高炉离散元素法加料模式的建立与应用-

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1、高爐離散元素法加料模式的建立與應用*何忠根1■杜憲文1■周奇生2■童哲雄3*為九十九年十月七日中國鑛冶工程學會九十九年年會宣讀之論文中國鋼鐵公司　鋼鐵研究發展處1研究員煉鐵廠高爐二場高爐三課2課長　煉鐵廠高爐一場高爐二課3工程師中鋼高爐加料系統為無鐘型加料系統，即將焦炭和礦石依序交互加入爐內，並藉由改變旋轉佈料槽的角度和圈數，以控制爐內礦焦比分佈，進而控制氣流分佈和爐壁熱負荷。料層分佈是影響高爐產率、燃料率、爐代壽命等最關鍵的因素。為了解高爐加料過程，乃使用離散元素法模擬原料從爐頂料倉，經佈料槽到爐內的料流軌跡及

2、焦炭和礦石分別抵達料面的堆積過程。經比較得知離散元素法模擬的料流軌跡與雷射網格法測量的結果相當。又依據填充調查雷射測距法測量的料面形狀，選定縮小尺寸的粒子參數，而後可以進行模擬比較不同高爐加料條件下的礦焦比分佈，以作為調整佈角的依據。此外，也模擬2號高爐有、無中心加焦及不同礦焦比對礦焦比分佈的影響，協助中心加焦成功，並提高產率及降低焦炭率。關鍵詞：離散元素法、無鐘型加料系統、佈料槽、中心加焦Thebell-lesschargingsystemsareinstalledatblastfurnaces(BF)ofCh

3、inaSteelCorporation.TheoreandcokearealternativelychargedintoBFviarotatingchute'sofvaryingangleandrotationratetocontrolO/Cdistribution,gasflowdistributionandheatload.BurdendistributionistheoneofkeyfactorsaffectingBFproductivity,fuelrateandcampaignlife.Tomodelt

4、hechargingprocess,adiscreteelementmethod(DEM)wasused.Themodelsimulatedthefallingtrajectoryfrombunker,chutetofurnaceandaccumulatingprocessafteroreandcokearrivingatburdensurface.Comparedwithlasermeterandlaserframemeasurementmethods,thesimulatedfallingtrajectory

5、byDEMisacceptable.Toreducethecomputingtime,ascale-downsimulationofO/Cdistributionisnecessary.Theparticleparameterswithscale-downweredeterminedbasedonthemeasuredburdensurfacewithlasermeterduringfillinginvestigation.Itishelpfultooperatorsasareferencetoadjustthe

6、chuteangles.ThesimulationtechniquewasusedatNo.2BFtoassesstheeffectofO/Cdistributionwith/withoutcentercokecharginganddifferentO/C.Ithasfaciliatedasuccessfulcentercokecharging,reducedthecokerate,andincreasedtheproductivity.Keywords:Discreteelementmethod、Bell-le

7、sschargingsystem、Chute、Centercokecharging壹、前　言高爐煉鐵是將焦炭和含鐵原料粒子從爐頂依次加入爐內，並使用高溫熱風從鼓風管經由鼓風嘴噴入爐內，燃燒風徑區的焦炭粒子，其產生的高溫還原氣體向上流動，將含鐵原料加熱、還原、軟化、熔融成鐵水，而後從焦炭間隙中滴下，累積於充滿焦炭的爐床中。待一定時間，將出鐵口以鑽孔機打開，鐵水受高壓爐氣推送排出至主流道，經擋渣板流到魚雷車中。經出鐵一段時間後，見爐氣排出時，以堵泥機將出鐵口封閉。離散元素法，DEM(DiscreteElementMe

8、thod)係使用“牛頓第二定律”和“粒子接觸力和位移定律(force-displacementlawatthecontacts)”而建立以模擬粒子相互運動的方法。已廣泛應用於各個領域，如：沙堆、料倉中固體流動、固體粒子自然堆積等。此理論單純，但計算需逐步進行，故計算時間間隔需相當小，同時每次需計算所有的粒子，故計算相當耗時，使得其應用發展受到限制。由於高爐爐內是由大小不一