混勻原料場混勻系統(tǒng)物流仿真

國際市場上鐵礦石價格居高不下，國內(nèi)大型礦山資源缺乏，致使各鋼廠燒結(jié)原料來源復(fù)雜，粒度、化學(xué)成分波動增大，而當(dāng)今大高爐生產(chǎn)對原料質(zhì)量的穩(wěn)定性要求越來越高。原料場的混勻工藝主要是通過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)和高爐長期穩(wěn)定生產(chǎn)提供最佳的原料條件。因此，一套完善、先進、高效的混勻工藝系統(tǒng)在鋼鐵生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

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、混勻堆料機、混勻取料機等。從流程上來看，混勻與上游的一次料場及碼頭、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貯存；在混勻生產(chǎn)需要時，從一次料場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；堆好的混勻料用混勻取料機橫斷面截取取出后送至燒結(jié)配料槽，用于燒結(jié)生產(chǎn)。

在實際生產(chǎn)中，以上物料流程將同時作業(yè)，按照混勻配料方案和堆積作業(yè)計劃，生產(chǎn)人員將需要混勻的各種原料從一次料場分別有計劃地輸送到混勻配料槽，然后通過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供料，并運入混勻料場進行混勻堆積作業(yè)。

如果設(shè)計和生產(chǎn)管理不善，很可能導(dǎo)致混勻作業(yè)緊張，實際參與混勻品種數(shù)減少，堆積層數(shù)減少，生產(chǎn)維護時間不足，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：一次料場受料供料模塊、混勻配料槽配料模塊、混勻料場堆取料模塊、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行模型驗證。仿真模型的驗證可以從兩方面進行，一是對仿真模型進行測試，確保模型按照預(yù)先設(shè)想的邏輯運行，可以通過觀察模型的運行過程是否與預(yù)期過程一致來實現(xiàn)。另一方面，可通過理論計算某些作業(yè)數(shù)據(jù)，與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行對比，確定仿真模型是否與實際模型吻合。

燒結(jié)粉礦、廠內(nèi)回收料、球團篩下粉輸送至混勻配料槽混勻配料槽的作業(yè)非常緊張，混勻配料槽的庫存出現(xiàn)負(fù)值。由于庫存出現(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)象說明槽上供料能力嚴(yán)重不足，在實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)部分料出現(xiàn)空槽現(xiàn)象，無法滿足配料生產(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，一次料場距離混勻配料槽較遠(yuǎn)，系統(tǒng)起停的輔助作業(yè)時間占比過大；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?；靹蚺淞喜鄣膸齑姹３终嫡f明槽上的供料能力能夠滿足混勻連續(xù)生產(chǎn)的需要。通過仿真，我們獲取了該混勻系統(tǒng)的合適的參數(shù)配置。

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，通過多點測量的方式，對轉(zhuǎn)爐進行水模擬實驗。結(jié)果表明： 純底吹條件下，底部中心處的混勻時間較短； 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 個測量點的混勻時間均先變小后增大，并找到平均混勻時間最短的底吹方式，在此底吹布置方式下的槍位為 0.16 m 時，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，底部中心處的混勻時間最短。進一步比較底吹對稱布置和非對稱布置下的攪拌和混勻效果可知，底吹噴嘴的非對稱且集中布置更有利于改善轉(zhuǎn)爐內(nèi)流場，減少攪拌弱區(qū)。

混勻?qū)嶒灧椒?/h3>

實驗在參考數(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 點作為測量點，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 點的水平距離，h 為液面到 P₃ 點的垂直距離) ，P₄ 位于上側(cè)壁面處。4個測量點和轉(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程中，為了避免不同底吹噴嘴布置方式對實驗結(jié)果的影響，使測量面過相鄰較遠(yuǎn)的 2 個噴嘴與圓心所成夾角的對角線，以保證測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，為各底吹方案的局域混勻時間。9 種底吹布置方式中，噴嘴均關(guān)于底部中心對稱，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，混勻時間變短，且在所有底吹布置方案中，非對稱布置的 N9 平均混勻時間最短，熔池整體攪拌效果最好。與對稱布置方式相比，底吹噴嘴非對稱布置時，相鄰噴嘴位于在不同直徑的圓周上，可以擴大徑向上的攪拌范圍，此外，兩個噴嘴集中布置可以強化區(qū)域的攪拌效果。比較不同底吹方式下的混勻時間可知： 純底吹條件下，底吹方式對轉(zhuǎn)爐混勻時間影響很大，底吹噴嘴非對稱且相對集中布置時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，可以看到底部中心 P₁ 附近的混勻最長，攪拌效果最差； 這是因為在只有頂吹的條件下，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 個測點處的混勻時間呈先減小后增大的趨勢，槍位在 0.18 m 附近時，P₄ 點處混勻時間最短，0.20 m 時 P₂ 和 P₃ 處攪拌最好。

混勻頂?shù)讖?fù)吹下的局部混勻效果

選擇純底吹時平均混勻時間最短的 N4 和 N9 兩種底吹方式。復(fù)吹時，相同底吹流量下，底吹方式為為 N9 時平均混勻時間更短，說明底吹方式 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，平均混勻時間變短，故一定程度上增大底吹流量可以縮短熔池的混勻時間。隨著槍位的升高，平均混勻時間先減小后增大； 當(dāng)槍位為 0.16 m 時，平均混勻時間最短，說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，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，不同噴吹方式下的平均混勻時間差異不明顯； 當(dāng)槍位為 0.22 m，底吹方式 N9 流量 1.0 m³ /h 的復(fù)吹平均混勻時間最短。

現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)原料場的重要組成部分。混勻料場多數(shù)為露天式，在嚴(yán)寒多雨地區(qū)也有在廠房內(nèi)混勻的。一般露天式混勻料場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)量相對穩(wěn)定些。四堆制供料比較靈活，配置及設(shè)備運轉(zhuǎn)較為復(fù)雜。由于混勻料堆的兩端的原料成分波動較大，因而應(yīng)將這部分原料單獨取出返回貯料場，重新參加預(yù)配料，再送到混勻料場重新混勻。混勻料堆的布料方式有人字形布料、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。進行混勻作業(yè)時一堆布料一堆取料，取出的混勻料用膠帶運輸機送往燒結(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)在廠房內(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)廠的原料倉庫進行的。當(dāng)燒結(jié)廠的原料倉庫有足夠大的面積時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。在一些老廠或暫時無條件興建現(xiàn)代化流程的混勻料場的地方，采用在一定的場地上用卸車機進行條狀鋪料，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，但比混勻料場的效果要差。

露天料場式混勻作業(yè)所用的設(shè)備有預(yù)配料用的圓盤給料機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給料機。混勻料場的專用堆料機，一般使用可仰俯的單懸臂堆料機或搖臂式堆料機。圖4為寶山鋼鐵（集團）公司用的混勻堆料機示意圖。室內(nèi)混勻堆料可采用仰俯單臂堆料機，也可使用進料主膠帶機及在廠房屋架框內(nèi)走動的礦車往復(fù)布料成堆。

料場取料設(shè)備普遍采用專用的混勻取料機，取料機有滾筒式、刮板式及雙斗輪橋式（見圖5）等幾種。前兩種取料機采用大三角耙耙料，能在料堆的整個斷面上取料使混勻原料成分較為均勻，但設(shè)備較重，費用較高。雙斗輪橋式取料機用兩個三角耙和兩個斗輪在料堆截面上雙點往復(fù)取料，也有較好混勻效果，費用較少，目前使用較多。當(dāng)采用單跨兩堆制布置時，取料機應(yīng)具有雙向取料的功能，當(dāng)料堆雙跨布置時，可采用兩臺單向混勻取料機或一臺旋回式取料機，由一跨旋回到另一跨。不然則要設(shè)置過跨車，以便當(dāng)只配備一臺取料機時，用過跨車將在一跨工作完畢的取料機遷移到另一跨去（見圖2a）。此外，在混勻料場還應(yīng)備有一定數(shù)量的推土機和前端裝載機配合堆取料機作業(yè)及處理料堆的端部料。在原料倉庫內(nèi)進行混勻作業(yè)時設(shè)備有橋式抓斗起重機和往復(fù)式移動膠帶卸料車。另外，膠帶輸送機是混勻作業(yè)中將物料運進運出必不可少的運輸設(shè)備。

露天料場式混勻作業(yè)所用的設(shè)備有預(yù)配料用的圓盤給料機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給料機?；靹蛄蠄龅膶Ｓ枚蚜蠙C，一般使用可仰俯的單懸臂堆料機或搖臂式堆料機。室內(nèi)混勻堆料可采用仰俯單臂堆料機，也可使用進料主膠帶機及在廠房屋架框內(nèi)走動的礦車往復(fù)布料成堆。料場取料設(shè)備普遍采用專用的混勻取料機，取料機有滾筒式、刮板式及雙斗輪橋式等幾種。前兩種取料機采用大三角耙耙料，能在料堆的整個斷面上取料使混勻原料成分較為均勻，但設(shè)備較重，費用較高。雙斗輪橋式取料機用兩個三角耙和兩個斗輪在料堆截面上雙點往復(fù)取料。也有較好混勻效果，費用較少，使用較多。當(dāng)采用單跨兩堆制布置時，取料機應(yīng)具有雙向取料的功能，當(dāng)料堆雙跨布置時，可采用兩臺單向混勻取料機或一臺旋回式取料機，由一跨旋回到另一跨。不然則要設(shè)置過跨車，以便當(dāng)只配備一臺取料機時，用過跨車將在一跨工作完畢的取料機遷移到另一跨去。此外，在混勻料場還應(yīng)備有一定數(shù)量的推土機和前端裝載機配合堆取料機作業(yè)及處理料堆的端部料。在原料倉庫內(nèi)進行混勻作業(yè)時設(shè)備有橋式抓斗起重機和往復(fù)式移動膠帶卸料車。另外，膠帶輸送機是混勻作業(yè)中將物料運進運出必不可少的運輸設(shè)備 。