周小军，魏航宇，司俊朝
(河北钢铁集团邯钢公司)
摘要：炉顶布料制度是高炉最重要的制度，而布料溜槽的形式对布料存在关键性影响，目前溜槽形式有横截面半圆形溜槽和方形，通过对两种溜槽的进行对比，采用MATLAB 软件模拟计算找出了不同溜槽的布料特点，为溜槽的使用和角度选择提供了依据。
关键词：高炉；溜槽；MATLAB
0 前言
邯钢炼铁部五高炉有效容积为2 000 m3 高炉，2005 年由1 260 m3 高炉改造而成，采用全皮带上料，炉顶并罐式料罐。并罐布料偏析是由于炉料进入料罐后流动产生粒级偏析，布料过程中料流在溜槽上偏析分布引起，主要表现在炉料在料面上的落点轨迹和圆周方向的料流流量［1］，并罐形式炉顶布料由于料罐中心线与产生较大偏析，由于并列料罐的布置，炉料从料流阀流出后下落到中心喉管，在中心喉管偏行，这样在溜槽一圈的旋转中，炉料落到溜槽上的速度和落点都不同，这就导致炉料在料面上的质量分布不均匀［2］，但由于布料过程中产生一定的布料偏析，特别是由于半圆形圆周摩擦力较小，导致炉料布料落点范围较宽，休风后发现整个溜槽中部出现炉料摩擦的痕迹，说明整个布料过程炉料已经出现脱离溜槽布料控制的情况，高炉后期通过对矿批和焦批的调整后取得了一定的效果，但矿批和焦批有一定的局限性。后设计使用方溜槽，方形溜槽由于边缘直角形，边缘力较大，可以将炉料很好控制，落点较集中，但由于前期没有使用过方溜槽，布料角度和矿批等都需要从新衡量，因此对两种溜槽进行了模型计算。
1 布料溜槽模拟计算
1．1 圆形溜槽布料情况
圆形布料溜槽示意图及相关受力分析如图1 所示。
1．1．1 圆形溜槽布料数值设定
由于炉料落点主要受离开溜槽时的速度影响，因此对溜槽尾端炉料速度进行分解研究，可将炉料离开溜槽后速度分为x、y、z 三个方向上的抛物自由落体运动，其中的vx，、vy、vz; 设定料线为H，Q 为炉料流量( kg /s) ，S 为料流开口面积( m2 ) ，ρ 为密度( kg /m3 ) ，高炉布料溜槽转速( 圈/7．5 s) ，中心喉管高度h 为2 m，a 为旋转溜槽倾角，λ 为消减系数，α( °) 为旋转溜槽倾角，L0( m) 为溜槽有效长度，ω( rad /s) 为溜槽旋转角速度，μ 为溜槽对炉料的摩擦系数。高炉布料相关情况见表1。
1．1．2 圆形布料溜布矿模型计算
圆形布料溜槽布矿模型计算公式及相关参数:
圆溜槽计算时最高点和最低点的炉料所围成区域组成炉料布料区域，五高炉目前使用圆溜槽半径0．97 m，计算横截面积0． 369 5 m2，由于炉料面积0．062 9 m2，如炉料堆积过程中两端呈直角，则炉料堆积面积为0．067 1 m2，与炉料横截面积较为接近，因此本模型取炉料两端为直角。通过角速度w 和溜槽长度计算出最高点位于0．44 m，最低点处于溜槽横截面中心，本次计算忽略溜槽本身厚度影响( 计算见表1) ，通过MATLAB 模拟计算51 °和50 °时最远位置布料、最近位置和料宽，具体见表2。
1．1．2 圆形布料溜槽布焦模型计算
圆形布料溜布焦模型计算公式及相关参数如下所述:
通过MATLAB 模拟计算51 °和50 °时最远位置布料、最近位置和料宽，具体情况见表3。
1．2 方形溜槽布料情况
方形布料溜槽示意图及相关受力分析如图2 所示。
1．2．1 方形溜槽布料数值设定
设定料线为H，Q 为炉料流量( kg /s) ，S 为料流开口面积( m2 ) ，ρ 为密度( kg /m3 ) ，高炉布料溜槽转速( 圈/7．5 s) ，中心喉管高度h 为2 m，a 为旋转溜槽倾角，λ 为消减系数，α 为旋转溜槽倾角( °) ，L0为溜槽有效长度( m) ，ω 为溜槽旋转角速度( rad /s) ，μ 为溜槽对炉料的摩擦系数，参数见表4。
1．2．2 方形布料溜布矿模型计算
方形布料溜布焦模型计算公式及相关参数:
方溜槽计算时最高点和最低点的炉料所围成区域组成炉料布料区域，5高炉目前备用方溜槽长3 m，内壁宽0．97 m，外壁宽1．2 m，高0．67 m，其中下部壁厚0．14 m，计算横截面积0．351 41 m2，由于炉料面积0．062 9 m2，与炉料横截面积较为接近，因此本模型取炉料两端为直角。计算出最高点位于0．35 m，最低点处于溜槽横截面中心，通过MATLAB 模拟计算51°和50°时最远位置布料、最近位置和料宽，见表5。
1．2．3 方形布料溜布焦模型计算
方形布料溜布焦模型计算公式及相关参数
通过MATLAB 模拟计算51 °和50 °时最远位置布料、最近位置和料宽，结果见表6。
2 不同布料溜槽模型计算结果对比
2．1 布矿情模型计算结果对比
圆形溜槽布矿模型模拟轨迹和方形溜槽布矿模型模拟轨迹分别如图3、图4 所示。
从图3 和图4 可以看出，51 °调度最外炉料落点圆形溜槽较方形溜槽靠近炉墙，布料角度相差1 °圆溜槽炉料分布相差小1．2 mm，随着布料角度的缩小，两种溜槽的布料宽度都有所增加，结果如下:
1) 圆溜槽布料角度相差1 °炉料分布相差76 mm，方溜槽布料角度相差1 °炉料分布相差77．2 mm;
2) 圆溜槽最远点较方溜槽最远点远69 mm;
3) 圆溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1°增加约11 mm;
4) 方溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1°增加约9．8 mm。
2．2 布焦情模型计算结果对比
圆形溜槽布焦模型模拟轨迹和方形溜槽布焦模型模拟轨迹分别如图5、图6 所示。
从图5 和图6 可以看出，51 °调度最外炉料落点圆形溜槽较方形溜槽更靠近炉墙，布料角度相差1 °，圆形溜槽炉料分布相差小1．8 mm，随着布料角度的缩小，两种溜槽的布料宽度都有所增加，其结果如下:
1) 圆溜槽布料角度相差1 ° 炉料分布相差72．6 mm，方溜槽布料角度相差1 ° 炉料分布相差74．4 mm;
2) 圆溜槽最远点较方溜槽最远点远67 mm;
3) 圆溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1°增加约9．4 mm;
4) 方溜槽随布料角度递减过程中布料带宽有所增加，1°增加约7．6 mm。
3 结论
方形溜槽和圆形溜槽布料宽度和料流远近相差较大，方形溜槽料流集中度比较高，圆形溜槽料流宽度较宽且布料较远;
1) 圆形溜槽布料同样角度炉料落点较方形溜槽距炉墙更近，布焦炭圆溜槽最远点较方溜槽最远点远67 mm，布矿圆溜槽最远点较方溜槽最远点远69 mm;
2) 圆形溜槽布料角度相差1 °较方形溜槽布料宽度小，布焦角度相差1 °相差小1．8 mm，布矿角度相差1 °相差小1．2 mm;
3) 无论方形溜槽还是圆形溜槽，随着布料角度递减过程，炉料落点宽度都有所增加，圆形溜槽增加幅度更大，圆形溜槽布矿随1 °增加约11 mm、布焦增加9．4 mm，方形溜槽布矿随1 °增加约9．8 mm、布焦增加7．6 mm。
4 参考文献
［1］ 杜鹏宇，程树森，滕召杰． 并罐式无钟炉顶布料蛇形偏料的研究［J］． 北京科技大学学报． 2011，33( 4) : 479－485．
［2］ 任廷志． 无钟并罐式高炉周向不均匀布料的研究［J］． 钢铁研究学报． 1999，11( 3) : 1－4．