[发明专利]一种任意比例高炉无钟布料模型的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高炉无钟布料模型的设计方法，特别涉及一种任意比例高炉无钟布料模型的设计方法，属于冶金试验技术研究领域。

背景技术

高炉正常操作时处于封闭状态，操作人员无法获得料层结构在径向的分布信息，只能通过数学模型或十字测温枪，径向煤气成分测量，炉顶红外成像等间接手段进行对高炉的调节。因此很多高炉研究人员建立小型实验模型来模拟在设定的布料参数下炉料在实际高炉炉喉径向的分布。但这些模型要么只模拟炉身上部，要么将高炉设备尺寸及各项参数按机械地按一定比例缩小。因此在模型的设计上缺乏系统性和科学性。

发明内容

本发明内容的目的在于提供一种任意比例高炉无钟布料模型的设计方法，该方法从设备尺寸，颗粒，料床，气流的本质方程出发，结合相似性原理，对于任意比例的高炉无钟布料模型，确定相应的原料，布料和送风相关的重要参数，使用本发明方法设计的模型具有系统性和科学性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高炉无钟布料系统的任意比例缩放模型的设计方法，包括如下步骤：

（1）基于实际高炉布料系统及炉体各项设备，按照设定比例S缩小，并制作高炉无钟冷布料实验模型；

（2）从颗粒的粒度分布概率方程，颗粒在溜槽上的运动方程，料床和气体的相互作用方程出发，结合相似性原理，确定高炉无钟布料模型的各项参数；

所述的各项参数包括：

根据实际高炉操作的焦炭和矿石的批重和粒度组成，可以确定实验模型的焦炭和矿石批重，平均粒级及粒度组成，保证粒度分布的相似性；

确定模型旋转溜槽转速以保证实验模型和实际高炉颗粒的料流轨迹相同；

确定模型风量及风压，保证实验模型和实际高炉中气流对料床的作用相同。

下面对本发明方法的步骤做具体说明：

1.确定从实际高炉到实验模型的设备尺寸缩放比例，设该缩放比例为S。

2.确定实验用焦炭和矿石的批重B_C^*,B_O^*，平均粒径D_C^*，D_o^*，以

及粒度组

成R(D_p)^*。按照体积比来确定实验模型批重：B_C^*＝B_C/S³,B_O^*＝B_O/S³，其中B_C表示实际高炉焦炭批重，B_O表示实际高炉矿石批重，B_C^*表示实验模型焦炭批重，BO^*表示实验模型矿石批重。

实验模型粒度组成：根据粒度分布概率方程可以确定实际高炉颗粒的粒度分布图。Dp为对应的颗粒粒径，R(Dp)为该粒径以下的颗粒所占的质量百分比，D50表示占50%对应的颗粒粒径，D15.9表示占15.9%对应的颗粒粒径。式中：

x＝ln(D_p)，μ＝ln(D₅₀)，σ＝lnσ_g，

根据实际操作颗粒的粒度分布图，确定焦炭和矿石的平均直径D_C和D_O。给定焦炭和矿石粒度的缩放因子S₁和S₂。根据缩放因子确定模型中所用焦炭和矿石的平均直径D_C^*＝S₁·D_C和D_O^*＝S₂·D_O，根据粒度分布概率方程，确定模型中焦炭和矿石各个粒级对应的质量百分比。

3.确定旋转溜槽旋转速度ω^*。

颗粒在溜槽上受到重力，离心力，惯性科氏力和摩擦力，因溜槽旋转而产生的炉料与溜槽侧向的摩擦力和溜槽侧向对炉料的作用力，受力方程如下：

m为颗粒质量，为颗粒在溜槽上的加速度，为颗粒在溜槽上受到的重力，为溜槽的旋转角速度，为颗粒离溜槽旋转中心的距离，为颗粒在溜槽上的速度，为颗粒在溜槽上受到的摩擦力。在溜槽速度不高的情况下，颗粒在溜槽上的运动方程可以简写为：