周小軍，魏航宇，司俊朝
(河北鋼鐵集團邯鋼公司)
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布料存在關鍵性影響，目前溜槽形式有橫截面半圓形溜槽和方形，通過對兩種溜槽的進行對比，采用MATLAB 軟件模擬計算找出了不同溜槽的布料特點，為溜槽的使用和角度選擇提供了依據。
關鍵詞：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入料罐后流動產生粒級偏析，布料過程中料流在溜槽上偏析分布引起，主要表現在爐料在料面上的落點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中，爐料落到溜槽上的速度和落點都不同，這就導致爐料在料面上的質量分布不均勻［2］，但由于布料過程中產生一定的布料偏析，特別是由于半圓形圓周摩擦力較小，導致爐料布料落點范圍較寬，休風后發現整個溜槽中部出現爐料摩擦的痕跡，說明整個布料過程爐料已經出現脫離溜槽布料控制的情況，高爐后期通過對礦批和焦批的調整后取得了一定的效果，但礦批和焦批有一定的局限性。后設計使用方溜槽，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，落點較集中，但由于前期沒有使用過方溜槽，布料角度和礦批等都需要從新衡量，因此對兩種溜槽進行了模型計算。
1 布料溜槽模擬計算
1．1 圓形溜槽布料情況
圓形布料溜槽示意圖及相關受力分析如圖1 所示。
1．1．1 圓形溜槽布料數值設定
由于爐料落點主要受離開溜槽時的速度影響，因此對溜槽尾端爐料速度進行分解研究，可將爐料離開溜槽后速度分為x、y、z 三個方向上的拋物自由落體運動，其中的vx，、vy、vz; 設定料線為H，Q 為爐料流量( kg /s) ，S 為料流開口面積( m2 ) ，ρ 為密度( kg /m3 ) ，高爐布料溜槽轉速( 圈/7．5 s) ，中心喉管高度h 為2 m，a 為旋轉溜槽傾角，λ 為消減系數，α( °) 為旋轉溜槽傾角，L0( m) 為溜槽有效長度，ω( rad /s) 為溜槽旋轉角速度，μ 為溜槽對爐料的摩擦系數。高爐布料相關情況見表1。
1．1．2 圓形布料溜布礦模型計算
圓形布料溜槽布礦模型計算公式及相關參數:
圓溜槽計算時最高點和最低點的爐料所圍成區域組成爐料布料區域，五高爐目前使用圓溜槽半徑0．97 m，計算橫截面積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。通過角速度w 和溜槽長度計算出最高點位于0．44 m，最低點處于溜槽橫截面中心，本次計算忽略溜槽本身厚度影響( 計算見表1) ，通過MATLAB 模擬計算51 °和50 °時最遠位置布料、最近位置和料寬，具體見表2。
1．1．2 圓形布料溜槽布焦模型計算
圓形布料溜布焦模型計算公式及相關參數如下所述:
通過MATLAB 模擬計算51 °和50 °時最遠位置布料、最近位置和料寬，具體情況見表3。
1．2 方形溜槽布料情況
方形布料溜槽示意圖及相關受力分析如圖2 所示。
1．2．1 方形溜槽布料數值設定
設定料線為H，Q 為爐料流量( kg /s) ，S 為料流開口面積( m2 ) ，ρ 為密度( kg /m3 ) ，高爐布料溜槽轉速( 圈/7．5 s) ，中心喉管高度h 為2 m，a 為旋轉溜槽傾角，λ 為消減系數，α 為旋轉溜槽傾角( °) ，L0為溜槽有效長度( m) ，ω 為溜槽旋轉角速度( rad /s) ，μ 為溜槽對爐料的摩擦系數，參數見表4。
1．2．2 方形布料溜布礦模型計算
方形布料溜布焦模型計算公式及相關參數:
方溜槽計算時最高點和最低點的爐料所圍成區域組成爐料布料區域，5高爐目前備用方溜槽長3 m，內壁寬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。計算出最高點位于0．35 m，最低點處于溜槽橫截面中心，通過MATLAB 模擬計算51°和50°時最遠位置布料、最近位置和料寬，見表5。
1．2．3 方形布料溜布焦模型計算
方形布料溜布焦模型計算公式及相關參數
通過MATLAB 模擬計算51 °和50 °時最遠位置布料、最近位置和料寬，結果見表6。
2 不同布料溜槽模型計算結果對比
2．1 布礦情模型計算結果對比
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 °調度最外爐料落點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) 圓溜槽最遠點較方溜槽最遠點遠69 mm;
3) 圓溜槽隨布料角度遞減過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 布焦情模型計算結果對比
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 °調度最外爐料落點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) 圓溜槽最遠點較方溜槽最遠點遠67 mm;
3) 圓溜槽隨布料角度遞減過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程中布料帶寬有所增加，1°增加約7．6 mm。
3 結論
方形溜槽和圓形溜槽布料寬度和料流遠近相差較大，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;
1) 圓形溜槽布料同樣角度爐料落點較方形溜槽距爐墻更近，布焦炭圓溜槽最遠點較方溜槽最遠點遠67 mm，布礦圓溜槽最遠點較方溜槽最遠點遠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) 無論方形溜槽還是圓形溜槽，隨著布料角度遞減過程，爐料落點寬度都有所增加，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
［1］ 杜鵬宇，程樹森，滕召杰． 并罐式無鐘爐頂布料蛇形偏料的研究［J］． 北京科技大學學報． 2011，33( 4) : 479－485．
［2］ 任廷志． 無鐘并罐式高爐周向不均勻布料的研究［J］． 鋼鐵研究學報． 1999，11( 3) : 1－4．