高炉布料数学模型的开发及应用

度的料流 ! 利用 上 述 公 式 可 以 求 得 料 流 宽 度 $ 利 用 测量的每 个 角 位 的 料 流 轨 迹 反 推 公 式 中 的 各 个 参
"! !* 数) ! 在参数确定后 ! 即可利用公式计算各种溜槽
倾角的炉料轨迹 $ 按照上述计算方法计算出的料流轨迹如图 " 所 示! 计算值和测量值误差在 [] 以内 " 图 " 中 " 号角 位取 " # $ <$
# # " # ; 3$ ’ 3 / 43 ’ =J A! 炉料离开溜槽后的斜下抛运动解析 可以写出静 根据炉料离 开 溜 槽 时 的 末 速 度 3!
止坐标系中 [ 个方向的速度分量 %
3 $ ( , S F ) S F ) S F ) Q ( S #43 !43 # ! < ’ )! ’ " # (S 6 F ) 3 < Q ( S !(3 # ’ ’ $ ’( ( 3 Q ( S S F ) S F ) !(3 # ! = $3 < ’ * !! 炉料离 开 溜 槽 后 的 运 动 可 分 解 为 沿 ! 方 向 和
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高炉布料数学模型的开发及应用
陈令坤"! ! 于仲洁#! ! 周曼丽"
" $ "1华中科技大学电信系 !湖北 武汉 ! [ $ $ ; !# [ $ $ 6 [ !#1武汉钢铁集团有限责任公司技术中心 !湖北 武汉 ! 对武钢 " 号高炉在开炉前进行了料面测量 ! 在获得的炉料堆积规律的基础上开 摘 ! 要 !为研究炉料在炉内的分布 ! 发了高炉布料数学模型 ! 利用开发的数学模型模拟炉料下落的 轨 迹 ! 求解料面形状! 计算炉料的 Z % 利用 B 比分布! 模型计算结果对不同布料矩阵的布料效果实行量化 评 估 ! 结合高炉专家系统中有关煤气流分布的信息! 可以及时 对布料矩阵作出调整 & 关键词 !高炉 #数学模型 #布料 # 中图分类号 ! 8 Y < ! [!! 文献标识码 !=!! 文章编号 ! $ ! ! 7 > ; ! 7 :" # $ $ % " " > $ $ " [ > $ !
一旦投入生产 !! 高炉是一个巨 大 的 密 闭 反 应 器 ! 就很难停下来 ! 在日 常 生 产 中 很 难 直 接 观 测 到 炉 料 在炉内的实际分布 状 态 ! 只能靠间接手段来推断布 料状况 & 建立布料数学模型可以了解炉料在炉内分 布的真实状态 ! 为了开发高精度的高炉无钟布料数 学模型 ! 在武钢 " 号高炉开炉前 ! 进行了仔细的料面 测量 ! 获得了关于料面变形的相关信息
沿’ 方向的匀速运动及= 方向的自由落体运动 $ 炉料斜下抛运动轨迹的水平投影距离为 %
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? " # " # " 式中 ! # # " 为 炉 料 在 炉 内 的 堆 角’ # 为炉料的自然堆 角’Baidu Nhomakorabea为修正系数 ’ 为料线深度 ’ 0 ? " 为炉喉半径 $
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Q ( S S F ) <" 3 S F ) F ) Q ( S 4’<S !(& !# !" !4& !# 5 $ 4# ’
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& # ," 3 3 < ’ $# $ 43 <# 式中 ! , 为溜槽底圆半 径 ’ <为炉料在溜槽上的实际 滑动距离 ! & * ) <‘ < 3 !’ $ ^7 $ $ 为炉料落于溜槽上的
U # * # 0 . # " / ) " ,9 0 + 2 ) / + "3K 0 ) 6 /I E $ " ) 2 # F F F K E $ , # "U + 6 / $ + : E / + "X , # 0
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钢!铁
第! "卷
=J @! 炉料在溜槽上及从溜槽上下落时的运动 炉料颗粒在溜槽上运动时会受到许多力的作 用! 由炉料质点在淄槽上的受力分析可知 ! 炉料沿溜 槽向下滑动的速度由于科氏力的存在可分解为沿溜 和底面切线方向" 的 分 量! 在求 槽长度方向 " 3 3 <# ’# 沿溜槽长度方 向 的 速 度 3 < 时忽略切线方向的分量 在求 得 3 即 可 根 据3 求 3 ’! < 值 之 后! ’ 和3 < 的 关 系! 得3 ’ 的值 $ 由功能原理及炉料在溜槽的受力分析可得 %
#! 多环布料的料面形状求解
@J =! 料面形状模拟模型建立时的假设 根据 高 炉 开 炉 料 实 测 的 数 据 ! 提出了如下的料 面形成机理 % 假定矿 # 在焦炭落到矿石层表面上时 ! 石层不发生塌落 ’$ 矿 石 落 到 焦 炭 层 表 面 上 时 ! 焦 炭层将发生塌落变形和堆积 $ 由于堆积层的重力及 下落时的冲击力 ! 使下层焦炭层产生塌落 ! 塌落量按 矿石冲击动能与料 面 塌 落 量 之 间 的 关 系 来 确 定 ! 塌 落的焦炭堆积在高炉中心 $ 滑面的最终位置由塌落 量和高炉中心堆积量相等的条件来决定 $ 求解 的 方 法 是 ! 先找出炉料堆积层是否有大于 堆角的倾斜面角度 ! 若大于堆角 ! 则按与堆角相等时 的形状进 行 修 正 ! 料 面 的 内 堆 角# " 采用堆角公式 " # 计 算’ 料 面 的 外 堆 角# + " # " [# # 采用经验公式" " # 计算 $ 同时 ! 修正滑面的最终位置 ! 使随焦炭层 " ! 塌落时滑移的矿石堆积层表面与炉子中心主要堆积 成焦炭的塌落层表面连接 $ 高炉中心侧# ! 认为它受炉 " #料面内 堆 角# " "" 料种类及其性质 " 形状 + 粒度等 # 和炉内料面深度 " 料 的影响 ! 与堆尖位置无关 $ 在炉料种类 一 定 的 线 6# 情况下 ! 其在炉内的堆角主要与料线有关 $
# % $ 3 Q ( S 3 6 S F ) " !’ !$ " 5" $ $0 "0 # * 4# $ & 47
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本文利用开炉料面实测数据开发高精度的实时 在线布料数学模型 ! 分析炉料在无钟炉顶设备中的 运动 ! 建立 料 流 轨 迹 计 算 模 型 # 分析多环的布料规 律! 并结合 料 流 轨 迹 的 计 算 ! 建立求解料面形状及 % 研究 模型计 算 过 程中 关 键 Z B 比 分布的数学模 型 ! 问题的处理方法 # 介绍布料数学模型在高炉调剂中 的应用 &
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式中 ! ; 为料流调节阀的开口面积 # :! %为炉料批 重和堆 积 密 度 # 8! 9 为 溜 槽 转 速 和 布 料 总 圈 数# 考虑炉料在喉管处滞留和摩 0" ! 0# 为 衰 减 系 数 ! 擦! 以及落入 溜 槽 的 速 度 衰 减 ! 0" ! 0# 需 要 用 实 验 进行确定 # 6 ! 为溜槽倾角 # * 为 料流调 节阀出 口到 溜 槽倾动旋转中心的距离 # 7$ 为 溜槽倾 动中心 至槽 底 中心的距离 # 5 为重力加速度 &
( "! #)
速度到达布料溜槽 ! 当炉料与旋转溜槽碰撞时 ! 运动 方向发生变化并以 3 $ 的初速度在旋转 溜槽 内运动 ! 最后在旋转溜槽的末 端 以 速 度 3 斜 抛 进 入 炉 内 ! 形 成一定的料面形状 & 炉料进入溜槽的初始速度的计算与无钟炉顶的 结构有关 ! 对于串 罐 无 钟 炉 顶 ! 炉 料 是 以3 * 的速度 从料流调节阀处流 出 后 直 接 落 入 溜 槽 ! 经碰撞改变 方向后即为进入溜槽的初始速度 3 $’
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! ! 炉 料 离 开 溜 槽 端 点 时 的 位 置 的 水 平 投 影 "$ 为%
# # "$ $ ’ ! $ 4’ $ !! 则炉料的落点距高炉中心的半径位置 % # "# "$ >$ $ 4> 4#
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初速 度 ’ < 7$ 为 溜 槽 的 有 效 总 长 和 倾 动 中 心 至 槽 $! 底中心的距 离 ’ !! ’ 为 溜 槽 倾 角 和 旋 转 角 速 度’ & 为炉料 与 溜 槽 的 摩 擦 因 数 " 取 $1 ’ < 7 [# #为炉料离 开溜槽时的偏心角 $ =J B! 溜槽出口端炉料末速度
" !aD ! # "1@ D * \ C ( ) ) F 3 . ’ S F P, Q F . ) Q .* ) +8 . Q C ) ( / ( C * )! [ $ $ ; !!@ D 5 . F B C F ) * IK N( I N $ ! !aD ! $ #1 8 . Q C ) ( / ( . ) . ’( PaD C * )& ’ ( )* ) +, . . /" A ’ ( D B ( 1 O + 1 C * )! [ $ $ 6 [!@ D 5 . F B C F ) * I NB V ’ ! 9 : 6 / $ ) 2 / & )( ’ + . ’ (S D + D ’ + . )+ F S ’ F 5 D F ( )F )5 / * S P D ’ ) * Q . *S . Q F * /V ’ ( . Q (4 . * S D ’ .* Q D * / Q C * ’ ./ . 3 . / F ) N5 V U I 2 ( 1 "5 / * S P D ’ ) * Q .* -aD S . . /X * S* Q Q ( 4 / F S C . ++ D ’ F ) / ( X > F )V . ’ F ( + 1Z )C .5 * S F S( P C .( 5 * F ) . +5 D ’ + . )V F / F ) V I5 I ! ! ! % ’ D / . S *) . X5 D ’ + . )+ F S ’ F 5 D F ( )4 ( + . /X * S. S * 5 / F S C . + 1 8 C . ’ * . Q ( ’ F . S ’ ( P F / . * ) +Z B’ * F (( P5 D ’ + . ) F )5 / * S U V P D ’ ) * Q .* ’ . . S F 4 * . +5 S F ) C .+ . 3 . / ( . +4 ( + . / 1 , D Q C4 ( + . / F S * / S (D S . + P ( ’ D * ) F * F 3 . . 3 * / D * F ( )( P C . . P P . Q S ND I V L ( P Q C * ’ F ) * ’ * 4 . . ’ S( )5 D ’ + . )+ F S ’ F 5 D F ( )(* + D S F )F 4 .C .5 D ’ + . )+ F S ’ F 5 D F ( )5 ( 4 5 F ) F ) F CI * SP / ( X I IV U NQ IX + F S ’ F 5 D F ( ) F ) P ( ’ 4 * F ( )P ’ ( 4. E . ’ S S . 41 V N ’ #4 # ; # $ , 6 5 / * S P D ’ ) * Q . * C . 4 * F Q * /4 ( + . / 5 D ’ + . )+ F S ’ F 5 D F ( ) &<
"! 串罐无钟炉顶炉料运动的解析
=J =! 炉料从下料门到溜槽表面的运动解析 炉料由料流调节阀以速度 3 以一定的 * 放 出后 !
作者简介 ’陈令坤 " $ !男 !博士 !高级工程师 # ’ " 7 % [ > ’ . ) + 0 / F ) W D ) Q C!" % [1 Q ( 4# # $ $ % > $ " > # $ !!! !! 修订日期 ’