高爐爐頂不同形式布料溜槽爐料分布計(jì)算結(jié)果

司俊朝  魏航宇

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司煉鐵部  邯鄲  056000）

摘  要：爐頂布料制度是高爐最重要的制度，而布料溜槽的形式對布料存在關(guān)鍵性影響，目前溜槽形式有橫截面半圓形溜槽和方形，本文通過對兩種溜槽的進(jìn)行了對比，通過matlab軟件模擬計(jì)算找出了不同溜槽的布料特點(diǎn)，為溜槽的使用和角度選擇提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高爐，溜槽，matlab

1 概述

邯鋼煉鐵部五高爐有效容積為2000m3高爐，2005年由1260m3高爐改造而成，采用全皮帶上料，爐頂并罐式料罐。并罐布料偏析是由于爐料進(jìn)入料罐后流動產(chǎn)生粒級偏析，布料過程中料流在溜槽上偏析布引起，主要表現(xiàn)在爐料在料面上的落點(diǎn)軌跡和圓周方向的料流流量[1],并罐形式爐頂布料由于料罐中心線與產(chǎn)生較大偏析，由于并列料罐的布置，爐料從料流閥流出后下落到中心喉管，在中心喉管偏行，這樣在溜槽一圈的旋轉(zhuǎn)中，爐料落到溜槽上的速度和落點(diǎn)都不同，這就導(dǎo)致爐料在料面上的質(zhì)量分布不均勻[2]，但由于布料過程中產(chǎn)生一定的布料偏析，特別是由于半圓形圓周摩擦力較小，導(dǎo)致爐料布料落點(diǎn)范圍較寬，休風(fēng)后發(fā)現(xiàn)整個溜槽中部出現(xiàn)爐料摩擦的痕跡，說明整個布料過程爐料已經(jīng)出現(xiàn)脫離溜槽布料控制的情況，高爐后期通過對礦批和焦批的調(diào)整后取得了一定的效果，但礦批和焦批有一定的局限性。后設(shè)計(jì)使用方溜槽，方形溜槽由于邊緣直角形，邊緣力較大，可以將爐料很好控制，落點(diǎn)較集中，但由于前期沒有使用過方溜槽，布料角度和礦批等都需要從新衡量，因此對兩種溜槽進(jìn)行了模型計(jì)算。

2.布料溜槽模擬計(jì)算

2.1圓形溜槽布料情況

圓形布料溜槽示意圖及相關(guān)受力分析見圖1：

2.1.1圓形溜槽布料數(shù)值設(shè)定

由于爐料落點(diǎn)主要受離開溜槽時的速度影響，因此對溜槽尾端爐料速度進(jìn)行分解研究，可將爐料離開溜槽后速度分為x,y,z三個方向上的拋物自由落體運(yùn)動，其中的vx,、vy、vz;設(shè)定料線為H，Q為爐料流量kg/s，S為料流開口面積m2，ρ為密度kg/m3,高爐布料溜槽轉(zhuǎn)速 圈/7.5s，中心喉管高度h為2m,a為旋轉(zhuǎn)溜槽傾角，λ為消減系數(shù)。;α(°)為旋轉(zhuǎn)溜槽傾角; L0 (m)為溜槽有效長度;ω(rad/s)為溜槽旋轉(zhuǎn)角速度;μ為溜槽對爐料的摩擦系數(shù)。高爐布料相關(guān)情況見表1。

表1 高爐布料情況

2.1.2圓形布料溜布礦模型計(jì)算

圓形布料溜槽布礦模型計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)：

圓溜槽計(jì)算時最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的爐料所圍成區(qū)域組成爐料布料區(qū)域，5高爐目前使用圓溜槽半徑0.97m,計(jì)算橫截面積0.3695m2，由于爐料面積0.0629 m2，如爐料堆積過程中兩端呈直角，則爐料堆積面積為0.0671 m2，與爐料橫截面積較為接近，因此本模型取爐料兩端為直角。通過角速度w和溜槽長度計(jì)算出最高點(diǎn)位于0.44m，最低點(diǎn)處于溜槽橫截面中心，本次計(jì)算忽略溜槽本身厚度影響，計(jì)算如表1，通過MATLAB模擬計(jì)算51和50度角時最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬見表2：

表2 圓溜槽布礦情況

2.1.2圓形布料溜槽布焦模型計(jì)算

圓形布料溜布焦模型計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)：

通過MATLAB模擬計(jì)算51和50度角時最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬見表3：

表3圓溜槽布焦情況

2.2 方形溜槽布料情況

方形布料溜槽示意圖及相關(guān)受力分析見圖2：

2.2.1方形溜槽布料數(shù)值設(shè)定

設(shè)定料線為H，Q為爐料流量kg/s，S為料流開口面積m2，ρ為密度kg/m3,高爐布料溜槽轉(zhuǎn)速 圈/7.5s，中心喉管高度h為2m,a為旋轉(zhuǎn)溜槽傾角，λ為消減系數(shù)。;α(°)為旋轉(zhuǎn)溜槽傾角; L0 (m)為溜槽有效長度;ω(rad/s)為溜槽旋轉(zhuǎn)角速度;μ為溜槽對爐料的摩擦系數(shù)。

2.2.2方形布料溜布礦模型計(jì)算

方形布料溜布焦模型計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)：

方溜槽計(jì)算時最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的爐料所圍成區(qū)域組成爐料布料區(qū)域，5高爐目前備用方溜槽長3m,內(nèi)壁寬0.97m,外壁寬1.2m,高0.67m,其中下部壁厚0.14m, 計(jì)算橫截面積0.35141m2，由于爐料面積0.0629 m2，與爐料橫截面積較為接近，因此本模型取爐料兩端為直角。計(jì)算出最高點(diǎn)位于0.35m，最低點(diǎn)處于溜槽橫截面中心，通過MATLAB模擬計(jì)算51和50度角時最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬見表4：

表4  方溜槽布礦情況

2.2.3方形布料溜布焦模型計(jì)算

方形布料溜布焦模型計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)

3 不同布料溜槽模型計(jì)算結(jié)果對比

3.1 布礦情模型計(jì)算結(jié)果對比

圓形溜槽布礦模型模擬軌跡如圖3，方形溜槽布礦模型模擬軌跡如圖4

從圖3和圖4看51度角調(diào)度最外爐料落點(diǎn)圓形溜槽較方形溜槽靠近爐墻，布料角度相差1度圓溜槽爐料分布相差小1.2mm，隨著布料角度的縮小，兩種溜槽的布料寬度都有所增加，結(jié)果如下：

1）圓溜槽布料角度相差1度爐料分布相差76mm，方溜槽布料角度相差1度爐料分布相差77.2mm；

2）圓溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)較方溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)69mm；

3）圓溜槽隨布料角度遞減過程中布料帶寬有所增加，1度角增加約11mm；

4）方溜槽隨布料角度遞減過程中布料帶寬有所增加，1度角增加約9.8mm；

3.2布焦情模型計(jì)算結(jié)果對比

圓形溜槽布焦模型模擬軌跡如圖5，方形溜槽布焦模型模擬軌跡如圖6；

從圖5和圖6看51度角調(diào)度最外爐料落點(diǎn)圓形溜槽較方形溜槽靠近爐墻，布料角度相差1度圓溜槽爐料分布相差小1.8mm，隨著布料角度的縮小，兩種溜槽的布料寬度都有所增加，結(jié)果如下：

1）圓溜槽布料角度相差1度爐料分布相差72.6mm，方溜槽布料角度相差1度爐料分布相差74.4mm，

2）圓溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)較方溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)67mm；

3）圓溜槽隨布料角度遞減過程中布料帶寬有所增加，1度角增加約9.4mm；

4）方溜槽隨布料角度遞減過程中布料帶寬有所增加，1度角增加約7.6mm；

4 結(jié)論

1）圓形溜槽布料同樣角度爐料落點(diǎn)較方形溜槽距爐墻更近；布焦炭圓溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)較方溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)67mm；布礦圓溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)較方溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)69mm

2） 圓形溜槽布料角度相差1度較方形溜槽布料寬度小，布焦角度相差1度相差小1.8mm，布礦角度相差1度相差小1.2mm；

3）無論方形溜槽還是圓形溜槽，隨著布料角度遞減過程，爐料落點(diǎn)寬度都有所增加，圓形溜槽增加幅度更大，圓形溜槽布礦隨1度角增加約11mm、布焦增加9.4mm，方形溜槽布礦隨1度角增加約9.8mm、布焦增加7.6mm；

參考文獻(xiàn)

[1] 并罐式無鐘爐頂布料蛇形偏料的研究[J]. 杜鵬宇,程樹森,滕召杰.  北京科技大學(xué)學(xué)報. 2011(04)

[2] 無鐘并罐式高爐周向不均勻布料的研究[J]. 任廷志.  鋼鐵研究學(xué)報. 1999(03)