(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211128146.5 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 山东钢铁股份有限公司 地址 271104 山东省济南市钢城区府前 大 街99号 (72)发明人 张乐辰　李朝阳　王中学　董强　 张明　姬光刚　张红启　卢军波　 (74)专利代理 机构 济南舜源专利事务所有限公 司 37205 专利代理师 辛向东 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) C21B 5/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法 (57)摘要 本发明涉及高炉炼铁过程数值模拟仿真技 术领域， 具体涉及一种优化高炉喷吹焦炉煤气操 作的方法， 包括如下步骤： S1、 建立高炉连续相数 值模拟工艺模型； S2、 建立高炉软熔带数学模型； S3、 建立高炉喷吹焦炉煤气反应模型； S4、 将高炉 连续相数值模拟工艺模型、 高炉软熔带数学模型 和高炉喷吹焦炉煤气反应模型进行耦合求解高 炉喷吹焦炉煤气过程； S5、 根据高炉工艺操作对 于工艺的影响确定最优的高炉喷吹焦炉煤气操 作工艺。 本发 明确定了较优的焦炉煤气喷吹操作 工艺， 指导现场试验应用和设备改造， 并最终达 到减少高炉化石能源使用量， 降低冶金长流程工 艺碳排放量的效果， 解决了高炉喷吹焦炉煤气工 艺研发过程中缺少定量化、 数据化技术指导的问 题。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115470727 A 2022.12.13 CN 115470727 A 1.一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 建立高炉连续相数值模拟工艺模型； S2、 建立高炉软 熔带数学模型； S3、 建立高炉喷吹焦炉煤气反应模型； S4、 将高炉连续相数值模拟工艺模型、 高炉软熔带数学模型和高炉喷吹焦炉煤气反应 模型进行耦合 求解高炉喷吹焦炉煤气过程； S5、 根据高炉工艺操作对于 工艺的影响确定最优的高炉喷吹焦炉煤气操作工艺。 2.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 步骤S1中， 高 炉连续相数值模拟工艺模型是根据质量平衡、 动量平衡和能量平衡结合数值分析方法建 立， 数值分析 方法采用多相流仿真商业软件进行。 3.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 高 炉软熔带数学模型为根据炉料物理性质， 分别建立冶炼温度与软熔带孔隙率、 炉料粒径的 关系。 4.如权利要求3所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 软熔带孔隙率 采用炉料收缩率表征， 炉料收缩率R与温度T具有一次函数或二次函数关系。 5.如权利要求4所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 二 次函数为， R ＝2.08e‑5T2‑0.068T+55.6。 6.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 步骤S3中， 高 炉喷吹焦炉煤气反应模型根据铁矿石与氢气的间接还原反应进行建立。 7.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 步骤S4中， 采 用多相流仿 真商业软件耦合求解高炉喷吹焦炉煤气过程， 耦合求解高炉喷吹煤粉和焦炉煤 气过程的炉内温度场、 压力场、 速度场、 产量、 炉顶气体利用率、 孔隙率、 气体组分。 8.如权利要求1所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 步骤S5中， 高 炉工艺操作对于 工艺的影响为炉顶 布料方式、 焦炉煤气喷吹量变化对炉身内部的影响。 9.如权利要求7所述的优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 其特征在于， 对于炉身内部 的指标为炉身内部温度场、 压力场、 速度场、 产量、 炉顶气体利用率、 孔隙率及气体组分。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115470727 A 2一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及高炉炼铁过程数值模拟仿真技术领域， 具体涉及一种优化高炉喷吹焦 炉煤气操作的方法。 背景技术 [0002]高炉炼铁工艺由于具有产量大、 效率高、 质量稳定等优点， 是最主要的炼铁方法过 程。 但是随着社会碳排放问题的日益突显， 减少高炉 过程化石燃料的使用量， 以含H2、 CH4等 富氢喷吹介质替代焦炭的高炉喷吹焦炉煤气方法已成为高炉低碳冶炼的重要发展方向。 焦 炉煤气在风口前与热风中氧气燃烧导致CO和H2气体含量升高， 氮气中还原气体分压升高。 热力学计算和实际现场试验均表明使用焦炉煤气替代天然气可以降低焦炭消 耗并且提高 铁水产量。 焦炉煤气的高效是由于它含有比天然气少3.5 ‑4倍的碳氢化合物。 这有利于提高 风口边缘的燃烧， 激活焦炭柱以及增加炉内气体的利用。 虽然喷吹焦炉煤气可以降低化石 燃料使用量、 减少碳排放， 但是富氢燃料与高炉内焦炭发生反将改变高炉透气性， 另外氢还 原反应为吸热反应， 焦炉煤气喷吹量过大时会大幅降低高炉内部温度， 改变炉内温度场分 布， 进而影响铁矿石的还原效率。 [0003]现有企业对高炉喷吹焦炉煤气工业试验， 通过工业试验方法确定焦炉煤气喷吹工 艺条件， 然而其具有 试验条件不稳定、 持续时间短、 获取结果不全面、 研发周期 长、 成本高等 缺点。 专利CN114182050A介绍了一种确定炉身喷吹最佳位置的方法， 该方法通过实验室测 量矿石软熔性质结合计算流体力学方法确定高炉软熔带位置后， 以预设喷吹位置进行数值 模拟计算分析高炉流程、 温度场等影响后确定最优喷吹位置。 该方法仅针对高炉喷吹焦炉 煤气位置确定进行说明， 未能提出针对炉顶布料、 喷吹煤气量操作的控制方法。 专利 CN110241272A是基于 现场工艺操作方法提出的高炉喷吹焦炉煤气方法， 其中未能对工艺操 作的优化及控制进行介绍。 发明内容 [0004]针对高炉喷吹焦炉煤气操作不合理的技术问题， 本发明提供一种优化高炉喷吹焦 炉煤气操作的方法， 可确定高炉喷吹焦炉煤气操作工艺的最优条件。 [0005]本发明提供一种优化高炉喷吹焦炉煤气操作的方法， 包括如下步骤： [0006]S1、 建立高炉连续相数值模拟工艺模型； [0007]S2、 建立高炉软 熔带数学模型； [0008]S3、 建立高炉喷吹焦炉煤气反应模型； [0009]S4、 将高炉连续相 数值模拟工艺模型、 高炉软熔带数学模型和高炉喷吹焦炉煤气 反应模型进行耦合 求解高炉喷吹焦炉煤气过程； [0010]S5、 根据高炉工艺操作对于 工艺的影响确定最优的高炉喷吹焦炉煤气操作工艺。 [0011]进一步的， 步骤S1中， 高炉连续相数值模拟工艺模型是根据质量平衡、 动量平衡和 能量平衡结合数值分析 方法建立， 数值分析 方法采用多相流仿真商业软件进行。说　明　书 1/4 页 3 CN 115470727 A 3