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气象站罩布料-[优质文档]无钟布料过程中焦炭坍塌气象的模型研究

发布日期:2021-10-17 14:57:59 点击:

毕学工(武汉科技大学冶金工程系) 摘要运用土力学边坡稳定理论,开发了无钟布料过程中焦炭坍塌现象的数学模型,并讨论了影响焦炭层坍塌 程度的各种因素。将模拟结果与实测结果进行比较,两者基本吻合,证明此模型是适用的。 关键词 高炉、l无钟炉顶0布料 焦炭坍塌 数学模型 1前言炉料在炉顶的分布状况对炉内煤气流分布,化学反应及传质、传热过程有重大的影响。关于布料的模拟 模型已有许多论文发表,这些布料模型都尽量多地考虑了各种因素对布料的影响。虽然其中有一些模型已 经考虑了布料过程中焦炭层的坍塌现象,即向焦炭层上装入矿石时,焦炭层的料面形状由于矿石的载荷作用 而受到破坏,从而使高炉径向矿焦比的分布发生改变的现象,但是它们所得出的结论大都依赖于特定装料条 件下的实测结果,对于焦炭坍塌量的多少以及焦炭坍塌对高炉径向矿焦比分布的影响等问题意见不一,对焦 炭坍塌现象的认识还停留在定性的阶段,对其机理的研究进行得很少。为了进一步提高喷煤量,同时要保证 高炉顺行、高产,对炉顶布料的精度理应提出更高的要求,因此有必要对焦炭坍塌现象做量化分析。 2数学模型的思考方法和建立 2.1思考方法 建立模型之前,先作了以下几个假设: (1)装入的矿石总量由许多单位量(即无钟炉顶旋转溜槽每圈布料量)组成;(2)焦炭层的临界安全系数 (不发生坍塌时的最小安全系数)为1; (3)多环布料时,各个落点处的焦炭层坍塌与否可以单独进行分析,而无须考虑它们之间的相互影响。

模型建立的第一步,通过分析炉料在无钟炉顶设备中的运动来建立炉料运动方程,然后由料流轨迹线 (主料流线)与炉内堆积的炉料表面的交点来确定炉料落点ilj。模型建立的第二步,计算落点处每单位量的 料层堆积宽度,然后计算焦炭层上的载荷分布。模型建立的第三步,首先找出代表焦炭层在载荷作用下最小 安全系数的滑动圆弧面,当最小安全系数小于临界安全系数时,计算焦炭层在圆弧面上发生坍塌并沿圆弧面 的某一切面滑向高炉中心的塌落量,然后修正滑面的最终位置,使得在炉子中心的焦炭堆积量等于焦炭塌落 量。第四步,计算坍塌后的焦炭层辩面形状,确定高炉径向矿焦比的分布。 2.2确定焦炭层滑动圆弧面的方法 当矿石在焦炭层表面堆积时,焦炭层在矿石载荷的作用下是否发生坍塌及坍塌的程度可由边坡稳定理 论来分析。边坡稳定理论E2]认为土体或岩体边坡发生圆弧形破坏的条件是单个颗粒与边坡尺寸相比是极 其小以及颗粒之间不相互咬合。因为高炉中的焦炭料层基本符合这些条件,所以按照圆弧形破坏来描述焦 炭层发生坍塌的现象是合适的。 分析边坡稳定性有条分法、摩擦圆法、概率论方法等,而圆弧形破坏的边坡稳定性计算较常采用条分法 (如图”。 其具体做法是:不计两侧阻力,在假定滑弧位置后,将滑体垂直分为若干条,条宽可取滑弧半径的1/lO ~l/20气象站罩布料,或根据实际结构确定,则: 式中K。

~滑体的安全系数;Ci~分条块底面的粘聚力(焦炭的粘聚力为0),N; L。一分条块底面的弧长,m; 能一分条块的内摩擦角,。; Q,~分条块的重力; 既一分条块底面的正压力Ni与重力Qi的夹角,。。23 矿石载荷分布 滑动圆弧爵上所受载荷包括矿石载荷和焦炭载荷两部分。 图1条块分析法 根据奥野嘉雄等人…的模型实验结果,矿石在落点处堆积宽度内的料层呈凸面形状,凸面的形状由下 式表示: 12(CO蹲+1)/2 式中q一无因次高度(落点位置上的堆积层高度为1);D一落点处的料层宽度,nl; x一距高炉中心的距离,rn; xp~高炉中心到主流线位置问的距离,m。 将每单位量的矿石沿径向每隔0.01m分成D/0.01个同心环形薄片,由式(2)可计算出焦炭层上单位矿 石量的载荷分布,从而可计算出滑动圆弧区域内的矿石载荷。 与处理矿石载荷类似,将圆弧区域内的焦炭沿径向每隔0.01m分成n个同心环形薄片,其中n的数目 与滑动圆弧的选取有关。计算n个同心环形薄片的重量即可确定焦炭的载荷分布。 3焦炭层料面形状的变化由图2所示的格形图进行试算,以矿石落点为起点,沿右上方按0.01m的横、纵间隔确定格形图,再以 每个节点为圆心,计算相对每个圆心的圆弧的安全系数,找出代表最小安全系数的节点。

如果最小安全系数 大于临界安全系数,认为焦炭层不坍塌,料面形状不变,否则最小安全系数所代表的圆弧即为滑动圆弧面。 如果焦炭层在载荷作用下发生坍塌,则圆弧内的焦炭沿着某一滑动面向下滑动,最后堆积在高炉中心。 通过反复迭代计算使塌落量和堆积景的相对误差不小于10。3以确定滑动面的最终位置。 多环布料时,由于矿石落点不同,焦炭在几个不同位置上可能都会发生坍塌,又由于坍塌发生的时间不同而彼 此相互影响,这就使模型处理变得很复杂。为了简便起见,模型忽略几个不同位置上焦炭坍塌之间的影响,分别计 算每个落点位置上可能产生的滑动圆弧面,然后将不同落点处所产生的滑动圆弧面通过拟合得到一个统一的圆弧 面,再按照前述方法计算出一个统一的滑动面,从而得出多环布料时焦炭层坍塌后的料面形状。 3模拟结果及讨论 武钢5号高炉在开炉过程中瞳】,观察并测定了装入烧结矿后焦炭层坍塌的情况。图2的左右两边分别 为实际测定与模型计算的料面形状,其中虚线表示焦炭层坍塌后的料面形状。由图2可见,在烧结矿载荷的 作用下,焦炭层中~定数量的焦炭被挤出并被推向高炉中心,焦炭料面发生了变形,由于坍塌的焦炭在高炉 中心积累并拱起,阻碍了矿石滚向高炉中心,使高炉中心出现无烧结矿现象。

图3中的曲线为模型计算的高炉矿焦比径向分布,其中实线为未考虑焦炭坍塌时的结果,而虚线为考虑 焦炭坍塌时的结果。图3中的几个*状数据点构成了实测的焦炭坍塌后矿焦比分布。由图可知,实线与实 测的矿焦比分布趋势完全不同,而虚线则实测的矿焦比分布趋势基本符合。这充分说明了在布料模型中考 640 虑焦炭坍塌问题的重要意义。焦比分布趋势完全不同,而虚线则实测的矿焦比分布趋势基本符合。这充分说明了在布料模型中考虑焦炭坍塌问题的重要意义。 计算抖画 图2实测和计算的料面形状 焦炭层的坍塌使o/c比在炉墙到中间区升高,而在炉子中心 区降低。焦炭的坍塌程度与矿石落下区附近焦炭层的料面形状 有关,焦炭料面堆角越大,特g口是形成尖倒v形料面时越容易发 生坍塌。由边坡稳定理论可知,凸形焦面的安全系数比凹形焦面 的安全系数小,所以凸形焦炭层的稳定性低,更容易发生坍塌,焦 炭层的坍塌实际上很大程度上取决于焦炭层的料面形状。焦炭 层的坍塌程度还与作用在料面上的载荷大小有关气象站罩布料,因此扩大矿批 和增大煤气流速(提高冶炼强度)也会加大焦炭层的坍塌程度。 可以预计,由于钟式布料的下料时间比无钟布料短,单位时间内 的装料量多.因此焦炭的坍塌量会更大。

焦炭层的坍塌与矿石种 类及矿石配比也有关系,不同矿石由于在焦炭层上的堆积状态、 运动特征各不相同,因此对焦炭层的影响也是不同的。 4结论 图3实测与计算的炉顶矿焦比径向分布 根据理论分析建立了描述无钟布料过程中焦炭坍塌现象的 布料模型,并利用武钢高炉开炉实测结果验证了模型的有效性。模型研究表明: (1)模拟计算结果与实测结果基本吻合,从而证明了在高炉元钟布料模型研究中应用土壤力学边坡稳定 理论是可行的; (2)布料中焦炭的坍塌对高炉边缘和中心的矿焦比分布产生了明显的影响,因此必须在无钟布料模型中 考虑焦炭层坍塌现象对炉料分布的影响。 (3)焦炭层的坍塌程度受到布料方式、焦炭层的料面形状、矿石种类及配比、矿石批重和煤气流速等因素 的影响,因此随着炉况变化,焦炭层的坍塌状况也随之发生变化; (4)焦炭层的坍塌有利于压制边缘气流和发展中心气流,在实际高炉生产中,应该根据操作经验和试验 控制合理的焦炭层坍塌量。 参考文献 1)陈令坤,武钢新3号高炉无钟布料料面预测模型的开发,硕士论文,武汉科技大学内部资料,1993 2)HoekE,BrayJw,岩石边坡工程,北京:冶金工业出版社,1983 3)奥野嘉雄等,K儿p天装入法I.扫”弓装人物分布推定乇尹儿力开发,铁E钢,1987(1):91 641 无钟布料过程中焦炭坍塌现象的模型研究作者: 毕学工作者单位: 武汉科技大学冶金工程系 被引用次数:

关键词: Tag: 焦炭 矿石 安全系数

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