳素的有效热量等,这些算式对炼铁工艺计算都是有用的。

试论一氧化碳利用率与直接还原度的关系

高炉操作人员对η_(co)与R_d这两项指标历来十分重视。认为η_(co)提高后R_d将随之降低。但是1号高炉过程计算机打印的报表中往往出现η_(co)提高后,R_d也升高的现象。由R_d的简化推导式知:影响R_d的因素除了η_(co)之外,尚有其它许多因素。因此不能由η_(co)的升降,简单地去推断R_d的变化,应该全面考虑综合分析诸因素对R_d的影响。

碳平衡法直接还原度计算公式的修正

前苏联冶金学家巴甫洛夫所定义的铁的直接还原度的计算方法在炼铁计算中应用十分广泛,一些重要的炼铁计算,如热平衡、物料平衡、理论焦比等的计算都离不开直接还原度计算。直接还原度的计算方法有碳氮平衡法、碳平衡法和热平衡法三种,其中碳平衡法因使用煤气相对体积进行计算,所以一直被认为是误差相对较小的一种方法。作者认为,碳平衡法计算公式的原则是正确的,但因计算公式对高炉内氢行为的考虑欠周全。

铁的直接还原度γd碳平衡计算法公式的分析和修正

普遍采用的碳平衡法计算出的γ_(d)值,实际误差偏大.这是因为在高炉炉缸中的氢,除了一部分参加还原以外,其余未参加还原的氢,还要消耗宁生成CH_(4),并不是全部进入炉顶煤气.据此,推导出了修正后的γ_(d)计算公式.

高炉内铁的直接还原度计算新法——兼评某高炉加湿鼓风经济效益

高炉冶炼中,碳耗决定于热量碳耗与直接还原碳耗之和,而直接还原变r_d的增加,不但后者碳耗增加,而且由于其大量耗热,使前者也要增大。因此,冶炼工作者总希望降低r_d值。理论证明,高炉内最低炭素消耗既不是全部直接还原,也不是全部间接还原,而是最适宜的直接还原度值r_d′。目前高炉内的r_d值与最适宜的r_d~′相距甚远,潜力很大。

武钢高炉直接还原度及碳熔损率的计算与分析

对武钢7座高炉的直接还原度、碳熔损量、焦炭起始反应温度进行了研究,结果表明：武钢高炉直接还原度偏高且波动范围宽,为了降低焦比,需要发展间接还原;高炉碳熔损量在20%-25%之间,为了能够更加准确地指导高炉生产,需要进行恒定反应性的焦炭热性能实验;随着直接还原度降低,高炉煤气利用率呈线性升高,焦比呈线性降低;焦炭的起始反应温度受配煤比、工艺条件、炉型等因素的影响,其中工艺条件的影响最大。

低品位复杂矿高炉直接还原度影响因素研究

低品位复杂矿在高炉冶炼过程中对直接还原度有显著影响,主要表现为降低直接还原反应的难度增加。为了开展高炉冶炼低品位复杂矿直接还原度的研究,根据A钢厂生产工艺参数,在普通矿高炉模型基础上建立了低品位复杂矿高炉直接还原度计算模型。对模型参数进行分析得出:直接还原的发展使碳消耗量增加,耗热量随之增加,且耗热量增加也使碳用量增加;当直接还原发展时,间接还原降低,煤气利用率随之降低;在复杂矿中,因为还原复杂元素,还原耗碳增加的同时,直接还原度增加。

低品位矿高炉碳消耗与铁直接还原度关系探究

在高炉冶炼中，碳量消耗决定于热量碳耗与还原反应碳耗之和，冶炼过程中，随着铁直接还原度rd的增加,直接还原碳耗增加,而且由于反应大量耗热,使热量碳耗也要增大，提高了生产成本。因此,冶炼过程中总希望降低rd值，降低碳量消耗，减少成本。通过计算低品位矿高炉碳消耗及铁直接还原度，得出了碳消耗、煤气利用率与铁直接还原度间的关系曲线。结合冶炼实际，对入炉物料选择、冶炼条件等方面提出改进措施，为高炉冶炼降低成本，节约能源提供依据。

内配煤团块高温自还原特性研究

通过对内配煤团块高温自还原过程中的直接还原和间接还原反应的研究,定义了内配煤团块自还原反应的间接还原指数(α),并建立了间接还原指数(α)与直接还原度(γd)之间的关系.结果表明,内配煤团块在高温下的自还原反应并不是100%的直接还原反应.内配煤团块自还原反应的直接还原度随团块内脉石(或渣相)含量升高而降低;直接还原度越高,还原产物的残碳含量也就越低.内配煤团块自还原反应氧化铁的还原率随含铁品位升高而增加.内配煤团块自还原过程中的气化脱硫率可达到25%~28%.

COREX熔融气化炉填充床内气固相间还原形式的影响因素研究

为提升COREX熔融气化炉内冶炼效率,根据COREX熔融气化炉填充床含铁炉料的还原特征,采用"历程"分割法,进行实验室高温还原模拟试验。对还原过程中含铁炉料还原及直接还原比例进行考察,在此基础上,单一改变还原气体流量、还原气体成分以及预还原炉料金属化率,考察其对含铁炉料还原及直接还原比例的影响。研究结果表明增大熔融气化炉内低温段区间、提高还原煤气流量、提升还原煤气中氢的含量等措施可降低直接还原比例。

高炉喷吹焦炉煤气降焦效果的数值分析

以武钢7号高炉2007年的冶炼条件为基准,通过高温区物质平衡、热平衡的数值分析,计算了高炉喷吹焦炉煤气的降焦效果和极限喷吹量。结果表明,喷吹焦炉煤气能够显著降低焦比,冷焦炉煤气的极限喷吹量为506.424m^3/t,950℃热焦炉煤气的极限喷吹量为585.396m^3/t;冷焦炉煤气对焦炭的置换比为0.32kg/m^3,950℃热焦炉煤气对焦炭的置换比为0.42kg/m^3。

关于高炉焦比的联合计算

利用作者提出的高炉高温区热平衡计算方法，采用分解计算的方法，列出了求解炼铁焦比和直接还原度的联立方程．方法简捷、正确，计算结果能与高炉冶炼实际状况很好吻合．文中提出的“煤气相对利用率”的概念，它能表明高炉冶炼趋近理想状态的程度，揭示理论焦比与高炉实际焦比之间的关系．本文方法是高炉焦比及其它指标计算应该采用的方法．

吨铁风口耗氧量对高炉生产效率的影响

探讨了吨铁风口耗氧量对高炉炼铁过程中高温区的有效热量消耗、直接还原度、碳素消耗量及氧迁移的影响。认为,随着吨铁风口耗氧量的增加,高炉燃料比上升、面积利用系数下降的主要原因,是由于高温区的有效热量消耗增加的缘故,而不是因为直接还原度上升。吨铁风口耗氧量增加时,由于风口燃烧碳素的增加,操作线的斜率增加,燃料比升高,高炉下部高温区的热量收入大幅度增加。四组高炉生产数据表明,吨铁风口耗氧量由230m^(3)/t增加到330m^(3)/t,高温区的有效热量消耗和高温区排出煤气带走的热量之和,由150000kJ/kg增加到270000kJ/kg。可是,直接还原度反而从53.5%下降至41.0%,直接还原消耗的热量由81000kJ/kg下降到62000kJ/kg,下降幅度完全满足不了消耗的增量。因此,吨铁风口耗氧量在很大程度上决定了燃料比的高低。

喷吹煤气高炉冶炼的极限焦比研究

本文提出用煤气代替煤粉进行喷吹,简化了高炉冶炼过程,使得喷吹煤气的高炉冶炼达到焦比极限成为可能。应用焦比与直接还原度的联合计算方法,研究了喷吹煤气新工艺下的极限焦比值。结果指出:煤气仅进行间接还原时,高炉冶炼1000 kg生铁的总耗热为1506849.53 k J/t Fe,焦比为238.88 kg/t Fe,直接还原度为0.20。而煤气在风口区燃烧提供热量时,高炉冶炼1000 kg生铁的总耗热为1873112.57 kJ/tFe,焦比为258.89 kg/tFe,直接还原度为0.34。当喷入的煤气一部分在风口区燃烧供热和一部分在间接还原区进行间接还原时,喷煤气高炉才能达到极限焦比值。直接还原度和极限焦比都随着喷入的煤气量的增加而先减小后增大。计算得到喷煤气高炉的极限焦比值为124.76 kg/tFe,喷入的煤气量为1127.97 m3/tFe,直接还原度可降到0.044,新工艺冶炼需要的单位生铁总热量为1074599.9 kJ/tFe。

富氢气体喷吹对高炉冶炼工况的影响规律

为了研究富氢气体进行高炉喷吹对于冶炼工况的影响,建立高炉喷吹富氢气体的能质平衡模型,研究了天然气、焦炉煤气、炉顶循环煤气喷吹量对燃料比、直接还原度、炉腹煤气量、氢利用率、炉腹煤气量以及CO_(2)排放量的影响。对风口理论燃烧温度的计算方法进行修正,将原燃料灰分吸热、未燃烧煤粉吸热、甲烷分解吸热等因素考虑在内,计算结果更精确。富氢气体喷吹可不同程度地降低直接还原度,发展间接还原,减少燃料消耗。当富氧率和焦比不变时,天然气对于直接还原度、风口焦炭质量、理论燃烧温度的影响最大,焦炉煤气其次,循环煤气最小。天然气、焦炉煤气、循环煤气喷吹量每提高10 m^(3),直接还原度分别降低0.014、0.009、0.002 4,风口燃烧焦炭量分别增加3.22、2.01、0.55 kg,理论燃烧温度分别增加20、14.33、10.17℃。高炉喷吹富氢气体后高炉CO_(2)产生量和排放量减少,其中天然气喷吹的CO_(2)减排效果最显著,与基准期相比,喷吹60 m^(3)天然气时CO_(2)排放量减少了9.46%。