（應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)論文）無(wú)料鐘高爐布料仿真模型研究.pdf

摘要 在全球信息化的推動(dòng)下，鋼鐵行業(yè)也邁入了數(shù)字化、信息化的時(shí)代。煉鐵是鋼鐵生產(chǎn)中的一 個(gè)重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品( 主要是生鐵) 的質(zhì)量和產(chǎn)量都將直接影響煉鋼生產(chǎn)，乃至整個(gè)鋼鐵 行業(yè)的生產(chǎn)。煉鐵生產(chǎn)中，爐料分布對(duì)整個(gè)高爐生產(chǎn)有著重要的影響作用，因此預(yù)測(cè)爐料在爐 喉內(nèi)分布的料面形狀就成為實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要內(nèi)容。 在理論上，本文通過(guò)深入研究高爐多環(huán)布料過(guò)程，特別是其中的螺線過(guò)程，建立了有螺線情 況f 爐料分布模型。而且在從簡(jiǎn)單到復(fù)雜思想的指導(dǎo)下采用先理想化模型條件，再逐步減少理 想化條件約束的方法，重點(diǎn)研究了各種布料情況下的爐料分布的計(jì)算方法。最后，在預(yù)測(cè)爐料分 布的基礎(chǔ)上，建立布料制度的最優(yōu)控制機(jī)制，即搜索最佳的布料制度，以達(dá)到雖終得到理想的爐 料分布和礦焦比的目標(biāo)，來(lái)調(diào)整或改善爐況。 本文還結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)了高爐布料仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了爐料的分布的可視化，為高爐布 料模型的進(jìn)一步發(fā)展提供了一個(gè)框架和平臺(tái)。 關(guān)鍵詞：無(wú)料鐘，布料，爐料分布，數(shù)學(xué)模型 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 a b s t r a c i a b s t r a c t w i t ht h ep u s h i n go f g l o b a li n f o r m a t i o n ，t h es t e e li n d u s t r ya l s oe n t e ri n t ot h ed i g i t a la n d i n f o r m a t i o n a la g e s i r o n m a k i n gi sa ni m p o r t a n tp a r ti nt h ew h o l ei n d u s t r y t h eq u a l i t ya n dq u a n t i t yo f i t sp r o d u c t ( p i gi r o n ) w i l li n f l u e n c et h es t e e l m a k i n gd i r e c t l y e v e nt h ew h o l es t e e li n d u s t r y i nt h e i r o n m a k i n g t h eb u r d e i 2d i s t r i b u t i o no fr a a t e r i a 【w i l le f f e c tt h ep r o d u c eo f t h eb l a s tf 、u m a c eh e n c e f o r e c a s t i n gt h ef i g u r eo f m a t e r i a li nt h ef u r n a c eb e c o m e sa l li m p o r t a n tc o n t e n tt or e a l i z et h e a u t o m a t i z a t i o no f t h ep r o d u c t i o n t h e o r e t i c a l l y ，t h ev o l u m ed i s t r i b u t i o nm o d e li nt h eh e l i xi n s t a n c ei sf o u n d e dt h r o u g hs t u d y i n gt h e r i n g c h a r g i n g e s p e c i a l l yt h eh e l i xp r o c e s s a n ds t u d y i n gt h eb u r d e nd i s t r i b u t i o no fm a t e r i a li na n y i n s t a n c ed e t a i l e d l y ，t h em e t h o dt os o l v em o d e li sf o u n d e d i nt h ee n d ，b a s e do nt h ec h a r g i n gm o d e l ，t h e o p t i m i z es y s t e mo f c h a r g i n gi se s t a b l i s h e d ，n a m e l y ，t h eb e s tc h a r g i n gs y s t e mw o u l db es e a r c h e dt o a c h i e v et h ei d e a lb u r d e nd i s t r i b u t i o no f m a t e r i a la n dt h er a t i oo f o r et oc o k e c o m b i n i n gc o m p u t et e c h n i q u e ，as o t ：t w a r ea b o u tt h ec h a r g i n go f b e l l - l e s si sd e v e l o p e dt os i m u l a t e t h ep r o c e s so f t h eb l a s tf u r n a c ec h a r g i n g ，t h e nm a k et h eb u r d e nd i s t r i b u t i o no f m a t e r i a lv i s i b l e i t p r o v i d e saf o u n d a t i o nf o r i h ed e p t hd e v e l o p m e n to f c h a r g i n gm o d e l k e yw o r d s ：b e l l - l e s s ，c h a r g i n g ，b u r d e nd i s t r i b u t i o n ，m a t h e m a t i c sm o d e l 中國(guó)表業(yè)大學(xué)碩士論文 圖表目錄 圖2 - 1 ：巴利式布料器6 圖2 2 ：馬基式布料器7 圖2 3 ：( 并灌式) 無(wú)料鐘布料器8 圖2 4 ：無(wú)料鐘布料器的布料方式一9 圖3 1 ：爐料在爐喉內(nèi)的分布1 2 圖3 2 ：充填堆谷1 6 圖3 3 ：布礦算法框圖1 7 圖3 4 ：落點(diǎn)是谷點(diǎn)布料示意圖2 2 圖3 5 ：落點(diǎn)在斜率為正的料面上2 3 圖3 6 ：落點(diǎn)在斜率為正的料面上2 5 圖3 7 ：落點(diǎn)為峰點(diǎn)2 7 圖4 1 ：“歡迎”界面3 4 圖4 2 ：“一高爐參數(shù)設(shè)置”界面3 4 圖4 3 ：“高爐布料仿真模型之循環(huán)布料”界面3 5 圖4 4 ：“高爐布料仿真模型之循環(huán)布料”界面考慮螺線狀態(tài)3 6 圖4 5 ：“高爐布料仿真模型之輸入初始料面”界面3 7 圖4 6 ：“高爐布料仿真模型之輸入初始料面”界面布礦的情況3 8 圖4 7 ：布料制度一下無(wú)螺線循環(huán)布料形成的最終料面3 9 圖4 8 ( 1 ) ：布料制度一下無(wú)螺線循環(huán)布料形成最終焦面的過(guò)程4 0 圖4 - 8 ( 2 ) ：布料制度一下無(wú)螺線循環(huán)布料形成最終礦面的過(guò)程4 0 v 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 圖4 9 ：布料制度一下無(wú)螺線循環(huán)布料形成最終料面的礦焦比4 l 圖4 一1 0 ：布料制度一下有螺線循環(huán)布料最終料面4 1 圖4 11 ( i ) ：布料制度一下有螺線循環(huán)布料形成最終焦面的過(guò)程4 2 圖4 1 1 ( 2 ) ：布料制度一下有螺線循環(huán)布料形成最終礦面的過(guò)程4 2 圖4 一1 2 ：布料制度一下有螺線循環(huán)布料形成最終料面的礦焦比4 2 圖4 一1 3 ：布料制度一下有螺線循環(huán)布料最終料面的立體圖4 3 圖4 1 4 ( 1 ) ：布料制度一下有螺線循環(huán)布料最終焦面的立體圖4 3 圖4 1 4 ( 2 ) ：布料制度下有螺線循環(huán)布料最終礦面的立體圖4 4 圖4 15 ( 1 ) ：布料制度下有螺線循環(huán)布料布焦時(shí)的螺線軌跡4 5 圖4 1 5 ( 2 ) ：布料制度下有螺線循環(huán)布料布礦時(shí)的螺線軌跡4 5 圖4 一1 6 ：布料制度一下給定初始料面布一批焦后的焦面4 6 圖4 1 7 ：布料制度一下給定初始料面布一批焦的過(guò)程4 6 圖4 1 8 ：布料制度一下給定初始料面布一批礦后的礦面4 7 圖4 1 9 ：布料制度一下給定初始料面布一批礦的過(guò)程4 7 圖4 - 2 0 ：布料制度一下給定初始料面相鄰不同料的礦焦比4 8 圖4 2 1 ：不同批重下礦在爐喉內(nèi)的分布51 圖4 2 2 ( 1 ) ：布料制度二下無(wú)螺線循環(huán)布料最終料面5 1 圖4 2 2 ( 2 ) ：布料制度二下有螺線循環(huán)布料最終料面5 l 圖4 2 3 ( 1 ) ：布料制度二下無(wú)螺線循環(huán)布料形成最終焦面的過(guò)程一5 2 圖4 2 3 ( 2 ) ：布料制度二下有螺線循環(huán)布料形成最終焦面的過(guò)程一5 2 圖5 - 1 ：最優(yōu)的爐料分布的形狀5 4 表3 - l ：布料制度】4 v i f 7 表3 2 ：截面角度為0 度時(shí)布料制度2 9 表3 3 ：截面角度為9 0 度時(shí)布料制度2 9 表3 4 ：截面角度為1 5 0 度時(shí)布料制度2 9 表4 1 ：布礦制度4 8 表4 2 ：布料制度二51 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā) 表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書 而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示了謝意。 研究生簽名：護(hù)五扒z “時(shí)問(wèn)：w 磚年月矽日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留 送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù) 制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、 傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議) 研究生簽名：刁 虬z 山、時(shí)間：似啦年弓月陽(yáng)日 導(dǎo)師簽名： 楊 時(shí)間： 卅f 年；月矽日 甲 ， 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碗士論文 第一章緒論 1 1 研究目的和意義 1 1 1 項(xiàng)目背景 隨著全球信息化的發(fā)展，中央提出了“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新犁 工業(yè)化路子”的戰(zhàn)略。鋼鐵行業(yè)作為支柱型傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高科技產(chǎn)業(yè)，隨著中國(guó)加入w t o ，它正 在以前所未有的速度走進(jìn)近國(guó)際市場(chǎng)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。許多企業(yè)已經(jīng)達(dá)成了這樣一個(gè)共識(shí)誰(shuí) 在信息化道路上率先取得了領(lǐng)先的地位，誰(shuí)就在市場(chǎng)上占有了相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。 在2 0 0 1 年1 1 月6 日開幕的“中國(guó)制造業(yè)企業(yè)信息化研討會(huì)”上，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院院士劉玢 提出了“數(shù)字鋼鐵”的發(fā)展方向，呼吁我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)緊緊跟蹤世界先進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，盡快實(shí)現(xiàn) 鋼鐵產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化。 所謂數(shù)字鋼鐵“，就是以計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)為核心，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為手段，精確的數(shù)學(xué)模型為 基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)物資流、資金流、信息流高效準(zhǔn)確地運(yùn)轉(zhuǎn)，從而對(duì)鋼鐵生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、全 系統(tǒng)的最優(yōu)控制使企業(yè)獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是咀數(shù)字技術(shù)來(lái)覆蓋整 個(gè)鋼鐵工業(yè)運(yùn)行的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)嶄效益和社會(huì)效益。 具體來(lái)說(shuō)，數(shù)字鋼鐵的基本內(nèi)容”哇要是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化和管理的信息 化。鋼鐵企業(yè)的管理信息化包括：管理信息系統(tǒng)、企業(yè)的決策支持系統(tǒng)( d s s ) 和專家系統(tǒng)( e s ) 、 企業(yè)資源計(jì)劃( e r p ) 、客戶關(guān)系管理( c r m ) 、供應(yīng)鏈管理( s c m ) 和管控一體化系統(tǒng)等現(xiàn)代 管理模式以及電子商務(wù)業(yè)務(wù)：鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化包括：全面采用數(shù)字控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng) 用日益普遍、一體化技術(shù)廣泛應(yīng)用( c i e c ) 、智能控制技本的廣泛應(yīng)用、多樣訖的操作控制方式； 鋼鐵生產(chǎn)的智能化則包括太量的數(shù)字化的數(shù)學(xué)模型，如：軟融帶推斷模型、爐料下降仿真模型等， 都是通過(guò)數(shù)字概念來(lái)表示。 “數(shù)字鋼鐵”是冶金生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的突出標(biāo)志，是時(shí)代進(jìn)步、大力發(fā)展生產(chǎn)力的必 然結(jié)果。我國(guó)鋼鐵行業(yè)身處全球化的大潮中，陋對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化、信息化的新形勢(shì)，就必須研究開 發(fā)新的信息化、自動(dòng)化技術(shù)，向全系統(tǒng)數(shù)字化方向發(fā)展。因此，把鋼鐵行業(yè)全系統(tǒng)信息化、數(shù)字 億，從而達(dá)到管理經(jīng)營(yíng)控靠?jī)?yōu)化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。 進(jìn)入二十一世紀(jì)，鋼鐵企業(yè)的經(jīng)營(yíng)從以運(yùn)作產(chǎn)品為主已逐步過(guò)渡到以運(yùn)營(yíng)資本為主的階段， 企業(yè)的管理已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字的管理，企業(yè)管理數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化、信息化已經(jīng)成為資本運(yùn)作 不可替代的手段。因此，鋼鐵企業(yè)只有依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，才能從根本上實(shí)現(xiàn)管理 數(shù)字化、經(jīng)營(yíng)數(shù)字化、生產(chǎn)數(shù)字化等整個(gè)鋼鐵行業(yè)運(yùn)行的數(shù)字化，使企業(yè)最終獲得最大的資金效 益和利潤(rùn)。 數(shù)字鋼鐵的實(shí)現(xiàn)“，必須大力加強(qiáng)鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)軟、硬件裝備的研制開發(fā)，熏點(diǎn)發(fā)展 冶金生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、工藝智能化和管理信息化技術(shù)。具體體現(xiàn)在以下方面： ( 1 ) 繼續(xù)提j 尚基礎(chǔ)自動(dòng)化水平。支持新一代基礎(chǔ)自動(dòng)化裝備的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，晦低基礎(chǔ)自動(dòng) 化成本。大力提高過(guò)程自動(dòng)化水平、加強(qiáng)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)剖新、開展過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)工程方法和 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碰士論文 軟件平臺(tái)的前沿高技術(shù)研究。 ( 2 ) 結(jié)合常規(guī)模型，加強(qiáng)智能技術(shù)研究。 ( 3 ) 大力應(yīng)用電子信息技術(shù)，提高企業(yè)管理水平。 ( 4 ) 建立高速控制系統(tǒng)。 除了以上四個(gè)方面外，加強(qiáng)通用硬件與軟件的產(chǎn)業(yè)化，優(yōu)化控制軟件包這兩方面內(nèi)容也是數(shù) 字鋼鐵實(shí)現(xiàn)途徑的重要內(nèi)容。 1 1 2 現(xiàn)狀與差距 在中央“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力跨越式發(fā)展”的重要決策 指引下，我國(guó)鋼鐵工業(yè)向信息化、自動(dòng)化邁出了堅(jiān)實(shí)的一大步。 然而，鋼鐵工業(yè)目前的生產(chǎn)和管理與生產(chǎn)自動(dòng)化的要求還有一定的差距。比如，高爐煉鐵 是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的第一道工序，也是非常重要的環(huán)節(jié)，其產(chǎn)品( 生鐵) 的產(chǎn)量和質(zhì)量對(duì)煉 鋼、軋材有很大的直接的影響。而高爐煉鐵過(guò)程是一個(gè)多變量影響因素極多的復(fù)雜的物理、化 學(xué)反應(yīng)過(guò)程，該過(guò)程充滿了動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞和交換。在現(xiàn)有的技術(shù)手段下，煉鐵廠高爐 管理人員還不能直接有效的觀察高爐內(nèi)部的冶煉狀況，即使是間接的監(jiān)測(cè)、分析和判斷的手段也 不多，只能通過(guò)溫度、壓力、流量等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)推斷高爐爐內(nèi)的冶煉狀況，高爐內(nèi)部 對(duì)我們來(lái)說(shuō)，仍然是一個(gè)黑盒子，高爐工長(zhǎng)不能及時(shí)準(zhǔn)確地判斷爐況和爐內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況高 爐很難實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和低耗的目標(biāo)，與“數(shù)字鍶鐵”內(nèi)容中的生產(chǎn)自動(dòng)化還有較夫的差距。而且高爐 爐況的波動(dòng)和設(shè)備的故障也曾經(jīng)造成許多高爐的巨大經(jīng)濟(jì)損失。 1 1 3 研究的目的和意義 以往豹高爐過(guò)程控制一直是憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整工藝參數(shù)。由于爐內(nèi)的變化無(wú)法直接觀察，為了了解 高爐內(nèi)的過(guò)程變化，一方面是發(fā)展各種檢測(cè)手段。得到盡可能多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；另一方面就是建立 各種高爐工藝過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。對(duì)高爐的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行廣泛的測(cè)量需要安裝多種監(jiān)鋇9 裝置，這是 一項(xiàng)困難的而且花錢很多的工作，但對(duì)建立各種高爐運(yùn)行模型是十分必要的。 特別地，高爐煉鐵生產(chǎn)中，在一定布料制度下，高爐爐項(xiàng)布料在爐喉形成的科面的分布( 爐 料在高爐爐喉內(nèi)的徑向分布以及周向分布、徑向礦焦比) 將決定煤氣流的分布、軟融帶的位置和 形狀以及滴落帶的特征等，而且爐料的分布對(duì)鋼鐵的生產(chǎn)力，能量的利用率和生產(chǎn)出的鐵的質(zhì)量， 以及高爐的安全順行和壽命都有很重要的影響作用。 在首鋼集團(tuán)煉鐵廠的支持合作下，本文針對(duì)高爐的這一特殊需要，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立高 爐布辯數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)字仿真。首先研究建立( 無(wú)料鐘) 高爐布料數(shù)學(xué)仿真橫型， 同步開發(fā)個(gè)相應(yīng)的仿真軟件研究并仿真一定布料模式下，爐料在爐喉內(nèi)形成的料面形狀，打 開高爐布料這個(gè)黑盒子，讓工長(zhǎng)實(shí)時(shí)了解爐內(nèi)冶煉狀況和爐內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)臺(tái)理布料和管 理決策提供有效的支持，從而更好地操控高爐，變被動(dòng)操作為主動(dòng)操作，避免事故的發(fā)生，減少 高爐作業(yè)成年，提高其現(xiàn)代化和自動(dòng)化，使高爐實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、低耗和長(zhǎng)壽的目標(biāo)，取 得良好的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的向自動(dòng)化邁出堅(jiān)實(shí)的步并為最終走 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 向“數(shù)字鋼鐵”提供基礎(chǔ)和支持。 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，各企業(yè)對(duì)高爐生產(chǎn)降低成本，高爐操作精細(xì)合理的要求也越來(lái)越高。 為達(dá)到高爐低耗、高效的目標(biāo)，充分發(fā)揮高爐無(wú)料鐘爐項(xiàng)設(shè)備的優(yōu)越性，各國(guó)冶金界科研人員從 冶金工藝、設(shè)備控制與狀態(tài)檢測(cè)，布料數(shù)學(xué)模型，爐料物理化性狀等方面作了大量探索與努力， 取得了許多科研成果。以下主要是冶金工作者在布料數(shù)學(xué)模型方面所作的研究以及取得的成果。 b ，s c h i l l e ra n dfe ，s v e k r i c 在p r o c e e d i n g so f t h e3 t hp r o c e s st e c h n o l o g yc o n f e r e n c e 上初步提出 高爐上部爐料分布的預(yù)測(cè)模型1 4 l 。劉云彩在高爐布料規(guī)律”1 中，理論的分析了高爐布料的過(guò) 程，建立布料方程。并對(duì)爐料在爐內(nèi)的實(shí)際堆角以及空區(qū)中煤氣阻力對(duì)布料的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)要分 析和歸納。t o y a m a 在 b l a s tf u r n a c ep h e n o m e n aa n dm o d e l l i n g n e w y o r k ：e l s e v i e ra p p l i e ds c i e n c e p u b l i s e r sl t d 6 1 中，假設(shè)：( 1 ) 爐料在爐內(nèi)按爐身延長(zhǎng)線上與高爐中心線交點(diǎn)為原點(diǎn)的放射線 運(yùn)動(dòng)；( 2 ) 新料面位置由舊料面上任點(diǎn)之水平面下降掃過(guò)固定體積k 來(lái)確定，提出了爐料分 布模型。牡鶴桂，杜日在高爐無(wú)料鐘爐頂布料料面形狀的模擬研究【7o 中，在實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn) 的基礎(chǔ)上建立了無(wú)料鐘爐項(xiàng)布料的料面數(shù)學(xué)模型。尹小華，聶喻梅在高爐無(wú)料鐘布料爐料分布 數(shù)學(xué)模型的開發(fā)【”中，通過(guò)試驗(yàn)隊(duì)爐料的堆積情況進(jìn)行了研究，得到預(yù)測(cè)爐料分布的數(shù)學(xué)模型。 傅世敏在無(wú)料鐘爐頂布料料面測(cè)定和料面數(shù)模1 9 】中，建立了并灌式無(wú)料鐘爐頂布料的料面形 狀的數(shù)學(xué)模型，分為布礦時(shí)的料面數(shù)模和不矯飾的料面數(shù)模。楊天鈞，段國(guó)錦，周渝生，左廣慶， 王寶，葉國(guó)慶，王漢章，常九柱在高爐無(wú)料鐘布料爐料分布預(yù)測(cè)模型的開發(fā)研究1 1 0 1 中，以實(shí) 際高爐無(wú)辯鐘布料開爐實(shí)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，在爐料運(yùn)動(dòng)解析的基礎(chǔ)上，開發(fā)了高爐上部爐料分布的 預(yù)測(cè)模型孫芹，李常勝在改善無(wú)鋤高爐爐料分布的數(shù)學(xué)模型( 1 1 1 中，介紹了日本干葉、比利 時(shí)西德瑪爾、內(nèi)陸u k 和其它一些公司根據(jù)無(wú)料鐘爐項(xiàng)的物理參數(shù)以及爐料特性分別開發(fā)的預(yù)測(cè) 爐內(nèi)料面形狀的數(shù)學(xué)模型汪政富在高爐爐料層狀分布的計(jì)算方法1 1 2 ) 1 1 ”中，分析了給定條件 下得到的爐頂料面分布，隨妒型尺寸及煤氣流變化還有再分布的過(guò)程，開發(fā)了高爐內(nèi)爐料層狀分 布的數(shù)學(xué)模型。陳令坤在碩士學(xué)位論文武鋼新3 號(hào)高爐無(wú)鐘布料料面預(yù)測(cè)模型的開發(fā)l 一1 中開 發(fā)了科面預(yù)測(cè)模型。m i e b i n o r ih a t t o r i ，b u n g oi i n o ，a k i os h t m o m u r a ，h i d e a k it s u k i 1 1a n d t a t s u r oa r i y a m a 在d e v e l o p m e n to fb u r d e nd i s t r i b u t i o ns i m u l a t i o nm o d e lf o rb e l b l e s st o di 1 1a l a r g eb l a s tf u r n a c ea n di t sa p p t i c a t i o n 【l ”中，通過(guò)模型模擬試驗(yàn)，提出爐料分布仿真模型。黃惠 林在碩士學(xué)位論文無(wú)鐘布料料面形狀數(shù)學(xué)模型開發(fā)0 5 1 9 ，通過(guò)無(wú)鐘布料模型實(shí)驗(yàn)，研究無(wú)鐘 高爐布料的基本布料規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上建立無(wú)鐘布料料面形狀數(shù)學(xué)模型。傅世敏，周國(guó)凡在湘 鋼2 高爐p w 爐頂料面數(shù)學(xué)模型應(yīng)用研究l l 1 中。研究出p w 爐頂布辯料面數(shù)模及其應(yīng)用范圍。 任延志，盛義平在高爐溜槽布寒； 器的布料規(guī)律中。結(jié)合溜槽的結(jié)構(gòu)尺寸及落料高度對(duì)爐料 落在溜槽上速度的影響，爐料在溜槽上滑動(dòng)長(zhǎng)度隨溜槽傾角的變化，以及爐料在煤氣中的潛體阻 力( 即煤氣阻力) ，給出了無(wú)料鐘高爐爐頂?shù)牟剂戏匠獭Ｌ瞥蓾?rùn)，凌天鷹，徐俊偉，楊旬華樊 大軍在梅山3 4 高爐料層厚度測(cè)定及布料模型1 1 9 l 中介紹了悔山3 4 高爐開爐料層厚度測(cè)定的原理、 方法及結(jié)果，并根據(jù)該結(jié)果設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)化的高爐布料模型。熊熊在高爐爐料層狀分布計(jì)算機(jī)模擬 3 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 ”中，提出了大鐘布料的爐內(nèi)爐料層狀分布的數(shù)學(xué)模型。張玲，郝鴻在高爐布料模型在邯鋼7 號(hào)高爐上的應(yīng)用口l | 中，根據(jù)邯鋼7 號(hào)高爐布料溜槽特點(diǎn)，結(jié)合高爐布料計(jì)算，利用e x c e l 和 v b a ，建立相應(yīng)的高爐布料模型。高征鎧，楊天鈞，趙永福s t e p h e ne y a n i g a ，c ，j e f f e r s o no b e r t ， m a r kl u n s f o r d 在無(wú)鐘布料仿真模型在美鋼聯(lián)f a i r f i e l d 廠8 號(hào)高爐的應(yīng)用口”中介紹了在美 鋼聯(lián)f a i r f i e l d 廠8 號(hào)高爐開發(fā)的無(wú)鐘布料仿真模型及其應(yīng)用效果。經(jīng)文波，陳小雷在高爐應(yīng) 用數(shù)學(xué)模型研究口”中，根據(jù)高爐冶煉理論，建立無(wú)料鐘高爐布料應(yīng)用數(shù)學(xué)模型。經(jīng)文波，陳小 雷在無(wú)料鐘高爐布料數(shù)學(xué)模型研究1 24 】中，通過(guò)分析無(wú)料鐘高爐布料的影響因素，建立了無(wú)料 鐘高爐布料數(shù)學(xué)模型。經(jīng)文波，陳小雷在無(wú)料鐘高爐應(yīng)用數(shù)學(xué)模型研究【2 ”中，根據(jù)高爐冶煉 理論，結(jié)合具體檢測(cè)條件，建立高爐布辯數(shù)學(xué)模型。p r o f t s p r a s a n n ak u m a ra n dd r k ，m a r u t ir a m 建立了高爐爐料分布的數(shù)學(xué)模型川。c o r u s 小組研究開發(fā)了高爐布料數(shù)學(xué)模型1 2 7 1 。 已經(jīng)建立的布料模型主要是只在高爐多環(huán)無(wú)螺線情況下建立的，與實(shí)際的布料過(guò)程有較大的 差距。 1 3 研究的內(nèi)容 在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，高爐冶煉中的各個(gè)過(guò)程都是非常復(fù)雜的，而且，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，直 接對(duì)高爐內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)是很難實(shí)現(xiàn)的，因此，我們?cè)趯?duì)布料進(jìn)行模型仿真的過(guò)程中 首先對(duì)影響布料過(guò)程的因素作定理想的簡(jiǎn)化，有時(shí)需要考慮剝離其他因素，特別分析一個(gè)囡 索的影響，比如：爐料在爐喉下降為活塞流，因受熱產(chǎn)生的膨脹可忽略：礦石與焦炭無(wú)混合現(xiàn)象， 料層分界面為一平滑的錐面，爐料在空n q u - f 落不受煤氣阻力作用、爐料內(nèi)f i l , 堆角近似相等，基 本確立模型框架和基本思想建立基礎(chǔ)模型和算法。然后，逐步減少約束加入實(shí)際影響因素條 件，比如逐步考慮爐料內(nèi)外堆角不對(duì)稱，以及爐判在空區(qū)中下降，除了受重力作用，還受煤氣阻 力作用等，改進(jìn)算法，加強(qiáng)模型與實(shí)際生產(chǎn)的桴符性和實(shí)用性。 本文研究的主要內(nèi)容有： i 深入研究布料過(guò)程中的螺線過(guò)程，建立有螺線情況下爐料分布模型。 2 建立不同布料情況下爐料分布模型的算法。 根據(jù)研究的過(guò)程，主要有： ( 1 ) 多環(huán)無(wú)媛線循環(huán)布料 在一定布料制度下，不考慮螺線作用，以平面為原始科面開始循環(huán)布料，直至料面達(dá)到穩(wěn)定 之后，計(jì)算爐料在爐喉內(nèi)的分布。 ( 2 ) 多環(huán)有螺線循環(huán)布料 在多環(huán)無(wú)螺線循環(huán)布料基礎(chǔ)上，考慮螺線過(guò)程計(jì)算爐料在爐喉內(nèi)的分布。 ( 3 ) 給定初始料面，布一批料 在一定布料制度下，給定任意初始料面，計(jì)算布一批焦或一批礦后在爐喉內(nèi)形成的新的料面。 3 結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，仿真高爐布料過(guò)程實(shí)現(xiàn)爐料分布的可視化。 4 建立布料制度優(yōu)化模型 基于爐科分布模型，根據(jù)最佳的爐料分布和最合理的礦焦比，選取最優(yōu)的布料制度。用來(lái)指 4 導(dǎo)布料操作工藝。 1 4 創(chuàng)新與特色 本文結(jié)合高爐生產(chǎn)實(shí)踐。有以下三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)： 1 結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)，深入研究高爐布料過(guò)程，完善了劉云彩在高爐布料規(guī)律中建立的高爐 布料方程。 2 重點(diǎn)研究了高爐多環(huán)布料過(guò)程，特別是其中的螺線過(guò)程，建立爐料分布模型，并提出模型 的計(jì)算方法。 3 從新的角度，建立優(yōu)化布料制度的優(yōu)化模型根據(jù)最佳爐料分布形狀和礦焦比，搜索最合 理的布料制度。 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第二章無(wú)料鐘高爐布料簡(jiǎn)述 第二章無(wú)料鐘高爐布料簡(jiǎn)述 2 1高爐爐頂設(shè)備發(fā)展歷程 高爐在中國(guó)出現(xiàn)，距今已有2 7 0 0 多年的歷史。由于古代生產(chǎn)設(shè)備籌，技術(shù)水平低，對(duì)高爐 生產(chǎn)認(rèn)知尚淺，雖然2 0 0 0 年前( 西漢末年) 已有5 0 m 的巨型高爐生產(chǎn)，但還不懂布料，每煉1 噸鐵要用7 8 噸木炭口”，煤氣直接放散到大氣里，燃料消耗高，煤氣利用極差，致使高爐附近 黑煙蔽日。顯然，當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)布料的作用。 1 8 5 0 年，在英國(guó)應(yīng)用的巴利式布料器”( 圖2 1 ) 是第一個(gè)兼考慮布料和同收煤氣的爐頂設(shè) 備。它用手工操作，爐料放進(jìn)料斗后，開啟大鐘，爐料沿大鐘斜面布到爐內(nèi)，在爐內(nèi)料面呈漏斗 型：邊緣料面高，中心料面低。邊緣料多，使沿爐墻上升的煤氣受到的阻力增加，有利于改善煤 氣的利用：中心料面低高爐中心的料柱阻力減小，有利于在整個(gè)高爐斷面改善爐料與煤氣的接 觸，對(duì)改善爐缸工作也有良好作用。雖然巴利式布料器在結(jié)構(gòu)上存在嚴(yán)重缺陷，但它認(rèn)識(shí)到了布 料對(duì)高爐生產(chǎn)的影響，對(duì)高爐布料起到了啟蒙作用，并且開拓了現(xiàn)代料面分布的重要方向。 圖2 - 1巴利式布科器洶1 巴利式布料器除了結(jié)構(gòu)上的缺陷，布料也不均勻。裝辯時(shí)，一批料倒進(jìn)料斗，爐料在傾倒的 一側(cè)會(huì)集中形成尖蜂，而對(duì)面的爐料較少，造成粒度偏析。布料后爐料1 ；到爐內(nèi)繼續(xù)保持這種 不均勻性，會(huì)引起高爐偏行。 布朗式布料器是最初期的旋轉(zhuǎn)式布料器。美國(guó)埃比威爾廠第一個(gè)使用布朗式布料器，為高爐 設(shè)計(jì)布料器提出了重要的原則旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)代布料器無(wú)一例外，都是能夠旋轉(zhuǎn)的。布朗式布料器 是單鐘的使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，它并不能克服巴利式布料器密封性不佳的缺陷，加料時(shí)。大鐘開啟， 爐內(nèi)煤氣大量從爐頂放出來(lái)。此外，它也不能克服爐料分布的不均勻性。 1 9 0 7 年美國(guó)馬基公司設(shè)計(jì)的馬基式布料器d ( 圖2 - 2 ) 。繼巴利式布料器之后，進(jìn)行了高爐 布料的第二次革命。在他出現(xiàn)的短短2 0 年內(nèi)，美國(guó)1 5 0 座高爐幾乎全部采用除美國(guó)之外他 在世界范圍內(nèi)也得到迅速推廣。馬基式布料器采用雙鐘、雙斗的結(jié)構(gòu)，不僅繼承了巴利式大鐘、 大斗的優(yōu)點(diǎn)，而且可以克服加料時(shí)煤氣漏出的缺陷；同時(shí)，也吸收了布朗式布料器旋轉(zhuǎn)的匕處， 使小鐘、小斗一起旋轉(zhuǎn)( 把爐料按六站，每站6 0 度，放入大斗中) ，使?fàn)t料堆尖叫均勻地分布在 大斗里。 6 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第二章無(wú)料鐘高爐布料簡(jiǎn)述 圖2 - 2 馬基式布抖器啪1 、 隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐設(shè)備直向著大型化的趨勢(shì)發(fā)展，冶金專家對(duì)高爐深入研究后發(fā) 現(xiàn)，馬基式布辯器也有它舶缺點(diǎn)：首先，爐料在小斗內(nèi)分布不均勻，這種不均勻牲，在爐料下到 大料斗內(nèi)及隨后下到爐內(nèi)時(shí)仍然存在；其次，爐料在爐喉內(nèi)按一定堆角分布，隨著高爐容積的擴(kuò) 大，礦石可能很少或根本布不到高爐中心。礦石少，中心氣流容易過(guò)分發(fā)展，影響高爐順行和煤 氣利用。 同時(shí)，各種強(qiáng)化冶煉的手段的不斷涌現(xiàn)，對(duì)高爐爐頂裝料設(shè)備也提出了更高更嚴(yán)格的要求， 從而促進(jìn)了高爐爐頂裝料設(shè)備的發(fā)展。 第一個(gè)無(wú)料鐘布科器于1 9 7 2 年授產(chǎn)于德國(guó)蒂森鋼鐵公司漢博恩廠這是由盧森堡波爾鳥斯 ( p a u lw u n h ) 公司在萊吉爾主持下設(shè)計(jì)的。它以全新的原理，為高爐布料設(shè)備完成了第三次革 命_ l | l 。 無(wú)料鐘布料器的優(yōu)點(diǎn)：爐料水平分布是均勻：由于溜槽傾角可以任意擺動(dòng)，爐料可以加在任 意位置，布料十分靈活，可以提高煤氣流的利用率，達(dá)至0 低耗高產(chǎn)的目的；密封性好，可以提高 爐項(xiàng)壓力，從而提高冶煉強(qiáng)度。因此，無(wú)料鐘爐頂l ；“對(duì)改善高爐布料，提高爐頂壓力，充分利用 煤氣、化學(xué)能和熱能及延長(zhǎng)高爐壽命起到了重要作用?，F(xiàn)在，無(wú)料鐘爐頊己在全世界范圍內(nèi)推廣， 新建的大型高爐，幾乎普遍采用無(wú)料鐘爐頂。我國(guó)第一個(gè)無(wú)料鐘爐項(xiàng)裝置于】9 7 9 年應(yīng)用于首鋼2 號(hào)高爐。隨后無(wú)料鐘爐頂在我國(guó)得到迅速發(fā)展。 初期投入的無(wú)料鐘布料器，都是并灌式的( 如圖2 3 ) ，由并列的兩個(gè)料灌分別裝料。由丁爐 料在中心導(dǎo)管沿內(nèi)側(cè)偏行，造成爐料在爐喉內(nèi)分布不均勻，這是并灌式無(wú)料鐘爐項(xiàng)裝置的固有 缺點(diǎn)。由于并灌式無(wú)料鐘在布料上的缺陷，后來(lái)出現(xiàn)了串灌式無(wú)料鐘爐項(xiàng)裝置。串灌式無(wú)料鐘裝 置的兩個(gè)料灌上下串聯(lián)，下關(guān)排料口與導(dǎo)料管在同一中心線上，克服了爐料偏行的缺點(diǎn)，爐料在 爐內(nèi)分布均勻。 總體來(lái)說(shuō)，無(wú)料鐘爐頂與鐘式爐頂相比，無(wú)論是結(jié)構(gòu)上，還是布料的功能都有突破性的更新。 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第二章無(wú)料鐘高爐布料簡(jiǎn)述 固2 - 3( 并灌式) 無(wú)料鐘布料器 2 2 無(wú)料鐘爐頂?shù)牟剂戏绞?無(wú)料鐘爐項(xiàng)布料靈活，可采用多種布料方式”1 ( 如圖2 4 ) ，達(dá)到理想的效果。 ( 1 ) 定點(diǎn)布料：根據(jù)爐況需要可以把爐料布到指定點(diǎn)，溜槽傾角a 和定點(diǎn)方位由人工手動(dòng)控 制或根據(jù)設(shè)定自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 ( 2 ) 環(huán)形布料：類似鐘式爐項(xiàng)布料，但可以直接布到高爐中心，可實(shí)現(xiàn)單環(huán)、多環(huán)布料。改 變溜槽傾角( 溜槽與高爐中心線的夾角) ，可把爐料布到距中心不同位置。由于溜槽傾角可變化， 爐料下到爐喉內(nèi)形成的堆尖所處半徑位置( 即堆尖與高爐中心的距離) 可以做到無(wú)數(shù)選擇以糾正 邊緣或中心煤氣分稚。 所謂多環(huán)布料，就是取若干個(gè)溜槽傾角檔位，把一批爐料按指定重量分配，連續(xù)步入爐內(nèi)， 溜櫓傾角直接影響爐料在爐內(nèi)的分布。不同爐喉直徑的高爐應(yīng)采用一個(gè)適當(dāng)?shù)牧锊蹆A角檔位數(shù)。 若溜槽傾角檔位過(guò)多，則各環(huán)間距過(guò)小而失去調(diào)節(jié)功能。反之，傾角檔位過(guò)少，則各環(huán)間距過(guò)大 而降低了調(diào)節(jié)靈活的功能。一般地，小于】0 0 0 m 3 的高爐?？蛇x5 7 個(gè)溜槽傾角檔位，1 0 0 0 3 級(jí)的高爐?？蛇x8 1 0 個(gè)傾角檔位，大于2 0 0 0 肼3 的高爐，可選1 0 1 2 個(gè)溜槽傾角檔位。 ( 3 ) 扇形布料：布料溜槽按設(shè)定角度作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使?fàn)t料布在要求的一定圓弧半徑上，溜槽 可用任意半徑和角度向左右旋轉(zhuǎn)當(dāng)產(chǎn)生偏析或局部崩料時(shí)采甩此種布料形狀。 ( 4 ) 螺旋布料：榴槽繞高爐中心作均勻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)作徑向運(yùn)動(dòng)形成爐料分布，漓槽由外 向里改變傾角，擺動(dòng)速度由幔變快。主副電機(jī)同時(shí)旋轉(zhuǎn)把爐料布到爐喉截面任意位置，根據(jù)要求 調(diào)節(jié)料層厚度獲得平坦料面。 當(dāng)采用大傾角單環(huán)布料時(shí)，可得到相當(dāng)于鐘式爐頂?shù)膙 型剖面，小傾角單環(huán)布料得到相當(dāng)于 m 型剖面，采用多環(huán)和螺旋布料可得到平坦的料面，因此煤氣分布也較平坦。無(wú)料鐘爐項(xiàng)布料可 得到理想的煤氣曲線以控制各爐區(qū)的溫度和充分利用煤氣。 圈2 - 4 無(wú)科鐘布料器的布科方式 2 3 無(wú)料鐘高妒布料過(guò)程 無(wú)料鐘爐頂布料采用的旋轉(zhuǎn)溜槽的傳動(dòng)系統(tǒng)是該設(shè)備的關(guān)鍵部位，溜槽的工作情況直接影響 著高爐的利用系數(shù)。料罐的上部和下部設(shè)有密封閥起爐頂密封作用，每個(gè)料罐都設(shè)有均壓、放散 設(shè)備；料流調(diào)節(jié)閥位于下密封閥的上面，用以控制爐料流量；布料溜槽既可繞高爐中心線旋轉(zhuǎn)， 又可沿其中心線方向上、下傾動(dòng)，使溜槽的傾角可以改變。工作時(shí)，爐料由料車送入周定承料斗， 再經(jīng)翻板裝置入時(shí)料罐，形成料批后關(guān)閉上密封閥進(jìn)行均壓。當(dāng)爐喉內(nèi)料面下降到需要裝料的位 置( 料線) 時(shí)，料尺自動(dòng)提高到最高位置，同時(shí)，布料器啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在料罐均壓正常的情況下打 開下密封閥，當(dāng)布料器轉(zhuǎn)到預(yù)定開始布科位置時(shí)。布料器控制系統(tǒng)使料流調(diào)節(jié)閥打開到要求的角 度，爐料按預(yù)定的時(shí)間和方式經(jīng)旋轉(zhuǎn)溜槽布入爐內(nèi)。當(dāng)科罐卸空信號(hào)由電子秤或同位素探潮儀發(fā) 出后，也就是一批料布完之后，料流調(diào)節(jié)閥和下密封閥相斷關(guān)閉，放散料罐的齷力，打開上密封 閥準(zhǔn)備接受下一批料。與此同時(shí)溜槽轉(zhuǎn)到停機(jī)位置，放下料尺，當(dāng)爐喉內(nèi)新的料面下降到需要裝 料的位置時(shí)，料尺再次自動(dòng)提高到最高位置，開始布下一批料，重復(fù)此過(guò)程，將爐料一批一批布 入爐內(nèi)。 2 4 無(wú)料鐘高爐布料方程 高爐布料過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是爐料的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。為了定量地分析爐料在爐喉內(nèi)的分布，首先需要 建立高爐布料方程。 劉云彩在高爐布料規(guī)律l ”中，通過(guò)對(duì)高爐布料過(guò)程的研究，根據(jù)爐料的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 將高爐布料分為三個(gè)過(guò)程，分別建立公式模擬： ( 1 ) 爐料f 通過(guò)中心喉管運(yùn)動(dòng)離開導(dǎo)料管的速度。 9 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第二章無(wú)料鐘高爐布料簡(jiǎn)述 ! -i j 曼m 曼詈皇皇皇蔓量蔓勇毫曼 ( 2 ) 爐料i 在第，圈離開溜槽時(shí)速度。 ( 3 ) 爐料在空區(qū)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，以及爐料落到爐喉以后落點(diǎn)或形成的堆尖的位置。 本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，對(duì)高爐布料過(guò)程作了進(jìn)一步深入研究，并進(jìn)行了一定的數(shù)據(jù)試驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)爐料從導(dǎo)料管口到碰撞溜槽過(guò)程對(duì)爐料的運(yùn)動(dòng)速度，以及爐料的分布有較大的影響。因此， 本文在高爐的布料過(guò)程中加入考慮了這一過(guò)程，并建立爐料與溜槽碰撞時(shí)的速度公式： 設(shè)爐料i 通過(guò)中心喉管運(yùn)動(dòng)離開導(dǎo)料管的速度為v 爐料從離開導(dǎo)料管到碰撞溜槽的下落的 高度為d ，。則 扣n 甌， 其中，h 。為溜槽高度，若爐料在下落過(guò)程中，只受重力作用，做自由落體運(yùn)動(dòng)，設(shè)其下落時(shí)間為 r ，于是有 從而得 則爐料碰撞溜槽時(shí)速度v 為 d ，：v 1 0 f ，+ 委，2 - - v i o + 、砥五孓t g v f = v ，o + g t f 。 因此，爐料碰撞溜槽后，沿溜槽方向的初速度為v ，c o s a p ，其中，a v 為布第f 種爐料( 焦 或礦) 第- ，圈時(shí)的溜槽傾角。 o 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文第三章爐料的分布模型 i i 第三章爐料的分布模型 3 1爐料在爐喉內(nèi)的堆角 自然堆角：指散粒體從一定高度自然連續(xù)下落到平面上，所堆積成的錐體的母線與底平面的 夾角，也稱為自然休止角。 假設(shè)爐料在空區(qū)下落過(guò)程中，只受重力作用。隨著研究進(jìn)展，爐料在爐喉內(nèi)的實(shí)際堆角采用 兩種近似描述： ( 1 ) 由于同種爐料在爐中堆尖內(nèi)外堆角相差不大，可近似認(rèn)為相等。也就是說(shuō)，左右兩側(cè)堆 角都近似于爐料的自然堆角( 爐料的自然堆角可以通過(guò)實(shí)測(cè)得到) 。 ( 2 ) 爐料堆尖兩側(cè)的堆角并不相等4 1 ：靠近高爐中心一側(cè)的堆角( 內(nèi)堆角) 接近于爐料的自 然堆角，而靠近爐墻一側(cè)( 外堆角) 由于受爐料的沖擊作用，其堆角比靠近高爐中心一例的堆角 要小些。 本文在研究過(guò)程中，首先采用描述( 1 ) 確定爐料的堆角，建立爐料分布的算法，然后采用描 述( 2 ) ，改進(jìn)算法，進(jìn)一步近似爐料的實(shí)際堆角。 3 2 爐料在爐喉內(nèi)的分布模型 設(shè)爐料f 在第，圈布料后在爐喉內(nèi)的徑向分布對(duì)應(yīng)于圖3 - l 中的f g 廳。其中，爐料i 在 第圈布料對(duì)的初始料面就是第歹一1 圈布料結(jié)束后的形成科面下降到料線位置的料面。 循環(huán)布料就是連續(xù)布若干批料，而布一批料是連續(xù)布圈料，因此，計(jì)算爐料的分布的核 心就是布圈辯的過(guò)程，換句話說(shuō)，計(jì)算爐料在爐喉內(nèi)的分布時(shí)，爐料j 在第，圈布料時(shí)的初始 料面就是第j l 圈布料結(jié)束后的形成料面下降到料線位置時(shí)的料面( f = 2 ，a ，) ，爐料i 在第l 圈布料時(shí)的初始料面為前批爐料布完后形成料面下降到斟線位罨的料砸。因此，整個(gè)布辯的核 心過(guò)程就是已知某個(gè)特定的初始料面，布一圈料的過(guò)程。 爐料的分布模型主要是依據(jù)爐料的體積分布來(lái)建立的，論文將爐料的體積分布分為不考慮螺 線和考慮螺線兩種情況分別進(jìn)行討論和研究。 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文 第三章爐料的分布模型 高爐中心 圖3 - 1爐料在爐喉內(nèi)的分布 3 2 1多環(huán)無(wú)螺線布料體積分布 假設(shè)溜槽傾角改變是瞬時(shí)完成的，或?qū)嶋H生產(chǎn)中，可以通過(guò)工業(yè)控制，在溜槽傾角改變過(guò)程 中，關(guān)閉節(jié)流閥，不向爐內(nèi)布料，直至溜槽旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)角度，打開節(jié)流閥，開始繼續(xù)向爐內(nèi)布料。 此時(shí)，由于不考慮螺線布料，爐料在爐喉內(nèi)關(guān)于高爐中心呈軸對(duì)成分布，因此，即使布科時(shí)每環(huán) 的起始位置不同，也不影響最終料面的形狀。 布料過(guò)程中，由于相同時(shí)問(wèn)內(nèi)通過(guò)導(dǎo)料管的爐料的體積的相同的，因此，布料時(shí)，對(duì)同種爐 料來(lái)說(shuō)，不管溜槽的傾角怎樣發(fā)生變化，每圈向爐內(nèi)布料的體積是相同的。即爐料i 在第，圈所 布料的體積為： 噦= 嘉 協(xié)， v p j n j j 其中，g f 為爐料珀q 批重( 一批爐料的重量) ，n 為妒料f 的堆比重，m 為布料時(shí)爐科f 的總?cè)?數(shù)。 在計(jì)算爐料在爐喉內(nèi)的徑向分布時(shí)，以溜槽懸掛點(diǎn)為原點(diǎn)，高爐中心線為y 軸，垂直于高爐 中心的任意直徑方向?yàn)閤 軸( 爐料在爐喉內(nèi)關(guān)于高爐中心呈軸對(duì)成分布，因此，任意直徑方向上 的分布都相同) ，建立平面直角坐標(biāo)系。 爐料f 在第f 圈布料時(shí)。初始料面已知( 第，一1 圈布料結(jié)束后的形成料面下降到料線位置的 料面) ，設(shè)布料后在徑向上的分布為封閉的多邊形e f g h ( 圍3 一i ) 。 假設(shè)堆失處( e ) 爐料的下落高度為h g ，則由2 4 4 ，點(diǎn)e ( x f ，y f ) 可表示為： 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文第三章爐科的分布模型 0 2 1 2 一) ，； y f = 一( l c o s a ”+ h os i n 口+ h , j ) 舯t = 譬( 何贏麗- - v v c o s 2 0 ) 。 ( 3 - 2 ) 設(shè)e 點(diǎn)左右側(cè)的堆角( 左側(cè)堆角：e f 和軸的夾角，右側(cè)堆角：e h 和x 軸的夾角) 分 別為z 乙，和成，：由初始料面已知，即點(diǎn)g ( x y g ) 已知，且g 左、右側(cè)的料面的斜率t 。，和r 。 己知，從而點(diǎn)f ( x ，兒) 為和點(diǎn)h ( x ，y h ) 可表示為： y yh y g 七k 。| x g t a n p t xe 。，一t a n 盧0( 3 3 ) 【y f = k o u t ( k 一) + y n ivj ，f y g + k a x o + 詛n 屈n 石f “k 。+ t a n 鳳( 3 4 ) 【y h = k 。( x 一x g ) + y ( j 爐料i 在第j 圈布料的體積也就是e f g h 繞高爐中心旋轉(zhuǎn)3 6 0 度的旋轉(zhuǎn)體的體積為： k ( ，) = f 7x ( _ ( x ) 一 ( x ) ) 捌口 ( 3 _ 5 ) 其中，；( x ) 為新布的料在爐喉中形成的新的料面，f a x ) 為初始料面上被，( x ) 覆蓋的料面。 例如，圖3 - l 中，具體為 脅) = t a n t a t l f l o 以, ( x ( ，- 飛x e ) ) + + y ：, x fs - x x 蘭 - 。x 。，： 脅，= 像饕麓：芝蓁乏 令嘭”= k ( ) ，便可反推計(jì)算出h 。，從而可計(jì)算出布料后更新的料面f e h 。 3 2 2 多環(huán)有螺線布料體積分布 在多環(huán)布料過(guò)程中，溜槽傾角是連續(xù)變化的，而不是瞬間改變，因此。溜槽傾角發(fā)生改變時(shí)， 就會(huì)發(fā)生螺線布料過(guò)程，爐料在爐喉內(nèi)的分布將不是關(guān)于高爐中心對(duì)稱，于是計(jì)算爐料在爐喉內(nèi) 的分布就需要計(jì)算爐料在各個(gè)直徑方向上的分布( 截面圖) 。通過(guò)分析，需要把爐料在爐喉內(nèi)的 分布細(xì)分到溜槽旋轉(zhuǎn)a t ( 秒) ( 或a 0 ( r a d ) ) 的體積。 爐料f 在第，圈布料時(shí)，溜槽旋轉(zhuǎn)到口時(shí)爐料的徑向分布如圖3 - 1 所示，于是，溜槽旋轉(zhuǎn)了f ( 秒) ( 或a 0 ( r a d ) ) 所布的料的體積為： 巡- - 芝壁墊i l i 。1 耋章鑒些i 彗簍竺 一曼曼曼曼釜二。 掣= 是篆 瀅e ， 或 v j z ) - m g , a 云o ( 3 一) 于是，考慮螺線布料后，爐料，在第，圈所布料后形成的料面不再是關(guān)于高爐中心軸對(duì)稱分 布。如圖3 一l ，對(duì)應(yīng)溜槽旋轉(zhuǎn)到0 時(shí)爐料在爐喉內(nèi)的徑向分布( 截面) ，則溜槽旋轉(zhuǎn)了a o 后， 當(dāng)穢足夠小( 占一0 ) 時(shí)，可以近似認(rèn)為妒辯在舊，0 + , 5 0 1 區(qū)間內(nèi)的分布截面保持不變。 假設(shè)溜槽旋轉(zhuǎn)到曰布料形成的堆尖處( e ) 爐料的下落高度為h 。則點(diǎn)e 、f 和h 的坐 標(biāo)均可用囊，表示( 如3 ，2 i 所述) 。于是，溜槽從護(hù)旋轉(zhuǎn)到護(hù)+ a o 所布的料的體積為： ( ) = f “8f 8 x ( _ ( z ) 一f 2 ( x ) ) d x d o ( 3 - 8 ) 其中，；o ) 為新布的料在爐喉中形成的新的料面 ( x ) 為初始料面上被 ( j ) 覆蓋的料面。 令j 2 = ( 。) ，反推計(jì)算出h ，就可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于溜槽旋轉(zhuǎn)到萬(wàn)時(shí)的徑向新的料面 f e h 。 3 3 妒料分布模型的算法 布料制度，就是布焦和布礦時(shí)溜槽的傾角( 多環(huán)布料中有多個(gè)檔位) 、每個(gè)溜槽傾角對(duì)應(yīng)的 布料圈數(shù)以及焦和礦的批重。例如：表3 - i 所示就是一種布料制度。 一 墨! ：! 孌登型壁二 j 型! 些堡塑墮墼生些里! 查! 苧竺! ：墨塑鬯塑笙絲重! 1 4 i 3 8 3 6 3 3 3 0 2 9 3 2 2 9 4 5 1 3 2 3