烧结矿竖冷炉内物料流动的优化

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230245

摘要/Abstract

摘要：

为改善梅钢竖冷炉内物料流动，提出了边缘-中心混合布料的优化措施，并使用离散单元法分析该措施对竖冷炉内的物料速度分布以及运动流型的改善效果.结果表明，边缘-中心混合布料能够将颗粒速度分布，从现有中间单一布料方式的边缘区速度较小而中间区和中心区速度较大，改为边缘区和中心区速度较大，而中间区速度较小；同时将物料运动流型从原来的“U”型变为“—”型；并将颗粒下移的最小整体流指数，从原来的0.645增加至0.762，从而提高炉内物料流动的“整体流”程度.但该布料方式也会造成中间区大颗粒偏析严重.可尝试调整边缘和中心下料管的相对高度，以平衡物料流动的改善和偏析的增加.

关键词: 竖冷炉, 烧结矿, 流型, 整体流, 离散单元法

Abstract:

In order to improve the material flow in the vertical cooling furnace of Shanghai Meishan Iron and Steel Co. ， Ltd. ， the optimization measures of edge‑center combined charging are proposed， and the discrete element method （DEM） is used to analyze the improvement effect of this measure on the material velocity distribution and flow pattern in the vertical cooling furnace. The results show that the edge‑center combined charging can change the velocity distribution law from the low‑velocity in the sidewall area and high‑velocity in the middle area and center area to high‑velocity in the sidewall area and center area and low‑velocity in the middle area. At the same time， the material flow pattern is changed from the original “U” type to “—” type. The minimum mass flow index of particles moving down is increased from 0.645 to 0.762， which improves the “mass flow” degree of material flow in the furnace. However， this charging method will cause serious segregation of large particles in the middle area. It is suggested to try to adjust the relative height of the edge and center charging pipes to balance the improvement of material flow and the increase of segregation.

Key words: vertical cooling furnace, sinter, flow pattern, mass flow, discrete element method （DEM）

中图分类号:

TF 046

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图/表 10

图1 2种布料方式对比（a）—现有中间单一布料方式；（b）—边缘-中心混合布料方式.

Fig.1 Comparison of two charging methods

表1 烧结矿粒度组成

Table 1 Sinter size composition

粒径范围/mm	10~25	>25~40	>40~80	>80~150
质量分数/%	20	35	30	15

表2 物性参数

Table 2 Physical property parameters

参数	泊松比	密度/（kg·m^-3）	剪切模量/Pa	恢复系数	滑动摩擦系数	滚动摩擦系数
烧结矿	0.25	2.6×10³	3.5×10⁷	—	—	—
壁面	0.3	7.8×10³	7×10¹⁰	—	—	—
烧结矿-烧结矿	—	—	—	0.25	0.38	0.08
烧结矿-壁面	—	—	—	0.2	0.45	0.16

图2 模型验证装置及结果对比（a）—实验装置；（b）—实验结果；（c）—模拟结果；（d）—颗粒下移轨迹对比.

Fig.2 Model validation device and result comparison

图3 炉腔局部空间划分

Fig.3 Local space division

图4 烧结矿颗粒速度及相对平均速度分布（a）—现有中间单一布料的颗粒速度分布；（b）—边缘-中心混合布料的颗粒速度分布；（c）—现有中间单一布料的颗粒相对平均速度分布；（d）—边缘-中心混合布料的颗粒相对平均速度分布.

Fig.4 Distribution of sinter particle velocity and relative average velocity

图5 烧结矿运动流型（a）—现有中间单一布料方式；（b）—边缘-中心混合布料方式.

Fig.5 Flow pattern of sinter particles

图6 2种布料方式烧结矿颗粒的整体流指数

Fig.6 Mass flow index of sinter particles with two charging methods

图7 排料过程物料分布（a）—现有中间单一布料方式；（b）—边缘-中心混合布料方式.

Fig.7 Material distribution during discharge process

图8 稳态流动时物料分布（a）—现有中间单一布料方式；（b）—边缘-中心混合布料方式.

Fig.8 Material distribution in steady state flow

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