[发明专利]用于调整竖炉的装料过程中炉料流速的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及竖炉、尤其是鼓风炉的装料过程。更具体地说，本发明涉及用于使用流动控制阀调整从炉顶料斗进入炉内的炉料的流速(flow rate，流量)的方法和系统。

背景技术

众所周知，除了适当的材料荷载，鼓风炉内炉料的几何分配对液态金属生产过程具有决定性的影响，因为该几何分配另外还决定气体分配。为了达到考虑最优过程所期望的分配轮廓，两个基本方面很重要。首先，将材料引至供料线上的适当几何地点，以便实现期望图案，典型地为一系列封闭的同心圆或一螺旋。第二，在该图案上的每单元表面装载适当量的的炉料。

关于第一方面，使用配备有分配斜槽的顶部装料设备可实现几何上瞄准良好的分配，所述分配斜槽可绕炉轴线旋转并绕垂直于旋转轴线的轴线枢转。在过去几十年，已发现这种通常被称为BELL LESS TOPTM的装料设备尤其在工业上广泛使用，因为其允许通过适当地调整斜槽旋转和枢转的角度把炉料精确地引向供料线的任何一点。在转让给PAUL WURTH的美国专利第3,693,812号中披露了这种装料设备的早期例子。在实践中，这种设备用于通过分配斜槽把周期性循环序列的炉料批次(batch，装料量)排放到炉内。该分配斜槽通常从安装在斜槽上游的炉顶处的一个或多个顶部料斗(也称为料斗)被供给，这些料斗提供用于每一批次的中间存储并用作炉气闸。

鉴于第二方面，即，控制每单元表面区域的装料量，上述类型的装料设备通常配备有用于每个顶部料斗的各自的流动控制阀(也称为料闸门)，比如根据美国专利第4,074,835号。该流动控制阀用于调整从各个料斗经过分配斜槽排放到炉内的炉料的流速，以通过可变阀开度得到每单元表面的适当量的炉料。

流速调整的目的通常在于在期望的图案上获得沿直径对称且沿周向均匀的重量分布，这就通常要求恒定流速。另一个重要的目的是使批次排放的端部相对于通过分配斜槽描绘的图案的端部同步。另外，在斜槽到达图案的端部之前(“未到达目标”)可清空料斗，或者在已通过斜槽完全描绘该图案之后还剩有要排放的材料(“超出”)。

在已知的方法中，流动控制阀初始设为预定的“平均”位置，即对应于平均流速的“平均”阀开度。在实践中，根据各个顶部料斗中储存的批次的初始量和分配斜槽用来完全描绘期望图案的所需要的时间来确定该平均流速。通常从用于不同类型材料的一组预定理论阀特性中的一个得到该相应的阀开度，尤其是从绘制针对不同类型材料的流速相对于阀开度的曲线得到。比如，如欧洲专利EP 0 204 935号中所讨论的，通过实验可得到用于指定类型材料和指定阀的阀特性。EP 0 204 935提出在一批次排放过程中，根据所监控的排放顶部料斗中的炉料的残余重量或重量变化，通过“在线”反馈控制调整流速。与更早的美国专利第4,074,816号和3,929,240号相比，EP 0 204 935提出了一种方法，其从预定平均阀开度开始，在流速不足的情况下增加阀开度，但是在流速超过的情况下不减小阀开度。欧洲专利EP 0 204 935还提出，根据从先前的装料所得到的结果，对指示了确保特定类别材料的一定输出所要求的阀位置的数据进行更新，即，用于特定类型材料的阀特性。

欧洲专利EP 0 488 318披露了通过实时控制流动控制阀开度程度的的另一种流速调节方法，并且还提出了根据类似于上述阀特性的材料的不同种类，使用表示开口程度与流速之间的关系的表格。为了获得更加均匀的气体流动分布，EP 0 488 318提出了一种方法，其旨在在排放过程中获得流速与(平均)粒径的恒定比值。因为从理论公式中很难获得用于不同材料类型的精确阀特性，EP 0 488 318进一步提出了在随后的批次排放中，使用在指定的阀开度处实际达到的流速，以最小平方法，来对基于材料类型的表格进行统计校正。

日本专利申请JP 2005 206848披露了在排放一批次的时间期间，阀开度的“在线”反馈控制的另一种方法。除了通过“动态控制”在排放过程中重新调节阀开度，JP 2005 206848提出了将从标准开口函数得到的两种计算(“前馈”校正和“反馈”校正)应用于阀开度，所述标准开口函数近似于基于针对不同材料类型所存储的流速和阀开度的值的阀特性。相似地，专利申请JP 59 229407提出了一控制装置，该装置存储用于不同材料类型的阀开度与排放时间的关系(类似于特性)，并把修正项应用于从所存储的关系中得到的阀开度。然而，与EP 0 488 318相反，JP 2005 206848和JP 59 229407不建议校正所存储的值。