爐料在溜槽上的運(yùn)動(dòng)分析

1、爐料在溜槽上的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械裝備及設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)l1高爐無(wú)料鐘布料器等高度螺旋布料控制模型的研究班級(jí)：機(jī)械裝備1班學(xué)號(hào):100101010281姓名：高佳星第1頁(yè)目錄摘要33461、爐料進(jìn)入溜槽677（一）項(xiàng)冃參考參數(shù)（二）閘閥開(kāi)口度（落料面積）的計(jì)算（三）爐料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律初速度vo的確定2、爐料落到溜槽上后速度的確定3、爐料在溜槽上的運(yùn)動(dòng)分析4、爐料在空區(qū)的運(yùn)動(dòng)分析9（四）等高度布料螺旋線10（五）參考文獻(xiàn)13第2頁(yè)摘要裝料制度是高爐重要的基木操作制度它與下部調(diào)劑制度相結(jié)合，決定著高爐內(nèi)煤氣的分布和利用水平。在一定的原料和設(shè)備條件下，與熱制度、造渣制度組成鬲爐穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽的必

2、耍和充分條件。當(dāng)前，我國(guó)容積在500m以上 的咼爐基本3采用無(wú)鐘爐頂。300500m的高爐也大部分采用此種裝料設(shè)備。因此，研究無(wú)料鐘爐 頂?shù)牟剂弦?guī)律，對(duì)進(jìn)一步改善高爐的運(yùn)行狀況，提高高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，有著重要意義。無(wú)料鐘爐頂冇如下優(yōu)點(diǎn)。爐喉布料曲一個(gè)質(zhì)量較輕的旋轉(zhuǎn)溜槽來(lái)進(jìn)行。曲于該溜槽可以 作圓周方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，乂能改變角度，能夠?qū)崿F(xiàn)爐喉最理想的布料，并且操作靈活，能 滿足高爐布料和爐頂調(diào)劑的耍求。由于取消了人鐘、大料斗和舊式旋轉(zhuǎn)布料器等笨重而又 要精密加工的零件，比較徹底地解決了制造、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)更換等問(wèn)題。爐頂有兩層 密封閥，冃不受原料的摩擦和磨損，壽命較長(zhǎng)；閥和閥座的重量和尺寸較小

3、，對(duì)以整體更 換也可以單獨(dú)史換某個(gè)零件（如耐熱硅橡膠圈），檢修比較方便。爐頂結(jié)構(gòu)人大簡(jiǎn)化，部 件的重量減輕，爐頂?shù)陌惭b小車起重量出120t縮小到40t,減輕了爐頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)，降低了 爐頂?shù)目偢叨?。整個(gè)爐頂設(shè)備的投資減少到雙鐘雙閥或雙鐘四閥爐頂?shù)?0-60%o當(dāng)然，無(wú)料鐘也有某些缺點(diǎn)。h前耐熱硅橡膠的容許工作溫度為250-300°c。而國(guó)內(nèi)熱 燒結(jié)礦裝爐的高爐，爐喉溫度往往達(dá)到400-500°co對(duì)國(guó)內(nèi)爐頂溫度較高的高爐，可把密 封軟朋的金屬通水冷卻，橡膠表血吹冷卻氣冷卻，仍然可以保證耐熱橡膠在允許的溫度范 圍內(nèi)工作。另外，也町以采用硬封或軟硬封相結(jié)合的結(jié)構(gòu)來(lái)代替軟封。隨著高爐

4、人型化及無(wú)鐘爐頂?shù)钠占?，影響高爐布料的兇索很多。其中爐料的下落高度利 下落速度增大，由爐料自身下落速度產(chǎn)生的潛體阻力不可忽略,特別是小粒度的爐料所受的 潛體阻力已與爐料所受重力接近，對(duì)爐料落到料面的位置和粒度偏析產(chǎn)牛:一處的影響。因 此無(wú)鐘爐頂布料工藝參數(shù)選擇是否合適，直接影響高爐順行根據(jù)機(jī)械裝備課程安排，本文研究了爐料從閘閥下落，在溜槽和空區(qū)的各自運(yùn)動(dòng)情況。 推導(dǎo)出閘閥開(kāi)口度（落料面積）的計(jì)算公式，并結(jié)合螺旋布料定義,推導(dǎo)出螺旋布料時(shí)溜 槽傾角變化規(guī)律必須滿足的方程及探究溜槽的傾動(dòng)規(guī)律，建立等高度布料螺旋線。關(guān)鍵詞高爐無(wú)鐘布料器；螺旋布料；爐料運(yùn)動(dòng)規(guī)律；溜槽傾動(dòng)規(guī)律3一、項(xiàng)目參考參數(shù)項(xiàng)目:已

5、知高爐有效容積2580m,料罐的有效容積55m，溜槽轉(zhuǎn)速8rmin,布10圈料。 其他參數(shù)見(jiàn)圖完成內(nèi)容：1. 閥口的開(kāi)口度2.爐料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.等高度布料螺旋線4溜槽的傾動(dòng)規(guī)律二、閘閥開(kāi)口度（落料而積）的計(jì)算第3頁(yè)33無(wú)料鐘爐頂基木參數(shù)計(jì)算如下第4頁(yè)表中：l假定半i以i形排料時(shí)的周邊長(zhǎng)度，m；f假定半圖形排料時(shí)閘閥的開(kāi)口而積,m； ra閘閥口的水力半徑，m； v原料出口最小截面流速，m/s； q排料率，m/s； v料罐容積，m； t每次布料時(shí)間，s；出料口軸心線與水平而z間的夾角；g重力加速度，m/s。33232題目給定溜槽轉(zhuǎn)速8r/min,布料圈數(shù)10,料罐容積55m時(shí),可求得60n6010

6、二 75s, n8v55料流量q 0. 733m3/s,t75落料時(shí)間t0料罐出口速度：v00 sin 90焦炭： 0.6v00 1.31 礦料： lvoo 2. 19由f q22,可得落料面積即為閘閥的開(kāi)口度:焦炭：f=0. 56m礦料：f=0. 33m v00第5頁(yè)爐料在煤氣屮的潛體阻力料流是由一個(gè)單元離散體組成的。每一塊料所受的潛 體阻力的大小不僅與爐喉內(nèi)煤氣速度有關(guān)，也與塊料自身速度有關(guān)。每塊料的潛體阻力e 的計(jì)算方法為if cda (v va)2 (1) 2式中cd阻力因數(shù)，一般取cd二0. 6； a 每塊料最大橫斷面積/ m2;爐喉內(nèi)煤氣密度/ kgm- 3 ;v每塊料自身卜落速度

7、/ ms- 1;va 爐喉內(nèi)煤氣速度/ ms- 1。為了方便計(jì)算，令c 1cda ,則(1)式變?yōu)?f c(v va)2o 2三、爐料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律爐料在爐喉內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分為三部分：爐料從節(jié)流閥(閘閥)流岀到溜椚的運(yùn)動(dòng)；爐料在溜 槽上的運(yùn)動(dòng)；從溜槽末端到爐喉料面的空區(qū)的運(yùn)動(dòng)。1、爐料進(jìn)入溜槽初速度v()的確定爐料從閘閥流出，落到溜槽上，在此過(guò)程屮，爐料受到重力（mg）和潛體阻力f的作 用，剛2下落時(shí)，初速度va 0,則f cv,有下面的微分方程mvdv （2）, mg c2vdh対（2）變形積分得 voovviidv odh （3） c2g vm（3）式屮voo是爐料從節(jié)流閥流出時(shí)的平均速度，由下式確

8、定voo sin式中 爐料的流動(dòng)系數(shù)，一般 二0.3508；ra閘閥的水力半徑，raf閘閥的開(kāi)口面積，m； l閘閥開(kāi)口的周邊長(zhǎng)度，m； 21/ , m;節(jié)流閥開(kāi)口中心線與水平而夾角，并罐無(wú)鐘爐頂50o,串罐無(wú)鐘爐頂90o；第6頁(yè)2ch mgmc2 解（3）式得 v （g v002） em ccm（4）式是爐料下落速度與下落高度的關(guān)系式。將h ho從閘閥流出到溜槽z前速度v0o代入上式即是爐料2、爐料落到溜槽上后速度的確定爐料在落到溜槽上后受到溜槽沖擊，速度的人小和方向都會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于爐料流屮每 一質(zhì)點(diǎn)，碰撞是多次的，方向也各不相同，但都會(huì)因外摩擦沖量或內(nèi)摩擦沖量而減小其運(yùn) 行速度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可

9、測(cè)得特定條件下的速度折算因數(shù)1 （一般焦炭1=0.7,燒結(jié)礦1=0.71）,故爐料落到溜槽z前的速度為v0,落到溜槽上后為vo lvoo3、爐料在溜椚上的運(yùn)動(dòng)分析將爐料在溜槽上的運(yùn)動(dòng)分解成三個(gè)運(yùn)動(dòng)：兩個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)和一個(gè)勻加速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)時(shí)爐料 受力：溜槽的支持力n、爐料與溜槽的摩擦力ff和重力g的作用。爐料在溜槽上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，忽略潛體阻力對(duì)爐料的影響。a. 沿溜槽下滑的勻加速運(yùn)動(dòng)。受力分析如圖mal geos gsin爐料在溜槽上運(yùn)動(dòng)到底部時(shí)vl vo 2all所以爐料運(yùn)動(dòng)到溜槽末端時(shí)的速度為22vl vo 2all vo 2lg (cos sin )b. 隨溜槽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)第7頁(yè)222yv2 2

10、 nlsin 22c. 爐料隨溜槽繞溜槽耳軸的関周運(yùn)動(dòng)。mv3l gsin2 gsin cos 2所以爐料離開(kāi)溜槽是的速度為22y v3 lg( sin sin cos )綜上所述可得爐料流出溜槽時(shí)的速度v vl v2 v3,即：2v 2gl(cos sin )(2n lsin )2 lg( sin2 sin cos ) vo 2222 第8頁(yè)4、爐料在空區(qū)的運(yùn)動(dòng)分析從溜槽末端下緣起，到料面間的高爐空間叫空區(qū)。爐料離開(kāi)溜槽后落入空區(qū)，受重力 mg和潛體阻力p作用。假設(shè)潛體阻力p的作用方向與爐料離開(kāi)溜槽末端時(shí)的速度門方向 相反，口方向不變。則爐料所受水平方向分力fy'大小為：fy'

11、; pcos cvlcos爐料所受垂直方向分力fz'大小為：f/ mg cvlsin 22cvl2cos對(duì)應(yīng)于fy'和fz'的加速度分別為：ay* (6) mcvl2sin az* g (7) m爐料運(yùn)動(dòng)在坐標(biāo)軸上的投影方程式為cvl2cos 2s vlcost (8) 2mcvl2sin 21h vlsin t (g )t (9) 2m式中t爐料通過(guò)空區(qū)所需時(shí)間，s；h爐料在空區(qū)下降髙度，m；h ho (bsin locos )(10)聯(lián)立式(7)利式(8),解得cvl2cos 2s vlcos 112mg gmm式中 arctan由溜槽旋轉(zhuǎn)中心0到爐料落點(diǎn)p的水平距

12、離r為第9頁(yè)r式屮 arctan vl,爐料落點(diǎn)p比離開(kāi)溜槽端點(diǎn)時(shí)要朝前()角，這是與溜槽靜止時(shí)v2sin-與鐘式布料的根木區(qū)別。四，等高度布料螺旋線為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定爐料離開(kāi)溜槽后的運(yùn)動(dòng)軌跡為溜椚底面的延長(zhǎng)線。溜椚單位時(shí)間的 下料量或每一圈的下料量為一常數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)等高度布料，每一圈所布的環(huán)形面積應(yīng)該和 等，即：so r2n式中，s0布料器每轉(zhuǎn)-圈所布下的料覆蓋的環(huán)形區(qū)域的面積；r爐喉半徑；n每次布料的布料圈數(shù)。第i環(huán)的而積可以用下式表示：s0 2 rimdi式中，rim第i環(huán)的平均半徑；di第i環(huán)的寬度。r2以上兩式聯(lián)立得，r 2ndimir2di m2nri 推出這樣可以看出，第i環(huán)的圓

13、環(huán)寬度di與該環(huán)離高爐屮心的距離ri成反比，也就是說(shuō)， 越靠近爐墻環(huán)的密度越大。為了計(jì)算每壞的外半徑ri,可以利用公式niso r2n ri21因此得到:ri ri n第10頁(yè)即第i環(huán)的外半徑的平方與i z間的關(guān)系是線性關(guān)系。利用上式對(duì)以求出第i環(huán)的平均 半徑為：rim ri ri 1r ni n(i 1)1=205 (i 1) 22nrim就是等高度布料的螺旋線。五、溜槽的傾動(dòng)規(guī)律螺旋布料的冃的是使單位面枳內(nèi)所布的料量相等。從文獻(xiàn)可知，溜槽傾角 越大，越加重邊緣，這是因?yàn)?角較大，料口處的凹轉(zhuǎn)半徑越 打，爐料離開(kāi)溜槽末端的半徑也就越大，使?fàn)t料更假靠近邊緣，但如果 角太大，則因 加大使?fàn)t料燕劉

14、擦下行的速度大大降低，導(dǎo)致料流不暢。越降低料線，不同角度時(shí)爐料落點(diǎn)越靠近邊緣，爐料越加重邊緣。這事由于爐料從溜槽 流mri til的軌跡為近似拋物線，所以料線高低對(duì)于料高點(diǎn)位置冇比較人的影響。轉(zhuǎn)速越 大，將使?fàn)t料分布越靠近爐墻，對(duì)不同爐料運(yùn)動(dòng)影響的因素為廃擦系數(shù)，主要影響在溜 槽內(nèi)爐料的運(yùn)動(dòng)上。查資料得知燒結(jié)礦和交談的摩擦系數(shù)的關(guān)系還不能完金確定。螺旋布料時(shí)丿應(yīng)考慮一下幾方面1)使?fàn)t喉能完全被爐料覆蓋。2)最小傾角選取時(shí)，應(yīng)考 慮不能造成爐料的屮心堆積。3)最大傾角選取吋，應(yīng)保證溜槽對(duì)爐料的滑動(dòng)摩擦角小于 溜槽與料而的水平夾角，以保證爐料能順利落下。4)最大傾角應(yīng)小于爐料從溜槽落下時(shí) 與爐墻碰撞的臨界角。rim第11頁(yè)從圖可以看出，溜槽傾角 為：rimtanhl所以rim iii tan (h 112) ta n因?yàn)閔2所以a sinrim (h ahsin a )tan sin cos cos利用下面三個(gè)三角公式：1 t2a) cos 21 tb)b) sin tan2t 1 t22 t可以將上式化簡(jiǎn)為:(rim a)t2 2ht (rim a) 0解這個(gè)方程得到t tah h2(rim) 2a2rim a2ri m