一种高炉布料溜槽及其设计分析方法与流程

本发明涉及一种高炉布料溜槽，尤其涉及一种具有料打料和料磨料效果的高炉布料溜槽及其设计分析方法。

背景技术：

高炉布料溜槽承受强大的料流冲击，溜槽槽道内料流冲击区的冲击破坏和磨损尤为严重，普通高炉布料溜槽在强大的料流冲击力作用下，在6～8个月的时间内就会被击穿，出现孔洞，因此高炉布料溜槽的长寿化议题得到了许多工程技术人员的关注，如：

授权公告号为CN100552047C的中国专利，公开了一种“布料溜槽”,其半圆形壳体的内圆面上固定轴向串列、径向并列若干具有合金刀头的单元衬板，通过在单元衬板中注入了合金刀头，提高衬板的耐磨、耐腐蚀、耐冲击强度；

授权公告号为CN101581541B的中国专利，公开了“一种长寿布料溜槽”，包括六边形溜槽头部、六边形溜槽本体、耐磨衬板、轻质耐火材料和紧固件等附属件，其在溜槽内部落料点处增加了料磨料存料板，防止料流对耐磨衬板的直接冲击，在溜槽本体中段和前段外表面喷涂有轻质耐火材料，减轻了溜槽重量并能抵抗炉内高温中心气流的冲击，溜槽侧面耐磨衬板和底面耐磨衬板采用凹凸交错止口活连接，能有效的吸收耐磨衬板变形。

授权公告号为CN101857909B的中国专利，公开了“一种布料溜槽”，包括一个截面呈多边形的壳体，其壳体的内表面上设有与其形状相适配的底板座，该底板座底面上沿纵向至少设有一组由横扦插板和纵扦插板扦插成的”井”字形扦插板组件；耐磨抗冲击落料口组件，所述的底板座两侧面上设有竖筋，所述的横扦插板与底板座的底面设有方向相同的倾斜角，所述的”井”字形扦插板组件中部底面的空隙上设有抗冲击块。其目的是提高布料溜槽的使用寿命和方便维修更换，降低生产成本。

以上公开的高炉布料溜槽结构方案中，大多采用复杂的衬板结构，在溜槽内构成径向沟槽或“井”字型沟槽，储存一定的物料，形成局部的积料效果，但由于结构所限，积料效果有待强化，其料流冲击区无法形成全覆盖的料垫，致使槽内部分结构(如衬板等)暴露在料流的冲击之下；而且衬板或附属结构存在着锐角，抗磨损效果较差；因此，虽然与普通高炉布料溜槽相比使用寿命可延长一些，但由于没有产生“料打料”和“料磨料”的效果，因此，仍然存在结构复杂、积料结构短时间内被破坏后对溜槽冲击区的防护效果差导致使用寿命较短的缺点。

技术实现要素：

本发明提供了一种高炉布料溜槽及其设计分析方法，采用离散元法模拟分析料流积料特点，设计与调整高炉布料溜槽的槽型及布筋方案，使布料时槽道内料流冲击区形成全覆盖的料垫，最终设计出具有显著地“料打料”和“料磨料”效果的高炉布料溜槽，可有效地减缓料流对高炉布料溜槽的冲击及磨损，延长高炉布料溜槽的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高炉布料溜槽，包括溜槽本体、设置在溜槽本体上部两侧的导轨和轴向挡板，溜槽本体由两侧壁板和底面组成槽道；所述溜槽本体的底面沿料流方向由依次连接的大圆弧凹面、小圆弧凸面和圆弧锥面组成，大圆弧凹面靠近小圆弧凸面一侧设有至少2道圆弧阻料筋。

所述圆弧锥面沿料流方向收窄。

所述溜槽本体上对应大圆弧凹面段和小圆弧凸面段的两侧壁板平行设置，对应圆弧锥面段的两侧壁板沿纵向倾斜设置，且斜度与圆弧锥面收窄的角度相配合。

所述溜槽本体材质为铸钢，槽道内堆焊硬质合金层。

高炉布料溜槽的设计分析方法，包括如下步骤：

1)采用三维制图软件建立高炉布料溜槽模型及高炉中心喉管模型，并组成三维装配体模型；

2)运用离散元分析原理，采用EDEM颗粒系统仿真分析软件进行高炉布料时物料颗粒运动分析，分别设置颗粒的物理属性、重力场及几何属性；

3)将在三维制图软件中建立的三维装配体模型导入EDEM颗粒系统仿真分析软件；

4)对物料颗粒进行工厂化设置，包括设置颗粒数量及运动速度；

5)设置求解条件并求解；

6)对高炉布料溜槽物料冲击区的积料结果进行分析，包括模拟溜槽积料区和预测料垫形成区；具体是对高炉布料溜槽小倾角布料及大倾角布料两种工况分别进行模拟，考察极限倾角时冲击区的积料及料垫形成情况；

7)分析结论：设有大圆弧凹面、小圆弧凸面、圆弧锥面和圆弧阻料筋的高炉布料溜槽，在小倾角布料及大倾角布料两种工况下，在小圆弧凸面、圆弧阻料筋、大圆弧凹面上均能够覆盖一层料垫，可减缓料流冲击，起到了“料打料”的作用；同时，槽道内料流冲击区的料垫底部物料颗粒运动速度大幅减小，大倾角时，为0～1.68m/s，小倾角时，为0～1.82m/s；能够减轻物料对冲击区内溜槽的磨损，起到了“料磨料”的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)以离散元法为基础，以EDEM颗粒系统仿真分析软件为工具，在充分考虑溜槽本体形状、物料的物理属性、物料的初始速度、物料的初始高度等条件基础上，对溜槽本体的结构模拟分析，通过考察溜槽本体内物料流动及积料情况，在料流冲击区内形成显著的积料和料垫，减缓料流对溜槽本体的冲击及磨损，在料流冲击区内形成显著的“料打料”及“料磨料”的有益效果；

2)溜槽本体的进料侧采用等宽槽道，出料侧采用上翘且收窄的圆锥形槽道，强化了槽内积料，有助于冲击区的料垫形成；

3)溜槽本体中大圆弧凹面，小圆弧凸面、圆弧锥面形成的槽道结构，在其出料侧形成了“半开茶壶嘴”式的积料结构，有利于积料和形成料垫；

4)至少2道圆弧阻料筋的设置，可以减缓料流速度，有利于积料，增加料垫的厚度。

附图说明

图1是本发明所述高炉布料溜槽的立体结构示意图。

图2是本发明所述高炉布料溜槽的纵向剖视图。

图3是本发明所述采用EDEM颗粒系统仿真分析软件模拟大倾角布料工况下料流速度的示意图。

图4是本发明所述采用EDEM颗粒系统仿真分析软件模拟小倾角布料工况下料流速度的示意图。

图5是本发明实施例中高炉布料溜槽主要尺寸示意图。

图中：1.溜槽本体 11..圆弧锥面 12.小圆弧凸面 13.圆弧阻料筋 14.大圆弧凹面 2.导轨 3.轴向挡板

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1、图2所示，本发明所述一种高炉布料溜槽，包括溜槽本体1、设置在溜槽本体1上部两侧的导轨2和轴向挡板3，溜槽本体1由两侧壁板和底面组成槽道；所述溜槽本体1的底面沿料流方向由依次连接的大圆弧凹面14、小圆弧凸面12和圆弧锥面11组成，大圆弧凹面14靠近小圆弧凸面12一侧设有至少2道圆弧阻料筋13。

所述圆弧锥面11沿料流方向收窄。

所述溜槽本体1上对应大圆弧凹面段和小圆弧凸面段的两侧壁板平行设置，对应圆弧锥面段的两侧壁板沿纵向倾斜设置，且斜度与圆弧锥面11收窄的角度相配合。

所述溜槽本体1材质为铸钢，槽道内堆焊硬质合金层。

高炉布料溜槽的设计分析方法，包括如下步骤：

1)采用三维制图软件建立高炉布料溜槽模型及高炉中心喉管模型，并组成三维装配体模型；

2)运用离散元分析原理，采用EDEM颗粒系统仿真分析软件进行高炉布料时物料颗粒运动分析，分别设置颗粒的物理属性、重力场及几何属性；

3)将在三维制图软件中建立的三维装配体模型导入EDEM颗粒系统仿真分析软件；

4)对物料颗粒进行工厂化设置，包括设置颗粒数量及运动速度；

5)设置求解条件并求解；

6)对高炉布料溜槽物料冲击区的积料结果进行分析，包括模拟溜槽积料区和预测料垫形成区；具体是对高炉布料溜槽小倾角布料及大倾角布料两种工况分别进行模拟，考察极限倾角时冲击区的积料及料垫形成情况；

7)分析结论：设有大圆弧凹面14、小圆弧凸面12、圆弧锥面11和圆弧阻料筋13的高炉布料溜槽，在小倾角布料及大倾角布料两种工况下，在小圆弧凸面12、圆弧阻料筋13、大圆弧凹面14上均能够覆盖一层料垫(图3、图4中深色部分)，可减缓料流冲击，起到了“料打料”的作用；同时，槽道内料流冲击区的料垫底部物料颗粒运动速度大幅减小，大倾角时，为0～1.68m/s，小倾角时，为0～1.82m/s；能够减轻物料对冲击区内溜槽的磨损，起到了“料磨料”的作用。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

高炉布料料槽的积料情况不但与高炉布料料槽的形状有关，还与颗粒的物理性质、下料速度等有关，而离散元法是以牛顿第二定律为基础进行颗粒碰撞计算的方法，能很好地处理颗粒动力学及粉体动力学问题，因此，本发明采用离散元法模拟溜槽积料和预测料垫形成状态。

本实施例中采用的物料为烧结球团料，设置的初始料流速度为2m/s。

如图5所示，高炉布料溜槽总长为5290mm，其中大圆弧凹面14的半径为2510mm，小圆弧凸面12的半径为1290mm，圆弧阻料筋13的半径为150mm，圆弧锥面11的锥角为6°。

本实施例采用EDEM颗粒系统仿真分析软件模拟大倾角布料工况下料流速度的过程如图3所示，物料颗粒运动速度为0～1.68m/s。

本实施例采用EDEM颗粒系统仿真分析软件模拟小倾角布料工况下料流速度的过程如图4所示，物料颗粒运动速度为0～1.82m/s。

本发明中，高炉布料溜槽底面沿料流方向先设有一个大圆弧凹面14，出料侧底面为一个圆弧锥面11，大圆弧凹面14和圆弧锥面11过渡处采用小圆弧凸面12相衔接，大圆弧凹面14的出料侧设有2道以上的圆弧阻料筋13。

当高炉布料溜槽工作时，上述结构促使物料在料流冲击区形成积料及料垫，形成料垫后，从高炉中心喉管落下的料流直接冲击在料垫上，形成了显著地“料打料”有益效果；由于料垫的缓冲作用，使高炉布料溜槽所受的料流冲击力大为减小；同时，形成料垫以后，料流冲击区料垫底部的物料颗粒运动速度大幅减小，物料颗粒仅在料垫上部形成料流，形成“料磨料”的有益效果，从而减轻了料流冲击区内物料对溜槽的磨损。

溜槽本体采用铸钢制造，并在槽道内堆焊硬质合金层，以提高内表面的抗磨能力；同时，溜槽本体的进料侧重量较大，有效地减少了高炉布料溜槽的倾动力矩。溜槽本体的进料侧布置有导轨2和轴向挡板3，并在导轨2两侧设有两排螺栓孔，以便和驱动臂用螺栓固定在一起。出料侧圆弧锥面段上部设有大圆孔，以备更换高炉布料溜槽时使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。