无料钟布料分布模型在莱钢3200m3高炉的应用

丁利生，刘建华，李传瑾

(山东钢铁集团莱芜分公司，山东莱芜 271104)

1 引言

在高炉冶炼生产中，炉料分布和结构决定着炉料的下降情况、煤气流的分布和软熔带的位置和形状。因此，确定高炉炉料的分布情况对高炉的低耗、顺产有着非常重要的意义。在莱钢传统的高炉操作中只是凭借着高炉冶炼理论、探尺所探料面的数据，结合生产操作经验估计炉内炉料的分布情况，没有确切的数据为依据，所得到的炉料分布情况与实际有着一定的差距，不能真实地反映炉料分布情况。为了克服上述的缺点，一些炉料分布检测设备研制并应用到高炉生产中，国内宝钢2200 m3高炉采用了微波技术检测高炉料面，但是检测设备设计复杂，价格昂贵，使用条件要求比较高，在高炉生产中没有得到广泛的应用。本文依据高炉布料模型的原理，结合莱钢3200 m3生产经验，借助计算机技术实现适合莱钢3200 m3特性的无料钟炉料分布模型。

2 无料钟布料分布模型的建立

高炉布料实质上是炉料的整个运动过程，溜槽与Z轴构成溜槽倾动角α，与水平线成角β，并以ω的角速度绕Z轴做圆周运动，炉料由料流阀以C0排出，进入溜槽沿溜槽方向的初速度为C0，炉料在溜槽某点的速度为C(m/s)，炉料到达溜槽末端的速度是C1(m/s)，炉料离开溜槽后受自身重力和煤气阻力的作用（在炉料直径较小的情况下，煤气阻力可以忽略[1]）在炉喉工作区内继续运动，直至落入原始料面上。炉料在溜槽上所受的力如图1所示。

2.1 溜槽末端速度C0

根据图1受力分析所示，在溜槽上沿溜槽方向炉料受力情况和运动规律可列方程组如下：

图1 炉料在溜槽上的受力分析

上式中：g为重力加速度，m/s2

l为炉料在溜槽上运动的距离，m

t为炉料运动的时间，s

m为一块炉料质量 kg

μ为炉料与溜槽的摩擦系数

经过计算可得：

以l0表示溜槽长度，对上式两边积分，得

经过化简可以得出溜槽末端的速度

通过实际的生产数据可以得出，炉料落入溜槽的初始速度C0比离开溜槽末端速度C1小一个数量级[2]，可以忽略不计，则

2.2 炉料离开溜槽后的运动分析

炉料离开溜槽后，在高炉内除受重力作用外，还受到上升煤气的阻力作用。设上升煤气阻力为P，根据流体力学原理可得：

式中 k：阻力系数；γ：气体密度，kg/m3；s：炉料最大横截面积，m2；v：煤气速度，m/s；g：重力加速度，m/s2。

设料线深度为h，炉料离开溜槽到料面的时间为t2，在空区沿x方向移动Lx米，在料面xy平面上以z轴为圆心，环形布料炉料落到xy平面的半径为n。根据图2数学推理可得：

图2 炉料在xy平面上的分布

Lx是炉料离开溜槽末端在xy平面上x方向的投影；n是炉料落到xy平面后距离高炉中心的实际距离，炉料在炉喉内分布的具体位置。

2.3 适用于莱钢3200m3高炉的计算公式

在莱钢3200 m3高炉溜槽设备跟上面分析的溜槽有一定的差别，差别主要是溜槽倾动轴比溜槽地面高出e(m)，炉料流过溜槽的长度lβ随β角的变化而变化，炉料通过溜槽的长度与l0值有以下关系：

lβ=l0-etanβ

式中 ：lβ为炉料通过溜槽的实际长度，m；

e为溜槽倾动轴到溜槽地面的垂直距离，m；由此可以整理出物料出溜槽末端时的速度[3]：

炉料分布n和Lx分别为

3 布料分布模型计算机语言的实现

上面已经讨论了无料钟布料分布模型的原理，在这里我们要用计算机语言实现布料分布模型。本模型开发选用计算机Visual Basic 6.0高级语言，在编写程序的时候尽量使程序简单化，实现模型地高效性。

布料分布模型主要是由用户输入界面、参数预处理、模型计算和预测结果输出几个部分组成。在用户输入界面用于接收用户输入的摩擦系数、溜槽长度、溜槽倾动距、溜槽转速和料线高差等数据；当用户把参数填入后程序会自动进行处理判断参数输入的合理性，如不合理会提醒用户重新输入；当用户点击参数输入界面上的运行按钮后，程序会根据上述计算模型计算炉料分布；当计算完毕后会输出一个炉料分布情况表格，供工长操作高炉使用。并且该模型程序的编写只用到Windows的公用资源，所以在模型开发完后可以生成.exe可执行文件在Windows环境下运行，布料分布模型参数界面如图3所示。

图3 布料分布模型参数界面

4 布料分布模型在莱钢3200m3高炉上的应用

高炉溜槽的衬板主要由铁衬板或者钢衬板构成，对于铁衬板溜槽摩擦系数μ=0.543，而钢衬板溜槽摩擦系数μ=0.33。莱钢3200 m3高炉布料溜槽使用的是铁衬板，所以在溜槽摩擦系数取μ=0.543[4]。根据实际测量高炉溜槽的倾动距e=0.8；溜槽转速ω=0.13；料线高差h2=1.1；溜槽长度l0=4.5。

把上述的参数填入，点击模型界面的运行和打印按钮，设计的模型根据输入的参数计算出高炉布料分布如图4所示。

高炉工长可以根据图4计算出的炉料布料分布来调节高炉布料，调整高炉的炉况保证高炉顺行。

图4 炉料分布模型计算结果

5 结论

本文将理论和实际相结合，并运用计算机技术建立起无料钟布料分布模型，在莱钢3200 m3高炉得到成功的应用。利用高炉开炉的数据准确确定布料分布模型的参数，确保该模型能真实反映炉料布料时的分布，为工长分析和控制高炉炉料在炉内的分布提供了重要的依据，从而提高了透气性指数，降低了焦比，保证了高炉的顺行。

[1]陈令坤,于仲洁,周曼丽.高炉布料数学模型的开发及应用[J].钢铁,2006,11(40):13-16

[2]吴敏,田超,曹卫华.无料钟高炉布料模型的研究与应用[J].控制工程,2006,9(13):490-493

[3]经文波,谈云兰.无料钟布料数学模型在南钢高炉布料中的应用[J].江西冶金,2006,10(26):9-12

[4]北京有色冶金设计院等.金属矿山采矿设备设计[M].北京:冶金工业出版社,1977:8