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    基于streamdem的高炉无料钟布料溜槽研究-凯发信誉

    来源:互联网    作者:  

    0 引言

    20世纪70年代,卢森堡pw公司推出了paul-wurth型无料钟炉顶装料设备,无料钟炉顶以旋转溜槽代替料钟进行布料。溜槽的特点是既可以围绕高炉中心旋转调节周向布料位置,又可以上下摆动调节布料倾角,还可以旋转和摆动同时进行得到螺旋型布料,所以布料方式较钟式炉顶更为灵活。

    无料钟炉顶在大型高炉布料控制应用中有很多优势,由于阀门与布料机构分开,避免了钟式炉顶上物料对阀门的直接磨损,使得无料钟炉顶具有良好的密封性能,高炉内的煤气压力可以大幅度提高,増大反应效率。常见的无料钟炉顶设备包括串罐式无料钟、pw型。

    无料钟布料时,物料会发生两种方式的偏析:一种是周向偏析,另一种是粒度偏。周向偏析是指布料一圈下来,物料落点不在一个以炉喉中心线为圆心的圆周上,这种偏析常出现在并罐式无料钟炉顶的布料结果中。而粒度偏析,是指在炉喉料面的某一区域内,物料颗粒的粒度比例不符合预期比例。这种偏析普遍存在于各型无料钟炉顶的布料结果中。影响物料偏析的原因有很多种,本文主要研究溜槽形状对布料偏析的影响,选出合适形状的布料溜槽。

    1 streamdem简介

    streamdem软件(界面如图1)的开发源自于中冶赛迪公司内部散装物料转运、高炉炉顶布料等项目对颗粒流离散元仿真技术提出的要求。通过整合这些问题的共性技术特点,中冶赛迪成立了专门的研发团队开发了streamdem软件,并针对目前市场上国外商业软件的不足,在满足公司内部的仿真计算需求的同时,大力将软件推向了市场,旨在为客户提供更全面的技术服务。

    streamdem是一个强大的离散元仿真工具,快速而准确地仿真颗粒储运、筛分、混合等加工处理过程,广泛适用于工程机械、采矿、煤炭、农业、化工、钢铁和医药等领域。软件的主要特点包括:

    (1)基于gpu加速技术,大幅提高离散元仿真的效率,在单核cpu的5-8倍以上。

    (2)可以用于百万量级颗粒规模的计算,满足工业级应用需求。

    (3)提供非球形颗粒、传热、磨损、与cfd耦合等丰富的功能模块。

    (4)掌握软件源代码,可提供专业的定制开发服务。

    (5)中文帮助和界面,简洁易用。

    streamdem采用gpu计算,其在仿真效率方面的优势明显,参见图2中和表一中的球磨机仿真案例。可以看出stremadem的仿真结果在球磨机的各转速阶段都与实验结果比较吻合,仿真准确性高;另外36万颗粒米用单gpu计算5s只需要3.5小时,速度远高于市场上的商业软件。

    2 高炉物料钟布料仿真

    整个高炉布料设备较为复杂,但是经过溜槽,到达高炉内部的过程确较为简单。为了研究3种类型的溜槽(图3所示),在来料相同的情况下,对物料偏析影响。所以对整个系统进行了简化如图4所示。

    图3 不同形状的溜槽

    图4 仿真模型

    模型中颗粒采用动态填充,质量流量为520kg/s;填充颗粒半径为0.025m、0.075m按照确定分布。溜槽沿中心轴旋转(转速0.84弧度/s),颗粒和壁面材料参数如表2所示。

    表2 材料参数

    3 不同溜槽布料偏析对比

    料流从落料漏斗,到溜槽,最后落入炉内的整个过程如图5所示。溜槽的结构形式将影响料流的畅通,和最终影响布料的好坏。

    对计算结果进行整理,在同一时刻下,布料1圈后炉内物料分布如图6所示。对图6中的料环进行处理,得到料环外圈轮廓(图7),得到圆环在一周内的半径(图8)。通过对图7和图8的对比分析可以得到以下几点结论:

    图6 布料一圈后不同模型下的料环形状

    图7 对比料环外圈轮廓

    (1)模型1的圆环外圈更接近圆,并且外圈离中心距离最小。其它几个模型外轮廓可以明显看出左边圆弧更靠近圆盘的轮廓线。

    (2)在0到150°,和250-350°这两个区间圆弧半径波动较小,而在150-250°这个区间变化剧烈。这是由于仿真布料时,溜槽要形成稳定料流需要一定时间,所以在取结果时,选择多转了一定角度后的结果。

    (3)对比图8中的4条曲线,发现模型1的波动弧度最小,模型2波动弧度最大。

    4 结论

    本文运用商业软件streamdem对4种溜槽结构在布料工况一致的情况下,进行了对比仿真分析。研究发现矩形框溜槽(模型1)对布料的环向和周向偏移都最小,其次是圆弧型溜槽(模型4),然后是带边的圆弧溜槽(模型3),最差的是v型溜槽(模型2)。

    文章仅从仿真的角度对溜槽性能进行判定,缺少实验。今后将进行开展实验对比工作,来验证仿真结果。