无钟炉顶布料新理论.doc

无钟炉顶布料新理论 6i_dL|c R3Kal8R| 杜鹏宇1 程树森1 白延明2 高绪东3 DX%D8atrr (1北京科技大学 冶金与生态学院，北京，100083，2承德钢铁集团，河北 承德，067002， 3兴澄钢铁有限公司，江苏 江阴214432)， Z* L; 摘要：高炉布料矩阵是根据炉料在料面的落点确定的，目前炉料落点的确定方法是选取单个颗粒炉料计算料流轨迹，由于布料过程是布料溜槽横截面不同位置上众多炉料颗粒同时下落到料面形成料流的集合，采用某个颗粒落点确定溜槽布料角度与高炉实际的布料过程不符。单个颗粒落于等面积划分档位环间距的中间，并不能使炉料布满该档位，而是炉料分布于相邻档位区域，造成炉料分布的不确定性增加。根据对国内某高炉开炉布料实测，对于同一批炉料，高炉布料过程实测与单个颗粒布料方程计算均表明：同一时刻不同炉料颗粒落点距离差可以达到0407m左右，究竟选择那一个颗粒的落点作为确定布料矩阵的溜槽角度会严重影响高炉布料的精确性。因此，采用单个颗粒建立布料方程无法正确分析料流轨迹和落点。本文在建立布料方程时，分析布料过程中不同颗粒的运动过程，提出以多颗粒料流轨迹集合为基准，以料流宽度来划分布料档位，确定高炉操作布料矩阵，提出料流宽度和档位划分的相协同的原则，以及料层厚度和料流宽度相一致的原则，避免料流宽度与布料档位宽度不一致造成的炉料分布误差。 JOm6Zc 关键字：布料矩阵，多颗粒，料流宽度，档位划分 2!? EIE7 引言 O9tgS*Tv 7yK1Q_XY 在高炉炉顶布料过程中，料流轨迹是由许多炉料颗粒同时下落的过程共同组成。计算炉料轨迹和布料矩阵时，颗粒的选取是否与实际过程相符合成为建立布料方程的重要依据。对于传统的单个颗粒布料方程计算方法，炉料颗粒的位置选择是否合理，以及计算颗粒是否具有代表性，都需要进一步讨论确认。由于单个颗粒计算的落点无法确定实际布料过程中料流宽度方向的轨迹，等面积档位划分法仅考虑单个颗粒的落点，这与高炉实际布料过程产生严重差异，即使采用修正方法对落点进行修正，也无法准确得到炉料分布的状态。为定量的分析炉料在炉内分布，国内外的研究人员建立了许多布料方程模型1-7，布料模型受力分析基于单个颗粒受力状态，没有考虑料流轨迹是多颗粒下落的集合，没有详细分析多颗粒料流宽度的轨迹。日本学者Yoshiyuki8采用压力传感器测量得到神户三号高炉料流宽度为lm宽度，但其布料矩阵仍采用等面积法划分炉喉直径，没有使用档位宽度和料流宽度相一致方法划分布料档位，导致炉料分布的不确定性增加。Tsutomu Tanaka9。提出在布料过程中，必须考虑颗粒流的动态变化对料层和料面的影响，但没有提出具体的改进方法。因此，如何选定与实际布料过程相符合的布料方程，建立合理的档位划分方法，必须对布料的料流宽度和档位操作有正确的理论基础，才能达到炉况顺行，煤气利用高和高炉长寿的目标。 oz- k_9% 1无钟布料方程理论分析 IAJYD/Y&? r-25Fe5 高炉布料过程炉料的力学分析，运动分析受到经典力学法则的支配。对于布料方程的建立过程，基本分为炉料在溜槽上受力分析，和炉料在空区的运动分析。 GK/QQ8pZ 对于炉料在溜槽上的布料方程。一般分为(1)重力，mg (2)惯性离心力，Fr=42ml2 sin； Spi#q_ (3)溜槽对炉料的反作用力，FN=mg42ml 2 sincos；(4)炉料与溜槽的摩擦力， hR$lX8 F=1FN；(5)科氏力，Fk=4mCl sin2。炉料受力分析如图1。 Vdh|=J 其中： m颗粒质量，kg； D kEKT- TgaDzF,jA g重力加速度，ms2； 69E(z l炉料在溜槽上的行程，m； K)qbd e溜槽倾动距，m； mm=Y(G_%y 溜槽转动角速度，rads； F$ .j|C1a 溜槽倾角，； 7o z(hO 1 溜槽与炉料的摩擦系数； nL!zY C炉料在溜槽上某点的速度，ms； dr6 dK 对于炉料在空区中的布料方程。一般分为(1)重力，mg；(2)煤气浮力，Fby=ggV颗；(3)煤气曳力，FZdr=C(vzvgz)2，Fydr=C(vyvgy)2，Fxdr=C(vxvgx)2 3R#O-$ C煤气阻力系数； Na_=3+a g煤气密度，kgm3； fBLd5 vx、vy、vz炉料下落速度，ms； -.*J|Sg vgx、vgy、vgz煤气流速度，ms； RYhuo9,&n ha、h、h分别表示溜槽同定点到落点高度、炉料下落高度、料线高度，m： l46F3C| 2布料方程模型建立的理论分析 6bLukv heKI8l 21料流颗粒位置在溜槽山口处的速度 l17ZNDzLU 在图3(a)中，随着溜槽倾角的增加，溜槽截面不同位置的颗粒出口速度不同，溜槽底部颗粒和溜槽顶部颗粒的出口速度。溜槽顶部颗粒的出口速度随着溜槽倾角的增加而增大，然而溜槽底部颗粒的出口速度随溜槽倾角的增加，其速度变化趋势并非是单调递增，在某个溜槽倾角出现极值，在极值点后，随着溜槽倾角的增加，炉料在溜槽出口处的速度不断递减。实际高炉的布料溜槽倾角在1545之间，在15溜槽倾角时，溜槽出口处顶部颗粒和底部颗粒的速度差别约为05ms，在45溜槽倾角时，溜槽出口处顶部颗粒和底部颗粒的速度差别约为24ms，即料流的上表面的速度大于料流下表面的速度，溜槽倾角越大，溜槽出口处顶部颗粒和底部颗粒的出口速度差别也越大。在建立布料方程时，采用溜槽底部颗粒或顶部颗粒为基准计算料流出口速度，将产生严重的计算偏差，造成落点计算不准确，料流轨迹出现偏离。 ger*e_ 18p3 41高炉档位划分与料流宽度协同性原则 kLPO+lg+ 对于高炉布料档位划分，按照料流宽度对炉喉直径进行划分，使料流宽度和档位宽度相协同。当溜槽旋转一圈后，炉料恰好完全分布于采用等料流宽度法划分的档位。多环布料时，按照料流宽度调整溜槽倾角后，炉料直接分布于下一个相邻未布料档位，不会出现采用等面积划分档位法导致的档位重复布料。采用等料流宽度划分布料矩阵，使料流宽度与档位宽度相协同，才能更好地符合高炉实际生产操作过程。 x)#.DX 42档位料层厚度和料流宽度档位划分协同性原则 +1+A3 布料过程中，采用等料流宽度对档位进行划分，会出现高炉边缘档位料层厚度与中心档位料层厚度不一致，即溜槽旋转一圈炉料在炉墙处的料层厚度小于炉料在中心处的料层厚度，可以通过增加布料圈数来弥补档位料层厚度不一致的现象。 3vRL g b 设炉料批重为Pt，每批料布料圈数为版布料档位为M，第i个档位的主料流落点半径为di，宽度为Wi，料层厚度为hi。布料圈数为ni则有： D,GPn%Wqi 其中：2diWihi=const，di，Wi分别是预先给定的主料流半径和料流宽度，N，M是给定数值，故可以借助以上公式求出料层宽度hi，圈数ni，列出ni，hi的表格，根据对高炉炉喉煤气流的分布的要求，便可以确定每一档位的料层厚度及布料圈数。调整多环布料圈数，计算采用等料流宽度法划分的不同档位处的料层厚度，达到理想的料面形状和合理的煤气流分布。 A4#3O5kij wv7p,9Z 5结论 C/Yv&58 n!kk65| (1)确定料流宽度时，选择截面最高点和最底部颗粒作为计算料流的上边缘和下边缘的运动轨迹基准点，分别计算多个粒子的运动轨迹，以颗粒集合的宽度定义料流宽度。 L)kb (TH (2)在建立高炉布料矩阵时，抛弃等面积划分档位的方法，以多个颗粒计算料流运动轨迹，以料流宽度为基础，按照等料流宽度法对档位进行划分。 ek;