【技术文献】高炉炉顶不同形式布料溜槽炉料分布计算结果

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高炉炉顶不同形式布料溜槽炉料分布计算结果

司俊朝  魏航宇

（河北钢铁集团邯钢公司炼铁部  邯郸  056000）

摘  要：炉顶布料制度是高炉最重要的制度，而布料溜槽的形式对布料存在关键性影响，目前溜槽形式有横截面半圆形溜槽和方形，本文通过对两种溜槽的进行了对比，通过matlab软件模拟计算找出了不同溜槽的布料特点，为溜槽的使用和角度选择提供了依据。

关键词：高炉，溜槽，matlab

1 概述

邯钢炼铁部五高炉有效容积为2000m3高炉，2005年由1260m3高炉改造而成，采用全皮带上料，炉顶并罐式料罐。并罐布料偏析是由于炉料进入料罐后流动产生粒级偏析，布料过程中料流在溜槽上偏析布引起，主要表现在炉料在料面上的落点轨迹和圆周方向的料流流量[1],并罐形式炉顶布料由于料罐中心线与产生较大偏析，由于并列料罐的布置，炉料从料流阀流出后下落到中心喉管，在中心喉管偏行，这样在溜槽一圈的旋转中，炉料落到溜槽上的速度和落点都不同，这就导致炉料在料面上的质量分布不均匀[2]，但由于布料过程中产生一定的布料偏析，特别是由于半圆形圆周摩擦力较小，导致炉料布料落点范围较宽，休风后发现整个溜槽中部出现炉料摩擦的痕迹，说明整个布料过程炉料已经出现脱离溜槽布料控制的情况，高炉后期通过对矿批和焦批的调整后取得了一定的效果，但矿批和焦批有一定的局限性。后设计使用方溜槽，方形溜槽由于边缘直角形，边缘力较大，可以将炉料很好控制，落点较集中，但由于前期没有使用过方溜槽，布料角度和矿批等都需要从新衡量，因此对两种溜槽进行了模型计算。

2.布料溜槽模拟计算

2.1圆形溜槽布料情况

圆形布料溜槽示意图及相关受力分析见图1：

2.1.1圆形溜槽布料数值设定

由于炉料落点主要受离开溜槽时的速度影响，因此对溜槽尾端炉料速度进行分解研究，可将炉料离开溜槽后速度分为x,y,z三个方向上的抛物自由落体运动，其中的vx,、vy、vz;设定料线为H，Q为炉料流量kg/s，S为料流开口面积m2，ρ为密度kg/m3,高炉布料溜槽转速 圈/7.5s，中心喉管高度h为2m,a为旋转溜槽倾角，λ为消减系数。;α(°)为旋转溜槽倾角; L0 (m)为溜槽有效长度;ω(rad/s)为溜槽旋转角速度;μ为溜槽对炉料的摩擦系数。高炉布料相关情况见表1。

表1 高炉布料情况

	开度（°）	圈数（圈）	Ρ（kg/m3）	批重（kg）	S（m2）	Q（kg/s）
矿	30.7	11	1750	54500	8.67889	37159
焦	29.7	16	580	13837	8.39619	6486

2.1.2圆形布料溜布矿模型计算

圆形布料溜槽布矿模型计算公式及相关参数：

圆溜槽计算时最高点和最低点的炉料所围成区域组成炉料布料区域，5高炉目前使用圆溜槽半径0.97m,计算横截面积0.3695m2，由于炉料面积0.0629 m2，如炉料堆积过程中两端呈直角，则炉料堆积面积为0.0671 m2，与炉料横截面积较为接近，因此本模型取炉料两端为直角。通过角速度w和溜槽长度计算出最高点位于0.44m，最低点处于溜槽横截面中心，本次计算忽略溜槽本身厚度影响，计算如表1，通过MATLAB模拟计算51和50度角时最远位置布料、最近位置和料宽见表2：

表2 圆溜槽布矿情况

角度	51度	50度
最远点距炉墙	0.0384m	0.1144m
最近点距炉墙	0.3816m	0.4686m
范围	0.3432m	0.3542m

2.1.2圆形布料溜槽布焦模型计算

圆形布料溜布焦模型计算公式及相关参数：

通过MATLAB模拟计算51和50度角时最远位置布料、最近位置和料宽见表3：

表3圆溜槽布焦情况

角度	51度	50度
最远点	0.0866m	0.1592m
最近点	0.4246m	0.5066m
范围	0.338m	0.3474m

2.2 方形溜槽布料情况

方形布料溜槽示意图及相关受力分析见图2：

2.2.1方形溜槽布料数值设定

设定料线为H，Q为炉料流量kg/s，S为料流开口面积m2，ρ为密度kg/m3,高炉布料溜槽转速 圈/7.5s，中心喉管高度h为2m,a为旋转溜槽倾角，λ为消减系数。;α(°)为旋转溜槽倾角; L0 (m)为溜槽有效长度;ω(rad/s)为溜槽旋转角速度;μ为溜槽对炉料的摩擦系数。

料	开度（°）	圈数（圈）	Ρ（kg/m3）	批重（kg）	S（m2）	Q（kg/s）
矿	30.7	11	1750	54500	8.67889	37159.09
焦	29.7	16	580	13837	8.39619	6486.094

2.2.2方形布料溜布矿模型计算

方形布料溜布焦模型计算公式及相关参数：

方溜槽计算时最高点和最低点的炉料所围成区域组成炉料布料区域，5高炉目前备用方溜槽长3m,内壁宽0.97m,外壁宽1.2m,高0.67m,其中下部壁厚0.14m, 计算横截面积0.35141m2，由于炉料面积0.0629 m2，与炉料横截面积较为接近，因此本模型取炉料两端为直角。计算出最高点位于0.35m，最低点处于溜槽横截面中心，通过MATLAB模拟计算51和50度角时最远位置布料、最近位置和料宽见表4：

表4  方溜槽布矿情况

角度	51	50
最远点	0.1072m	0.1844m
最近点	0.3816m	0.4686m
范围	0.2744m	0.2842m

2.2.3方形布料溜布焦模型计算

方形布料溜布焦模型计算公式及相关参数

3 不同布料溜槽模型计算结果对比

3.1 布矿情模型计算结果对比

圆形溜槽布矿模型模拟轨迹如图3，方形溜槽布矿模型模拟轨迹如图4

从图3和图4看51度角调度最外炉料落点圆形溜槽较方形溜槽靠近炉墙，布料角度相差1度圆溜槽炉料分布相差小1.2mm，随着布料角度的缩小，两种溜槽的布料宽度都有所增加，结果如下：

1）圆溜槽布料角度相差1度炉料分布相差76mm，方溜槽布料角度相差1度炉料分布相差77.2mm；

2）圆溜槽最远点较方溜槽最远点远69mm；

3）圆溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1度角增加约11mm；

4）方溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1度角增加约9.8mm；

3.2布焦情模型计算结果对比

圆形溜槽布焦模型模拟轨迹如图5，方形溜槽布焦模型模拟轨迹如图6；

从图5和图6看51度角调度最外炉料落点圆形溜槽较方形溜槽靠近炉墙，布料角度相差1度圆溜槽炉料分布相差小1.8mm，随着布料角度的缩小，两种溜槽的布料宽度都有所增加，结果如下：

1）圆溜槽布料角度相差1度炉料分布相差72.6mm，方溜槽布料角度相差1度炉料分布相差74.4mm，

2）圆溜槽最远点较方溜槽最远点远67mm；

3）圆溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1度角增加约9.4mm；

4）方溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1度角增加约7.6mm；

4 结论

1）圆形溜槽布料同样角度炉料落点较方形溜槽距炉墙更近；布焦炭圆溜槽最远点较方溜槽最远点远67mm；布矿圆溜槽最远点较方溜槽最远点远69mm

2） 圆形溜槽布料角度相差1度较方形溜槽布料宽度小，布焦角度相差1度相差小1.8mm，布矿角度相差1度相差小1.2mm；

3）无论方形溜槽还是圆形溜槽，随着布料角度递减过程，炉料落点宽度都有所增加，圆形溜槽增加幅度更大，圆形溜槽布矿随1度角增加约11mm、布焦增加9.4mm，方形溜槽布矿随1度角增加约9.8mm、布焦增加7.6mm；

参考文献

[1] 并罐式无钟炉顶布料蛇形偏料的研究[J]. 杜鹏宇,程树森,滕召杰.  北京科技大学学报. 2011(04)

[2] 无钟并罐式高炉周向不均匀布料的研究[J]. 任廷志.  钢铁研究学报. 1999(03)

来源：2018年第六届炼铁对标、节能降本及新技术研讨会论文集