周小軍，魏航宇，司俊朝

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司)

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(duì)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，通過(guò)對(duì)兩種溜槽的進(jìn)行對(duì)比，采用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

0 前言

邯鋼煉鐵部五高爐有效容積為2 000 m³ 高爐，2005 年由1 260 m³ 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(dòng)產(chǎn)生粒級(jí)偏析，布料過(guò)程中料流在溜槽上偏析分布引起，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?tīng)t料在料面上的質(zhì)量分布不均勻^［2］，但由于布料過(guò)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?tīng)t料布料落點(diǎn)范圍較寬，休風(fēng)后發(fā)現(xiàn)整個(gè)溜槽中部出現(xiàn)爐料摩擦的痕跡，說(shuō)明整個(gè)布料過(guò)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(guò)對(duì)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(méi)有使用過(guò)方溜槽，布料角度和礦批等都需要從新衡量，因此對(duì)兩種溜槽進(jìn)行了模型計(jì)算。

1 布料溜槽模擬計(jì)算

1．1 圓形溜槽布料情況

圓形布料溜槽示意圖及相關(guān)受力分析如圖1 所示。

1．1．1 圓形溜槽布料數(shù)值設(shè)定

由于爐料落點(diǎn)主要受離開(kāi)溜槽時(shí)的速度影響，因此對(duì)溜槽尾端爐料速度進(jìn)行分解研究，可將爐料離開(kāi)溜槽后速度分為x、y、z 三個(gè)方向上的拋物自由落體運(yùn)動(dòng)，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(kāi)口面積( m² ) ，ρ 為密度( kg /m³ ) ，高爐布料溜槽轉(zhuǎn)速( 圈/7．5 s) ，中心喉管高度h 為2 m，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(zhǎng)度，ω( rad /s) 為溜槽旋轉(zhuǎn)角速度，μ 為溜槽對(duì)爐料的摩擦系數(shù)。高爐布料相關(guān)情況見(jiàn)表1。

1．1．2 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(shí)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，五高爐目前使用圓溜槽半徑0．97 m，計(jì)算橫截面積0． 369 5 m²，由于爐料面積0．062 9 m²，如爐料堆積過(guò)程中兩端呈直角，則爐料堆積面積為0．067 1 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(guò)角速度w 和溜槽長(zhǎng)度計(jì)算出最高點(diǎn)位于0．44 m，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)算見(jiàn)表1) ，通過(guò)MATLAB 模擬計(jì)算51 °和50 °時(shí)最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬，具體見(jiàn)表2。

1．1．2 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)如下所述:

通過(guò)MATLAB 模擬計(jì)算51 °和50 °時(shí)最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬，具體情況見(jiàn)表3。

1．2 方形溜槽布料情況

方形布料溜槽示意圖及相關(guān)受力分析如圖2 所示。

1．2．1 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(kāi)口面積( m² ) ，ρ 為密度( kg /m³ ) ，高爐布料溜槽轉(zhuǎn)速( 圈/7．5 s) ，中心喉管高度h 為2 m，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為溜槽有效長(zhǎng)度( m) ，ω 為溜槽旋轉(zhuǎn)角速度( rad /s) ，μ 為溜槽對(duì)爐料的摩擦系數(shù)，參數(shù)見(jiàn)表4。

1．2．2 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(shí)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(zhǎng)3 m，內(nèi)壁寬0．97 m，外壁寬1．2 m，高0．67 m，其中下部壁厚0．14 m，計(jì)算橫截面積0．351 41 m²，由于爐料面積0．062 9 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0．35 m，最低點(diǎn)處于溜槽橫截面中心，通過(guò)MATLAB 模擬計(jì)算51°和50°時(shí)最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬，見(jiàn)表5。

1．2．3 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)

通過(guò)MATLAB 模擬計(jì)算51 °和50 °時(shí)最遠(yuǎn)位置布料、最近位置和料寬，結(jié)果見(jiàn)表6。

2 不同布料溜槽模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

2．1 布礦情模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

圓形溜槽布礦模型模擬軌跡和方形溜槽布礦模型模擬軌跡分別如圖3、圖4 所示。

從圖3 和圖4 可以看出，51 °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 °圓溜槽爐料分布相差小1．2 mm，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 °爐料分布相差76 mm，方溜槽布料角度相差1 °爐料分布相差77．2 mm;

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

3) 圓溜槽隨布料角度遞減過(guò)程中布料帶寬有所增加，1°增加約11 mm;

4) 方溜槽隨布料角度遞減過(guò)程中布料帶寬有所增加，1°增加約9．8 mm。

2．2 布焦情模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

圓形溜槽布焦模型模擬軌跡和方形溜槽布焦模型模擬軌跡分別如圖5、圖6 所示。

從圖5 和圖6 可以看出，51 °調(diào)度最外爐料落點(diǎn)圓形溜槽較方形溜槽更靠近爐墻，布料角度相差1 °，圓形溜槽爐料分布相差小1．8 mm，隨著布料角度的縮小，兩種溜槽的布料寬度都有所增加，其結(jié)果如下:

1) 圓溜槽布料角度相差1 ° 爐料分布相差72．6 mm，方溜槽布料角度相差1 ° 爐料分布相差74．4 mm;

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

3) 圓溜槽隨布料角度遞減過(guò)程中布料帶寬有所增加，1°增加約9．4 mm;

4) 方溜槽隨布料角度遞減過(guò)程中布料帶寬有所增加，1°增加約7．6 mm。

3 結(jié)論

方形溜槽和圓形溜槽布料寬度和料流遠(yuǎn)近相差較大，方形溜槽料流集中度比較高，圓形溜槽料流寬度較寬且布料較遠(yuǎn);

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)67 mm，布礦圓溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)較方溜槽最遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)69 mm;

2) 圓形溜槽布料角度相差1 °較方形溜槽布料寬度小，布焦角度相差1 °相差小1．8 mm，布礦角度相差1 °相差小1．2 mm;

3) 無(wú)論方形溜槽還是圓形溜槽，隨著布料角度遞減過(guò)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 °增加約11 mm、布焦增加9．4 mm，方形溜槽布礦隨1 °增加約9．8 mm、布焦增加7．6 mm。

4 參考文獻(xiàn)

［1］ 杜鵬宇，程樹(shù)森，滕召杰． 并罐式無(wú)鐘爐頂布料蛇形偏料的研究［J］． 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)． 2011，33( 4) : 479－485．

［2］ 任廷志． 無(wú)鐘并罐式高爐周向不均勻布料的研究［J］． 鋼鐵研究學(xué)報(bào)． 1999，11( 3) : 1－4．