混勻

為研究轉(zhuǎn)爐的局域攪拌和混勻效果，以 55 t 轉(zhuǎn)爐為原型，建立轉(zhuǎn)爐水模型，在不同噴吹條件下，通過(guò)多點(diǎn)測(cè)量的方式，對(duì)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行水模擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明： 純底吹條件下，底部中心處的混勻時(shí)間較短； 頂吹條件下，底部中心處攪拌最弱； 頂?shù)讖?fù)吹條件下，隨著槍位的升高，熔池內(nèi) 4 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的混勻時(shí)間均先變小后增大，并找到平均混勻時(shí)間最短的底吹方式，在此底吹布置方式下的槍位為 0.16 m 時(shí)，側(cè)壁面的上部和下部以及環(huán)流中心附近混勻效果較好，槍位為 0.20 m 時(shí)，底部中心處的混勻時(shí)間最短。進(jìn)一步比較底吹對(duì)稱布置和非對(duì)稱布置下的攪拌和混勻效果可知，底吹噴嘴的非對(duì)稱且集中布置更有利于改善轉(zhuǎn)爐內(nèi)流場(chǎng)，減少攪拌弱區(qū)。

混勻?qū)嶒?yàn)方法

實(shí)驗(yàn)在參考數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取熔池內(nèi)不同位置的 P1 ，P2 ，P3 ，P4 點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)，其中 P1位于底部中心處，P2 位于下側(cè)壁面處，P3 位于熔池內(nèi)部 r = 0.6 R₀ ，h = 0.4L₀ 的環(huán)流中心處( R₀ 為熔池直徑，L₀ 為熔池深度，r 為距轉(zhuǎn)爐中心距 P3 點(diǎn)的水平距離，h 為液面到 P₃ 點(diǎn)的垂直距離) ，P₄ 位于上側(cè)壁面處。4個(gè)測(cè)量點(diǎn)和轉(zhuǎn)爐軸線共面，其所在平面與耳軸垂直，在有底吹參與的攪拌過(guò)程中，為了避免不同底吹噴嘴布置方式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使測(cè)量面過(guò)相鄰較遠(yuǎn)的 2 個(gè)噴嘴與圓心所成夾角的對(duì)角線，以保證測(cè)量位置始終位于攪拌效果較差的區(qū)域。

混勻底吹下的局部混勻效果

純底吹條件下，底吹流量分別取 0.5 m³ /h 和 1.0 m³ /h 時(shí)，為各底吹方案的局域混勻時(shí)間。9 種底吹布置方式中，噴嘴均關(guān)于底部中心對(duì)稱，上升氣流的攪拌作用在底部中心產(chǎn)生疊加，使底部中心附近傳質(zhì)加快，故 P₁ 附近混勻效果較好。

底吹流量由 0.5 m³ /h 增大到 1.0 m³ /h 時(shí)，混勻時(shí)間變短，且在所有底吹布置方案中，非對(duì)稱布置的 N9 平均混勻時(shí)間最短，熔池整體攪拌效果最好。與對(duì)稱布置方式相比，底吹噴嘴非對(duì)稱布置時(shí)，相鄰噴嘴位于在不同直徑的圓周上，可以擴(kuò)大徑向上的攪拌范圍，此外，兩個(gè)噴嘴集中布置可以強(qiáng)化區(qū)域的攪拌效果。比較不同底吹方式下的混勻時(shí)間可知： 純底吹條件下，底吹方式對(duì)轉(zhuǎn)爐混勻時(shí)間影響很大，底吹噴嘴非對(duì)稱且相對(duì)集中布置時(shí)可獲得更好的攪拌效果。

混勻頂吹下的局部混勻效果

純頂吹時(shí)，可以看到底部中心 P₁ 附近的混勻最長(zhǎng)，攪拌效果最差； 這是因?yàn)樵谥挥许敶档臈l件下，高速射流與液面發(fā)生彈性碰撞，沖擊形成凹坑，水平切向的動(dòng)量以環(huán)流的形式很難傳遞到熔池底部中心附近。隨著槍位的升高，4 個(gè)測(cè)點(diǎn)處的混勻時(shí)間呈先減小后增大的趨勢(shì)，槍位在 0.18 m 附近時(shí)，P₄ 點(diǎn)處混勻時(shí)間最短，0.20 m 時(shí) P₂ 和 P₃ 處攪拌最好。

混勻頂?shù)讖?fù)吹下的局部混勻效果

選擇純底吹時(shí)平均混勻時(shí)間最短的 N4 和 N9 兩種底吹方式。復(fù)吹時(shí)，相同底吹流量下，底吹方式為為 N9 時(shí)平均混勻時(shí)間更短，說(shuō)明底吹方式 N9 可以起到改善攪拌效果的作用； 同一底吹方式下，底吹流量由 0.5 m³ /h 增加到1.0 m³ /h時(shí)，平均混勻時(shí)間變短，故一定程度上增大底吹流量可以縮短熔池的混勻時(shí)間。隨著槍位的升高，平均混勻時(shí)間先減小后增大； 當(dāng)槍位為 0.16 m 時(shí)，平均混勻時(shí)間最短，說(shuō)明該槍位下熔池整體混勻效果最好。當(dāng)槍位處于 0.14 m 和 0.16 m 時(shí)，復(fù)吹下的熔池整體混勻效果優(yōu)于純頂吹，當(dāng)槍位在 0.18 m 和 0.20 m 時(shí)，不同噴吹方式下的平均混勻時(shí)間差異不明顯； 當(dāng)槍位為 0.22 m，底吹方式 N9 流量 1.0 m³ /h 的復(fù)吹平均混勻時(shí)間最短。

國(guó)際市場(chǎng)上鐵礦石價(jià)格居高不下，國(guó)內(nèi)大型礦山資源缺乏，致使各鋼廠燒結(jié)原料來(lái)源復(fù)雜，粒度、化學(xué)成分波動(dòng)增大，而當(dāng)今大高爐生產(chǎn)對(duì)原料質(zhì)量的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高。原料場(chǎng)的混勻工藝主要是通過(guò)配料及混勻堆取作業(yè)達(dá)到均化和穩(wěn)定燒結(jié)含鐵原料的作用，為燒結(jié)和高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)提供最佳的原料條件。因此，一套完善、先進(jìn)、高效的混勻工藝系統(tǒng)在鋼鐵生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

混勻混勻系統(tǒng)生產(chǎn)流程分析

混勻系統(tǒng)主要包括：混勻配料槽、混勻配料系統(tǒng)、混勻料場(chǎng)、混勻堆料機(jī)、混勻取料機(jī)等。從流程上來(lái)看，混勻與上游的一次料場(chǎng)及碼頭、火車等輸入設(shè)施有關(guān)，也與下游的燒結(jié)配料生產(chǎn)有關(guān)。物料首先從碼頭等端口輸入到一次料場(chǎng)貯存；在混勻生產(chǎn)需要時(shí)，從一次料場(chǎng)取出物料輸送至混勻配料槽；混勻配料槽的配料系統(tǒng)將各種原料按照一定比例配料后將物料分層平鋪堆放在混勻料場(chǎng)；堆好的混勻料用混勻取料機(jī)橫斷面截取取出后送至燒結(jié)配料槽，用于燒結(jié)生產(chǎn)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，以上物料流程將同時(shí)作業(yè)，按照混勻配料方案和堆積作業(yè)計(jì)劃，生產(chǎn)人員將需要混勻的各種原料從一次料場(chǎng)分別有計(jì)劃地輸送到混勻配料槽，然后通過(guò)混勻配料槽下的定量給料裝置，按照預(yù)先設(shè)定的輸出能力向槽下膠帶機(jī)供料，并運(yùn)入混勻料場(chǎng)進(jìn)行混勻堆積作業(yè)。

如果設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理不善，很可能導(dǎo)致混勻作業(yè)緊張，實(shí)際參與混勻品種數(shù)減少，堆積層數(shù)減少，生產(chǎn)維護(hù)時(shí)間不足，降低混勻效果，嚴(yán)重的還可能造成產(chǎn)能不足。

混勻混勻系統(tǒng)物流仿真結(jié)果分析

根據(jù)混勻系統(tǒng)生產(chǎn)流程分析，混勻系統(tǒng)物流仿真模型可由 5 部分組成：一次料場(chǎng)受料供料模塊、混勻配料槽配料模塊、混勻料場(chǎng)堆取料模塊、調(diào)度中心模塊、參數(shù)設(shè)置和結(jié)果輸出模塊。建立混勻仿真模型后需要進(jìn)行模型驗(yàn)證。仿真模型的驗(yàn)證可以從兩方面進(jìn)行，一是對(duì)仿真模型進(jìn)行測(cè)試，確保模型按照預(yù)先設(shè)想的邏輯運(yùn)行，可以通過(guò)觀察模型的運(yùn)行過(guò)程是否與預(yù)期過(guò)程一致來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面，可通過(guò)理論計(jì)算某些作業(yè)數(shù)據(jù)，與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定仿真模型是否與實(shí)際模型吻合。

燒結(jié)粉礦、廠內(nèi)回收料、球團(tuán)篩下粉輸送至混勻配料槽混勻配料槽的作業(yè)非常緊張，混勻配料槽的庫(kù)存出現(xiàn)負(fù)值。由于庫(kù)存出現(xiàn)負(fù)值，槽上一次連續(xù)加料量增大，相當(dāng)于槽容增大，這也導(dǎo)致了燒結(jié)粉、內(nèi)回收料、球團(tuán)篩下粉輸送至混勻配料槽的雙線仿真作業(yè)率偏小。以上現(xiàn)象說(shuō)明槽上供料能力嚴(yán)重不足，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)部分料出現(xiàn)空槽現(xiàn)象，無(wú)法滿足配料生產(chǎn)要求。分析有如下原因：首先，參與混勻品種多，換料次數(shù)多；其次，一次料場(chǎng)距離混勻配料槽較遠(yuǎn)，系統(tǒng)起停的輔助作業(yè)時(shí)間占比過(guò)大；再者，混勻配料槽的槽容量較小，緩沖能力較低；此外，槽下輸出能力太大，槽內(nèi)物料消耗快。

如降低槽下輸出能力、擴(kuò)大槽容、減少參與混勻的粉礦品種，可使槽存負(fù)值現(xiàn)象消失?；靹蚺淞喜鄣膸?kù)存保持正值說(shuō)明槽上的供料能力能夠滿足混勻連續(xù)生產(chǎn)的需要。通過(guò)仿真，我們獲取了該混勻系統(tǒng)的合適的參數(shù)配置。

現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)原料場(chǎng)的重要組成部分。混勻料場(chǎng)多數(shù)為露天式，在嚴(yán)寒多雨地區(qū)也有在廠房?jī)?nèi)混勻的。一般露天式混勻料場(chǎng)的布置形式有單跨兩堆制、雙跨兩堆制和雙跨四堆制等3種基本方式（見圖2）。采用兩堆制占地面積相應(yīng)小些，單堆貯量大，端部料量比四堆制少，混勻質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定些。四堆制供料比較靈活，配置及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)較為復(fù)雜。由于混勻料堆的兩端的原料成分波動(dòng)較大，因而應(yīng)將這部分原料單獨(dú)取出返回貯料場(chǎng)，重新參加預(yù)配料，再送到混勻料場(chǎng)重新混勻?；靹蛄隙训牟剂戏绞接腥俗中尾剂?、菱形布料和人字—菱形布料幾種形式（見圖3）。人字形布料方式將料堆堆成等腰三角形，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用較廣，但粒度偏析作用較大，用于堆存細(xì)粒物料，例如鐵精礦，效果較好。菱形布料粒度偏析現(xiàn)象較人字形為小，但操作較復(fù)雜。人字—菱形組合的堆料方式，混勻效果介于上述兩者之間。進(jìn)行混勻作業(yè)時(shí)一堆布料一堆取料，取出的混勻料用膠帶運(yùn)輸機(jī)送往燒結(jié)廠的配料室。如果是高爐用塊狀鐵礦及熔劑則直接送到高爐的礦槽。

嚴(yán)寒多雨地區(qū)在廠房?jī)?nèi)完成混勻作業(yè)，其投資較露天式為高。此外，供燒結(jié)用的鐵精礦的混勻作業(yè)也有在燒結(jié)廠的原料倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行的。當(dāng)燒結(jié)廠的原料倉(cāng)庫(kù)有足夠大的面積時(shí)采用上部梭式卸料小車多層橫向平鋪布料，再用抓斗吊車沿縱向抓取。在一些老廠或暫時(shí)無(wú)條件興建現(xiàn)代化流程的混勻料場(chǎng)的地方，采用在一定的場(chǎng)地上用卸車機(jī)進(jìn)行條狀鋪料，再用電鏟倒料，然后造堆縱向切取的混勻方法，雖也有一定混勻效果，但比混勻料場(chǎng)的效果要差。

露天料場(chǎng)式混勻作業(yè)所用的設(shè)備有預(yù)配料用的圓盤給料機(jī)及其配套的電子或精密稱量設(shè) 備，有為預(yù)配料礦槽給料及分配的漏礦車或移動(dòng)給料機(jī)?；靹蛄蠄?chǎng)的專用堆料機(jī)，一般使用可仰俯的單懸臂堆料機(jī)或搖臂式堆料機(jī)。圖4為寶山鋼鐵（集團(tuán)）公司用的混勻堆料機(jī)示意圖。室內(nèi)混勻堆料可采用仰俯單臂堆料機(jī)，也可使用進(jìn)料主膠帶機(jī)及在廠房屋架框內(nèi)走動(dòng)的礦車往復(fù)布料成堆。

料場(chǎng)取料設(shè)備普遍采用專用的混勻取料機(jī)，取料機(jī)有滾筒式、刮板式及雙斗輪橋式（見圖5）等幾種。前兩種取料機(jī)采用大三角耙耙料，能在料堆的整個(gè)斷面上取料使混勻原料成分較為均勻，但設(shè)備較重，費(fèi)用較高。雙斗輪橋式取料機(jī)用兩個(gè)三角耙和兩個(gè)斗輪在料堆截面上雙點(diǎn)往復(fù)取料，也有較好混勻效果，費(fèi)用較少，目前使用較多。當(dāng)采用單跨兩堆制布置時(shí)，取料機(jī)應(yīng)具有雙向取料的功能，當(dāng)料堆雙跨布置時(shí)，可采用兩臺(tái)單向混勻取料機(jī)或一臺(tái)旋回式取料機(jī)，由一跨旋回到另一跨。不然則要設(shè)置過(guò)跨車，以便當(dāng)只配備一臺(tái)取料機(jī)時(shí)，用過(guò)跨車將在一跨工作完畢的取料機(jī)遷移到另一跨去（見圖2a）。此外，在混勻料場(chǎng)還應(yīng)備有一定數(shù)量的推土機(jī)和前端裝載機(jī)配合堆取料機(jī)作業(yè)及處理料堆的端部料。在原料倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行混勻作業(yè)時(shí)設(shè)備有橋式抓斗起重機(jī)和往復(fù)式移動(dòng)膠帶卸料車。另外，膠帶輸送機(jī)是混勻作業(yè)中將物料運(yùn)進(jìn)運(yùn)出必不可少的運(yùn)輸設(shè)備。

露天料場(chǎng)式混勻作業(yè)所用的設(shè)備有預(yù)配料用的圓盤給料機(jī)及其配套的電子或精密稱量設(shè)備，有為預(yù)配料礦槽給料及分配的漏礦車或移動(dòng)給料機(jī)?；靹蛄蠄?chǎng)的專用堆料機(jī)，一般使用可仰俯的單懸臂堆料機(jī)或搖臂式堆料機(jī)。室內(nèi)混勻堆料可采用仰俯單臂堆料機(jī)，也可使用進(jìn)料主膠帶機(jī)及在廠房屋架框內(nèi)走動(dòng)的礦車往復(fù)布料成堆。料場(chǎng)取料設(shè)備普遍采用專用的混勻取料機(jī)，取料機(jī)有滾筒式、刮板式及雙斗輪橋式等幾種。前兩種取料機(jī)采用大三角耙耙料，能在料堆的整個(gè)斷面上取料使混勻原料成分較為均勻，但設(shè)備較重，費(fèi)用較高。雙斗輪橋式取料機(jī)用兩個(gè)三角耙和兩個(gè)斗輪在料堆截面上雙點(diǎn)往復(fù)取料。也有較好混勻效果，費(fèi)用較少，使用較多。當(dāng)采用單跨兩堆制布置時(shí)，取料機(jī)應(yīng)具有雙向取料的功能，當(dāng)料堆雙跨布置時(shí)，可采用兩臺(tái)單向混勻取料機(jī)或一臺(tái)旋回式取料機(jī)，由一跨旋回到另一跨。不然則要設(shè)置過(guò)跨車，以便當(dāng)只配備一臺(tái)取料機(jī)時(shí)，用過(guò)跨車將在一跨工作完畢的取料機(jī)遷移到另一跨去。此外，在混勻料場(chǎng)還應(yīng)備有一定數(shù)量的推土機(jī)和前端裝載機(jī)配合堆取料機(jī)作業(yè)及處理料堆的端部料。在原料倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行混勻作業(yè)時(shí)設(shè)備有橋式抓斗起重機(jī)和往復(fù)式移動(dòng)膠帶卸料車。另外，膠帶輸送機(jī)是混勻作業(yè)中將物料運(yùn)進(jìn)運(yùn)出必不可少的運(yùn)輸設(shè)備 。