炉料在溜槽上的运动分析

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1、机械装备及设计”课程项目高炉无料钟布料器等高度螺旋布料控制模型的研究班 级：机械装备 2 班学 号：090101010216姓 名：谭博剑摘要 根据老师课程传授的有关高炉冶炼知识以及同行业内无钟炉顶技术资料，本文研究了炉料从闸阀下落，在溜槽和空区的各自运动情况。推导出炉料在料面上的落点半径规律，并结合螺旋布料定义，推导出螺旋布料时溜槽倾角变化规律必须满足的方程。探究溜槽的倾动规律，建立等高度布料螺旋线。关键词 高炉无钟布料器；螺旋布料；炉料运动规律；溜槽倾动规律一、项目参考参数项目：已知高炉有效容积 2580 ，料罐的有效容积 55 ，溜槽转速 8 ，布 10 圈料。3m3minr其他参数见图

2、二、闸阀开口度（落料面积）的计算无料钟炉顶基本参数计算如下高炉容积（ ）3m料罐直径（ ） (m)2DL( )28DFm2580 1 2.57 0.39(m)aFRL(m/s)0sin3.2avgR( )0Qv3/ms3()V0.11 0.610.855(s)Ntn溜槽转数 n（r/min） 布料圈数75 8 10表中：L假定半圆形排料时的周边长度，m；F假定半圆形排料时闸阀的开口面积， ；2m闸阀口的水力半径，m；aRv原料出口最小截面流速，m/s；Q炉料的流量， ；3/sV料罐容积， ；t每次布料时间， s；出料口轴心线与水平面之间的夹角；g重力加速度， 。2/m题目给定溜槽转速 ，布料圈

3、数 10，料罐容积 55 时，可求得8inr 3m落料时间 = ，60Nt175s料流量 ，35./VQt料罐出口速度： ，其中0sin.2avgR09焦炭： 矿料：0.6101.86由 ，可得落料面积即为闸阀的开口度：焦炭： 矿料：0QFv 210.6Fm220.394Fm炉料在煤气中的潜体阻力料流是由一个单元离散体组成的。每一块料所受的潜体阻力的大小不仅与炉喉内煤气速度有关,也与块料自身速度有关。每块料的潜体阻力F 的计算方法为（1）21()2DAFCv式中 阻力因数，一般取 =0.6；DCA 每块料最大横断面积 / m2; 炉喉内煤气密度/ kg m- 3 ; 每块料自身下落速度/ ms

4、- 1;v 炉喉内煤气速度/ ms- 1。A为了方便计算，令 ，则（1）式变为 。2DC2()AFCv三、炉料的运动规律炉料在炉喉内的运动分为三部分: 炉料从节流阀( 闸阀) 流出到溜槽的运动; 炉料在溜槽上的运动;从溜槽末端到炉喉料面的空区的运动。1、炉料进入溜槽初速度 的确定ov炉料从闸阀流出，落到溜槽上，在此过程中，炉料受到重力（mg）和潜体阻力 的作用，刚F下落时，初速度 ，则 ，有下面的微分方程 （2） 0A2FCvdmgCvH，对（2）变形积分得 （3）002vHdvhgm（3）式中 是炉料从节流阀流出时的平均速度, 由下式确定 0v 0sin.2avgR式中 炉料的流动系数，一般

5、 =0.350.8；闸阀的水力半径， ，m;aRaFRL闸阀的开口面积， ；F2m闸阀开口的周边长度，m ；L节流阀开口中心线与水平面夹角, 并罐无钟炉顶 ，串罐无钟炉顶 50o；90o解（3）式得 220()CHmmgvveC（4）式是炉料下落速度与下落高度的关系式。将 代入上式即是炉0sinb料从闸阀流出到溜槽之前速度 。 0v2、 炉料落到溜槽上后速度的确定炉料在落到溜槽上后受到溜槽冲击，速度的大小和方向都会发生变化，对于炉料流中每一质点, 碰撞是多次的, 方向也各不相同, 但都会因外摩擦冲量或内摩擦冲量而减小其运行速度。通过实验可测得特定条件下的速度折算因数 （一般焦炭 =0.7，烧结

6、矿 =0.71） ，故炉料111落到溜槽之前的速度为 ，落到溜槽上后为 。0v0v3、炉料在溜槽上的运动分析将炉料在溜槽上的运动分解成三个运动：两个圆周运动和一个匀加速运动。运动时炉料受力：溜槽的支持力 N 、炉料与溜槽的摩擦力 和重力 G 的作用。炉料在溜槽上运动时，忽略潜fF体阻力对炉料的影响。A.沿溜槽下滑的匀加速运动。z fFo YG受力分析如图 sinc1Gma炉料在溜槽上运动到底部时所以炉料运动到溜槽末端时的速度为Lv1201 )sin(co20gvaNB.随溜槽做匀速圆周运动z fFo y G炉料做匀速圆周运动的转速为 n，所以炉料做匀速圆周运动的速度 22sinLvC.炉料随溜

7、槽绕溜槽耳轴的圆周运动。zcosisin223GLvm N 所以炉料离开溜槽是的速度为 fFy )cosinsi(223 LgvG综上所述可得炉料流出溜槽时的速度 ，即：2321vv20)cosinsi()sin()sin(co2 vLggLv N 4、炉料在空区的运动分析从溜槽末端下缘起， 到料面间的高炉空间叫空区。炉料离开溜槽后落入空区, 受重力和潜体阻力P作用。假设潜体阻力P的作用方向与炉料离开溜槽末端时的速度 方向相反，mg lv且方向不变。则炉料所受水平方向分力 大小为：yF 2coscslyPCv炉料所受垂直方向分力 大小为：z inlzmg对应于 和 的加速度分别为： (6)yF

8、z 2coslyva(7)2inlzCgm炉料运动在坐标轴上的投影方程式为(8) 22coscosllvSvtt(9)22in1in()ll Chtgtm式中t炉料通过空区所需时间，s；h炉料在空区下降高度，m；（10）00(incos)bL联立式（7）和式（8），解得 2 22 22sin sinsii()sini()coco l lll llll l lCv CvvhgvhgmmS式中 21cosartniv由溜槽旋转中心O到炉料落点P的水平距离r为 220 0()sin()sinco()tatabbSLSLg式中 ，炉料落点P 比离开溜槽端点时要朝前( )角, 这是与溜槽静止12arct

9、nsiv 时与钟式布料的根本区别。三、等高度布料螺旋线炉料在x向和y向的位移： 12sinxHLt、 2sinyHLtV末炉料在料面上的落点半径： coyxRg由于R是关于 2的函数，在布料时，由于溜槽的倾动， 2会连续变化 R值连续 形成螺旋线。四、溜槽的倾动规律螺旋布料的目的是使单位面积内所布的料量相等。从文献可知，溜槽倾角 越大，越加重边缘，这是因为 角较大，料口处的回转半径越打，炉料离开溜槽末端的半径也就越大，使炉料更假靠近边缘，但如果 角太大，则因 加大使炉料燕刘擦下行的速度大大降低，导致料流不畅。越降低料线，不同角度时炉料落点越靠近边缘，炉料越加重边缘。这事由于炉料从溜槽流出的轨迹

10、为近似抛物线，所以料线高低对于料高点位置有比较大的影响。转速越大，将使炉料分布越靠近炉墙，对不同炉料运动影响的因素为摩擦系数 ，主要影响在溜槽内炉料的运动上。查资料得知烧结矿和交谈的摩擦系数的关系还不能完全确定。螺旋布料时应考虑一下几方面1）使炉喉能完全被炉料覆盖。2）最小倾角选取时，应考虑不能造成炉料的中心堆积。3）最大倾角选取时，应保证溜槽对炉料的滑动摩擦角小于溜槽与料面的水平夹角，以保证炉料能顺利落下。4）最大倾角应小于炉料从溜槽落下时与炉墙碰撞的临界角。假设 2的变化规律为：2202=+.5tt。根据螺旋布料定义有：111,3,iiSSiin。变换上式得：ii1/n。要求 2最小值为

11、6rad。如果使 1S等于 ，则溜槽的倾动速度过大。另外，如果分析炉料在料面上的堆积过程，不管是在炉墙一侧，还是在高炉中心一侧，炉料在料面上的落点对高度布料没有影响。第 i圈炉料在料面上包围的面积为： 2211iiSRd。且 10t，也就是1dt。代入上式得： 12/2ii t。 1为溜槽绕高炉轴线转过的角度。 10为1的初值为0。由此得 2的变化规律，应满足方程1 12/ 2/22i idtRdtS。参考文献：【1】任廷志 赵静一 乔长锁 赵海英. 炉料的潜体阻力对高炉布料的影响【2】刘云彩. 高炉布料规律. 修订版. 北京：冶金工业出版社. 1993.【3】林志明 黄小林. 无料钟炉顶技术的发展。1986【4】严允进.炼铁机械-2版 .北京：冶金工业出版社，1990.5（2002年重印）