高炉压差背景

钢铁工业是消耗资源、能源和产生污染排放的重点行业，面临着能源、环境和成本的多重压力。当前，原燃料价格连年大幅上涨，造成我国钢铁生产成本不断攀升，节能减排和环保的要求也越来越高，因此开展高炉炼铁节能减排的研究对降低生产成本、提高企业竞争力具有非常重要的意义。在原燃料质量不变的情况下，要使高炉炼铁成本处于较低水平，必然要在合理的操作制度下，使高炉稳定、顺行，煤气能量利用充分，炉温充足，整个料柱透气性好，进而使焦比、燃料比下降，降低炼铁成本。要使高炉炉料顺利下降，良好的料柱透气性很关键，压差的大小能间接反映料柱透气性的变化。所以压差波动控制对高炉过程控制有重要的意义。

用数学模型化的方法研究高炉工艺过程已被国内外学者证实是可行的。近年来，数据挖掘被逐渐引入到炼铁自动控制系统中，并日趋广泛和成熟，发挥了重大作用。6σ 现已广泛应用于冶金领域中，我国宝钢、武钢等各大钢厂成功引进6σ，在节能减排、降低成本等方面取得很大成果。Minitab 软件强大的数据处理功能完全能够满足6σ 管理各个阶段的数据处理要求，成为6σ 管理技术进行实施的主要工具。

以压差为研究对象，利用Minitab 软件寻找影响高炉压差的主要因素，采取相应的改进方案和控制措施，将高炉压差控制在合理的范围内，并维持水平波动稳定，确保高炉良好的透气性，以此满足高炉稳定、顺产，从而降低能耗和生产成本 。

将某钢厂2BF 炼铁生产现场收集到的数据分为27 组，做压差的稳定分析。如《图1：压差的I － MR 控制图》所示。

由图1可知，该钢厂2BF 压差的极差值水平波动不稳定，压差的均值水平波动较稳定，波动范围为144 ～ 150kPa， 第7 组压差值为144kPa，超出控制下限( 144. 6kPa) 。

从原燃料质量、鼓风制度、高炉冶炼过程控制参数等方面选出与压差波动相关的因素，生成因果矩阵，见表1。在相关分析的基础上，为因素打分，高度相关打9 分，中度相关6 分，低度相关3 分，不相关1 分。压差为主要研究目标，且压差的稳定为高炉顺产、高产提供保障，所以确定压差、生铁产量和压差标准偏差的权重分别为10、8、5，然后计算各因素的总分，超过80分的因素为重要影响因素。各由表1 可知，风压、焦比、风量、风温和透气性指数等15 个因素总分都超过80，对压差影响度较高，做主要影响因素与压差之间的散点图，如《图2：压差与各因素的散点图》所示。

由图2可知，风量、风压、炉顶压力、鼓风湿分、风温、透气性指数、煤气利用率、风速、焦比、富氧率、煤比与压差具有较强的相关性关系，结合因果矩阵分析和相关分析，最终确定影响压差波动的主要因素有: 风量BV，风温BT，鼓风湿分BH，富氧率，煤比，透气性指数K 和焦比k 。

将上述影响压差的主要因素与压差运用Minitab 逐一进行回归分析，剔除对压差影响不显著的富氧率和煤比( 显著性水平P > 0. 5)。回归分析数据和方差分析数据见表2、表3。

由表2 回归分析得出各影响因素的P≤0. 05，说明风量、风温、透气性指数和焦比对压差都有显著影响。由表3 方差分析可知P =0. 000 <0. 05，说明回归模型有效。且R － Sq ( 回归模型误差占总误差的百分比) 为80. 9%，R －Sq ( 调整) 为77. 1%，二者差值较小，模型精确度较高，风量、风温、透气性指数和焦比对压差的影响贡献率达到77. 1%。并由残差图可知:数据趋于正态、随机分布，无倾向性，无异常状态，模型模拟很好。

通过上述分析得到风量、风温、透气性指数、焦比对压差的影响显著，针对高炉炼铁生产中压差值水平波动不稳定的情况，可通过调节风量、风温和焦比来控制和稳定压差。通过数据分析，该钢厂2BF 其适宜的压差波动范围是146 ～150kPa。在保持原燃料稳定的条件下，生产过程中逐步调控风量、风温和焦比的变化值，最终确定控制风量在4203 ～ 4369m³ /min，风温在1100～ 1151℃，焦比在395 ～ 445kg /t 范围内变化可使压差波动小，高炉透气性好，高炉能持续稳定、顺产，达到降耗和节约成本双赢的目的。

(1) 影响压差的主要因素有: 风量、风温、透气性指数和焦比。并验证了各因素对压差的影响具有显著有效性。

(2) 在原燃料稳定的条件下，控制风量在4203 ～ 4369m3 /min，风温在1100 ～ 1151℃，焦比在395 ～ 445kg /t 范围内变化时，该钢厂2BF压差波动小，炉况稳定，从而降低了生产成本 。2100433B

高炉炉缸产生的煤气，在炉缸与炉喉的压差(△p)的作用下，穿过整个料柱运动到炉喉的料面上。这个压差所反映的能量损失也称压头损失，它主要消耗在克服炉料对煤气运动的阻力上，而阻力损失主要有：一是由于煤气并非理想气体，有一定黏度，会与通道壁产生摩擦而损失能量，这一部分称摩擦阻力损失;另一则由于气体通过料层时，路径时宽时窄，质点的轨迹十分曲折，要克服湍流、漩涡和截面突然变化而造成的能量损失，这一部分称为局部阻力损失。这些阻力损失直接决定着炉内的压力变化和气流分布，气流总是在阻力小的地方通过得多些，阻力大的地方少些。研究高炉煤气运动规律的基本目的是如何减少气体的阻力，多鼓风，多出铁，同时使气流分布均匀，煤气的热能和化学能得到充分的利用，降低冶炼能耗。

块状带△p的表达式 在研究类似高炉炉料的散料层中的气体运动时，通常将气体通过料块空隙的运动，假设为气体沿着彼此平行、有着不规则形状和不稳定截面、互不相通的管束的运动。这样，就可以应用流体力学中关于气体通过无填充管道的压头损失的一般公式，并通过试验，修正公式中的阻力系数得到半经验公式。在研究分析高炉煤气运动时，经常应用的表达式有扎沃隆科夫(Н.М.Жаваронков)公式：如图1 所示。

式中γ，ρ为气体的密度，kg/m³;ω为气体的空炉速度，m/s;v为气体的运动黏度系数，m/s;ε为炉料的空隙度(量纲为1);g为重力加速度，m/s;dэ为炉料中通道的当量直径，m;dp为炉料的平均直径，m;Φ为形状系数，即炉料颗粒与球粒的差异程度(量纲为1)。扎沃隆科夫公式过去为俄国学派普遍采用，他认为高炉内煤气运动处在不稳定紊流区，相当于层流转变为紊流的过渡区。厄根公式是欧美学派的代表，他认为高炉煤气运动是紊流状态。现在冶金工作者普遍认为高炉煤气运动是处在紊流区内，所以它已取代扎沃隆科夫公式而广泛应用于世界各国的研究工作和文献中。

影响△p的因素主要是原料特性和煤气特性。原料特性主要是指它的粒度组成和空隙度，煤气特性主要是指煤气流速、温度、黏度和压力;前者决定了炉料的透气性，后者决定了煤气通过料层的能量大小，并集中地反应在△p的表达式中。

1．系统的供电电压允许偏差。国家标准《电能质量供电电压允许偏差》GB 12325-2008规定：

（1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%。若供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。

（2）10kV及以下供电电压允许偏差为额定电压的±7%。

（3）0.22kV单相供电电压允许偏差为 7%、-10%。

2．用电设备端电压允许偏差。国家标准《供配电系统设计规范》GB50052-95规定：

（1）电动机允许电压偏差为额定电压的±5%。

（2）照明时，允许电压偏差在一般工作场所为额定电压的±5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为额定电压的 5%、－10%：应急照明、道路照明和警卫照明等为额定电压的 5%、－10%。

3．其他用电设备当无特殊规定时允许电压偏差为额定电压的±5%。

差压开关原理

国产差压开关和进口差压开关功能原理相同，都是利用两条管道的压差来发出讯号，差压开关也叫压差开关！具体使用场所要比压力开关少许多，

差压开关技术指标

测量介质：无腐蚀作用的气体、液体或蒸汽等（特殊介质应当采用隔膜）

外壳：压铸铝，环氧树脂涂层，带密封垫圈的外盖

设定点精度：±0.5%

切换差：分为可调和不可调两种（参考选型数据表）

重复性误差：<1%

压力接口：标准M20*1.5螺纹（可根据现场需要，特殊定制）

电气接口：M20*1.5 螺纹接口（可根据现场需要，特殊定制）

开关输出：一个单刀双掷（SPDT）输出（开关可接"常开型"或者“常闭型”）

环境湿度：5%~95%

使用寿命：105次循环

抗振性：

防爆等级：ExedllCT6