邯钢高炉无钟布料实物模型研制及应用.doc

邯钢高炉无钟布料实物模型研制及应用 李志全，贾文君，毕耜友，魏琼花，张艳允，张红闯 (河北钢铁集团邯钢公司技术中心，河北邯郸056015) 摘要：本文介绍了一种高炉无钟布料实物模型的研制和开发，并利用此模型依据相似理论对邯钢5号高炉(2000m3)使用的典型料制进行了布料模型试验解析，重点解析了各种料制的料面形状、径向矿焦比分布、径向透气性指数分布等径向参数，为优化高炉装料制度，提供了一种直观量化的研究手段。 关键词：实物模型；邯钢5#高炉；料制；径向参数解析 1 前言 无钟炉顶在高炉布料方面的优越性已被炼铁界广泛认知，虽经30年的发展和研究，时至今日，无钟布料这一技术在高炉操作方面仍有较大潜力可挖。深刻认识这一技术并应用好其优越的布料特性，对高炉改善操作指标、节能降耗、保持顺行长寿仍有十分重要的意义。 目前的高炉操作者主要通过监控十字测温、炉顶煤气分析等间接手段，来掌控煤气流的变化。对于炉料在炉内的分布，目前仍无直接实用可靠的手段获得料制料面形状的分布信息。如果高炉操作人员能随时获得所布料制的直观量化的料面形状，操作更加有的放矢，就会获得更好的操作指标。 本文介绍了按邯钢5#高炉(2000m3)缩小的实物布料模型的研制(见图1)、开发及利用实物模型模拟生产现场目前使用的典型料制，并解析了各种料制的料面形状、径向矿焦比分布、径向透气性分布等参数，为高炉操作者提供了直观、量化的料制分布资料，对于推行高炉操作精细化，提供了一种有力的技术支撑。 2 四棱台型的布料模型的研制和开发 相似理论第三定理[1]规定：为了保证两个现象相似，必须保证两个现象的单值量决定的相似准则相等。根据相似第三定理，按邯钢5号高炉炉身上部尺寸缩小10倍，作为模型外型尺寸开展初步设计。 以往的高炉布料模型的设计都是按高炉炉身尺寸缩小相应的倍数，得到的是圆台型炉身的布料模型，利用这种模型做布料试验不但工作量大，也不便于测量。为此假想沿高炉纵向断面切下两刀，得到一个四棱台型的布料模型。四棱台模型宽度也应符合相似准则的要求，通过料流轨迹严密的计算，确定该宽度为25cm，本布料模型主视图见图2。 四棱台模型的最大优点是可以将空间直角坐标系直接建立于高炉模型上，为快速准确解析高炉布料料制的径向参数带来了诸多便利。模型的外围用透明玻璃制作，试验人员可以将料线标在模型上，以模型的中心线为纵坐标、模型中心至炉墙的距离为横坐标，将直角坐标系建立于模型之上。按照现场料制布完料后，测量径向料面高度，即可绘出该料制的料面形状曲线，还可测出漏斗坡度及从中心至边缘三个环带的炉料量，从而获得各种料面形状信息。 为了便于布料操作，同时也按相似理论要求，假想在布料料面上截取某个平面作为横坐标的水平面截取线，设计制作了布料模型内置隔板，该隔板宽度与四棱台型的布料模型的宽度相等，长度按布料时常用的料线1．3m、1．6m制作，并在隔板上铺垫与隔板面积相当的软胶皮，隔板由通过模型上部框架上的滑轮系统上下移动，对应不同的料线进行模拟布料。 3 根据相似理论选择模型试验炉料的粒度组成 3．1 生产现场使用的烧结矿、焦炭、球团矿粒度组成 生产现场使用的烧结矿、焦炭、球团矿粒度组成见表1，块矿的粒度组成同烧结矿。 3．2 提出高炉布料模型的试验炉料选择新理论： 所用试验炉料应是按现场实际的炉料按一定比例缩小的炉料，缩小的比例需符合相似定理的要求，模拟布料操作才具有针对性和适用性。 根据检索资料：以往布料模型的研究上选用试验炉料大都认为炉料直径应与模型缩小比例一致的原则。作者在试验室做了烧结矿的这方面测定，炉料按直径平均缩小10倍后，炉料的重量平均缩小557倍，炉料颗粒太小，在模型内不会产生实际高炉中炉料的滚动，模拟性较差，不能真实反映高炉布料实际情况，因此说前人在这方面的研究存在误区。 相似第三原理指出：对于同一类物理现象，如果单值量相似，而且由单值量所组成的相似准则在数值上相等，则现象相似。单值条件包括几何条件，介质条件，边界条件和起始条件。将上述相似理论第三原理应用高炉无钟炉顶布料工艺的研究，应关注哪些单值量呢? 首先布料最为关键的参数是炉料在炉内的堆尖位置，因为堆尖位置决定一批料的料面形状，炉料堆尖位置的计算公式如下[2]： 炉料堆尖位置：n=f(l0，β，lx，ω，C1) 在xy平面上x方向距离lx=f(m，Q，p，β，C1，h，l0) 炉料在溜槽末端速度C1=f(β，μ，l0，ω，C0) 其中，C1的解析式中，μ的值主要取决于构成溜槽衬板的材质，与溜槽角度β对炉料分布的影响相比，μ的影响是微小的，试验模型溜槽与生产现场的一样都是钢衬板，μ值的影响可忽略。C0是炉料进入溜槽沿溜槽方向的初速度，C0值影响C1值甚微，可以忽略不计，如果忽略μ和C0，l0已按10：1比例缩小，β、ω在