论文资料：1780m3高炉料流轨迹理论计算与实测的对比分析.doc

1780m3高炉料流轨迹理论计算与实测的对比分析廉树杰，芦剑，韩国良（江西萍钢实业股份公司）一、 前言1780m3高炉是萍钢第一座大型高炉，大型高炉在操作上同小高炉一样，主要关注四大制度：送风制度、造渣制度、热制度、装料制度，各操作制度之间既密切相关，又互相影响。合理的送风制度和装料制度能够实现煤气流的合理分布，炉缸工作良好，炉况稳定顺行。而造渣制度和热制度不合适时，也会影响气流分布和炉缸工作状态，从而引起炉况不顺，生产过程中常因送风制度和装料制度不合适而引起造渣制度和热制度的波动，导致炉况不顺。在四大制度中，日常调剂比较多的是装料制度，主要通过调整布料矩阵来调整气流分布，平衡中心及边缘气流，使炉况稳定，炉缸活跃；通过上部布料的调整也可以维护渣皮的稳定，避免渣皮频繁脱落影响炉缸工作。为了选择合适的装料制度，萍钢公司1780m3高炉在开炉前对料流轨迹进行了理论计算，在后来开炉装料过程中对料流轨迹进行了实测，通过理论计算与实测的对比，对理论计算中存在的误差进行了分析。二、 料流轨迹的理论计算高炉布料过程实质就是炉料运动过程，图1是炉料在布料过程中的运动示意图，根据炉料受力分析，可以建立高炉布料方程，高炉在炉内落点的计算公式（统一布料方程）如下： 其中：溜槽长度：溜槽倾角C1：炉料离开溜槽末端的速度：溜槽旋转角速度Lx：炉料离开溜槽后在X方向移动的距离 n： 落点距离中心的距离：为炉料与溜槽的摩擦系数；C0：炉料进入溜槽沿溜槽方向的初速度h：为料线 图1：布料时炉料运动解析e：溜槽倾动矩 通过以上有关炉料落点计算的理论，并选择合适的参数，将溜槽结构参数代入计算公式，将得到初步的炉料落点位置。计算条件：摩擦系数：=0.33（焦碳）溜槽长度：l0=3m溜槽倾动距：e=0.95m溜槽旋转速度：=0.15圈/秒料线高差： h2=1.3m炉料沿溜槽运动时的初速度C1=0.3m/s将以上数据代入炉料落点计算公式，利用计算机将得到C1、Lx、n的结果，其中不同料线不同角度下的炉料落点如表1所示：三、 料流轨迹实测1780m3高炉于2008年12月24日开始装料，在装料过程中进行了料流轨迹的测量。此次开炉装料测量利用两台激光发射器在炉内布网格，通过摄像与照相系统进行料流轨迹跟踪，根据料流在激光网格中的位置，通过计算机处理计算出不同角度焦炭与矿石的料流轨迹。根据本次测量的需要设计1780m3高炉炉内激光网格见图3，在高炉炉内织构出激光网格的图像见图4。用计算机处理料流通过激光网格的图像，通过读取数椐并将数据转化为直角坐标系的数值，画出料流轨迹曲线。溜槽角度为18、20、24、30时，在1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0m料线深度处焦炭落点位置见表1。表1:焦炭落点离高炉中心的距离(mm)料线18202430（m）实测计算对比实测计算对比实测计算对比实测计算对比1.510152457701254595659179410657292437169374421130267863138965073919791157822264718258222.51242289953152170182021581243915284619508963135230810441653749904233213231009304720689793.514593271132178579499125041400110432492180106941562345121719188371081267114731198345222871165图3 1780m3高炉炉内激光网格设计图图4 1780m3高炉炉内的激光网格图像四、 料流轨迹理论计算与实测对比分析高炉布料过程实际就是炉料运动过程，理论计算是以炉料受力分析为基础，通过分析炉料在运动过程中速度及位置的变化来计算出炉料的运动轨迹，在计算过程中由于选择参数不合适，可能造成理论计算与实际有较大差距。就焦碳而言，理论计算与实测数据的对比如表1所示，从以上数据对比来看，理论计算与实际测量有较大差距，最大差距在1.22m，实测炉料落点远大于理论计算数据，如果以理论计算数值指导高炉布料将严重影响气流分布。从炉料落点理论计算公式可以看出：n主要受Lx的影响，Lx主要受C1的影响，C1主要由溜槽结构及炉料进入溜槽的初速度C0决定，理论计算中，C0可以忽略不计的前提条件是C0很小，与C1差一个数量级，而在实际计算中，C0与C1不一定差距很大，C0是炉料进入溜槽的初速度，由于炉料进入中心喉管进入溜槽前，有一段自由落体运动，运动距离和时间随溜槽倾角的变化而变化，如图5所示。从示意图可以看出，炉料离开中心喉管进入溜槽前的运动距离为：e/cos，以1780m3高炉溜槽结构进行计算，假设离开中心喉管后炉料做自由落体运动：假设炉料离开中心喉管垂直下降的速度为C，炉料在离开中 图5：炉料离开溜槽前运动距离示意图心喉管到达溜槽前的运动时间为t，则有以下关系：g t2 /2 + C t = e/cosB炉料达到溜槽时的速度为：C = C + g t溜槽长度为3000mm，溜槽倾动距为950mm，离开中心喉管时炉料下降速度C为0.3m/s进行计算，不同溜槽倾角下进入溜槽前运动距离、时间及进入溜槽前的垂直速度C，结果如表2：表2:不同溜槽倾角炉料进入溜槽前的速度BL0eCe/cosBtC度mmmmm/smmsm/s463000 9500.31368 0.501 5.206 523000 9500.31543 0.533 5.527 583000 9500.31793 0.577 5.953 663000 9500.32336 0.662 6.788 723000 9500.33000 0.754 7.688 从以上计算可以看出，炉料进入溜槽前的速度很大，如果忽略不计将对炉料落点的计算产生严重影响。炉料以C的速度垂直落入溜槽，然后改变运动方向以C0的速度沿溜槽运动，由于与溜槽的碰撞及运动方向的改变，C0将小于C，因此C0=K C；其中K为速度系数，小于1。实测中在相同溜槽倾角时，焦碳与矿石相比落点更靠近炉墙，分析主要原因在于焦碳与矿石相比，粒度组成不同，焦碳粒度组成远大于矿石，焦碳在溜槽上运动时的摩擦属于滚动摩擦，焦碳运动时的摩擦系数远小于矿石，因此对于焦碳与矿石在计算落点时应选取不同的摩擦系数。五、 速度系数K的选择通过计算发现，速度系数不能选择固定系数，随着溜槽倾角的不同应选择不同的。速度系数与溜槽倾角有如下关系，倾角越大，炉料做自由落体的时间约长，碰撞溜槽前的速度也越大，碰撞后的能量损失越大，因此速度系数越小。并且倾角越大，炉料在溜槽上滑动的距离越小，料流越乱，理论计算与实测的差别也越大；随着溜槽倾角变小，速度系数趋于定值，基本在0.50.6之间。对于焦碳与矿石相比，特别是溜槽倾角较大时，速度系数差别较大，随着倾角减小，速度系数基本接近。表3、表4给出了布矿石与焦碳是所对应的速度折算系数。表3：布矿石时溜槽倾角与速度系数对应表溜槽倾角67.56460575451速度系数0.420.540.580.580.580.58表4：布焦碳时溜槽倾角与速度系数对应表溜槽倾角72706663605754速度系数0.280.410.550.620.60.580.58六、 炉料落点的修正计算与实测对比通过对炉料落点理论计算与实测的对比，可以得出结论，造成理论计算误差较大的原因在于摩擦系数的选择以及炉料进入溜槽速度的影响，而炉料进入溜槽速度是影响的关键，考虑以上因素，并考虑速度系数，将参数代入计算公式重新计算得到焦碳与矿石落点，并将理论计算与实测的结果对比如表5、表6所示：表5：理论计算焦碳落点与实测结果对比料线18243036（m）计算实测误差计算实测误差计算实测误差计算实测误差1.5107110155618001794624452437829482995-4721179113049198619797267526472831943245-512.51279124237215921581289128464534253477-523137313522123232332-930953047483644*3.514611459224782504-2632893249403852*415451562-1726262671-4534753452234051*表6：理论计算矿石落点与实测结果对比料线22.5263033（m）计算实测误差计算实测误差计算实测误差计算实测误差1.51398138612194318954823842368162671265120215391524152133208251260225782429022878242.5167016655231022674328062777293119310811317931799-62477244235300029792133243331-73.519101937-27263626171931833179435183555-37420212076-5527882793-533583376-1837043749-45从上表可以看出，通过修正速度系数后计算所得到的焦碳落点与实测相比，基本接近。通过以上计算可以看出，考虑炉料离开中心喉管后做自由落体运动，碰撞溜槽前速度较快，考虑适当的速度修正系数后可以得出基本正确的料流轨迹。七、结论1：理论计算必须了解溜槽结构，包括溜槽长度、溜槽倾动距以及溜槽旋转速度。2：实际计算中必须了解炉顶溜槽布置的相对位置，了解实际零料线与溜槽垂直时下沿的相对位置，及时纠正料线深度。3：炉料进入溜槽时的速度对炉料落点位置影响较大。特别是溜槽倾动距越大，倾角越大，则炉料进入溜槽前自由落体运动时间越长，影响也越大，不考虑炉料进入溜槽的初速度将对理论计算造成较