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湘钢1号高炉炉顶气密箱安装误差 对高炉布料影响研究与分析

时间:2020-01-14 05:22来源:华菱湘钢炼铁厂 作者:刘连福 点击:
  • 摘要  本文针对湘潭钢铁公司炼铁厂1号高炉炉顶钢圈在生产期间受热发生微量变形无法恢复,导致气密箱更换安装水平度偏差超出设备安装标准问题,通过建立高炉布料理论模型,对气密箱水平度安装偏差对炉内布料影响进行了分析,对其影响进行了评估并给出了解决方案。 

     

    关键词  气密箱  布料  炉顶钢圈  误差 


    1 前言

    湘潭钢铁公司炼铁厂1号高炉于2015年6月进行48h定修期间对高炉炉顶气密箱进行更换。由于近2年以来1号高炉炉况波动频繁,炉顶顶温控制难度较大,原气密箱拆除后,对高炉炉顶钢圈水平度进行检测,发现炉顶钢圈发生微量变形,受检修工期影响并未对炉顶钢圈变形进行校正,而是参照以往设备安装经验直接安装备件。为此有必要建立高炉布料模型,分析安装水平偏差对布料轨迹的影响并做评估。

    2 1号高炉炉顶钢圈变形量及水平误差数据

    通过对炉顶钢圈水平度进行检测,1号高炉炉顶钢圈最低点检测数据1427mm,位于东南方向;炉顶钢圈最高点检测数据1421mm,位于正北方向;水平度偏差MAX值6mm。参照《炼铁设备安装标准》安装要求,炉顶钢圈直径3310mm,炉顶钢圈水平度许可偏差1mm,实际检测数据水平度偏差6mm,为标准许可偏差6倍。炉顶钢圈各点检测数据见图1。

    image.png

    3 高炉布料过程模型建立

    料罐内矿石原料在炉顶料流调节阀打开后,先后通过八角溜槽、下阀箱、气密箱中心喉管、布料溜槽,最后落到料面。炉顶布料设备安装位置见图2。

    image.png

    高炉布料过程通过建立力学模型,取单块矿石进行分析对象,模拟其运动轨迹。在正常生产中矿石原料下落过程中的受力包括:重力G、摩擦力N、溜槽旋转带来的惯性力W、炉内气流托力P。考虑到正常料流轨迹测定时,高炉为休风状态,气流托力P可忽略不计,而溜槽运行转速为8r/min,属低速旋转,旋转惯性力W影响较小。为便于计算分析,建立简化自由落体力学模型对其运行轨迹进行分析,其受力分析如图3。

    image.png

    为后续分析计算方便,定义以下符号含义:

     -矿石进入溜槽时初始速度;

     -矿石在溜槽出口时沿溜槽方向速度;

     -矿石在溜槽出口时沿水平方向分速度;

     -布料溜槽设定布料角度,溜槽与y轴夹角;

     -布料溜槽倾角, 溜槽与x轴夹角, ;

     -溜槽摩擦系数,依据文献[2]钢溜槽取值0.33;

     -溜槽有效长度,湘钢1高炉溜槽有效长度3。5m;

     -溜槽末端到料面垂直高度;

    H-布料溜槽旋转中心点到参考平面高度,湘钢1高炉H为6。8m;

     -矿石环形布料料堆半径。

    3。1  矿石初始速度确定

    矿石原料在料流调节阀打开后,开始经过八角溜槽、下阀箱、中心喉管进入布料溜槽,矿石在进入溜槽的初始速度,在闸门设计著作中,给出以下计算公式 :

    image.png

     为矿石系数, ,取0.3; r为中心喉管水力学半径, ,其中D为中心喉管直径0.76m,d为烧结矿标准尺寸,湘钢烧结矿平均尺寸0.015m,r为0.18625m;将以上数值代入公式,则矿石在进入溜槽的初始速度:

    image.png

    3.2  矿石在溜槽出口速度确定

         矿石在布料溜槽上移动运行中,依据简化力学模型其在溜槽方向所受合力:

    image.png

    依据牛顿定律,矿石的移动可用以下公式表示:

    image.png

     由上公式可得:

    image.png

     对上式进行两边积分可得:

    image.png

     所以:

    image.png

    由上式得:

    image.png

    3.3  矿石落点半径的确定

    矿石出布料溜槽后沿溜槽方向速度为 ,水平方向分速度image.png

    矿石出布料溜槽后到达料面时间image.png

     溜槽末端到料面垂直高度image.png

    矿石出布料溜槽后到达料面形成的料堆半径 计算式

    image.png

    4  气密箱水平度安装误差对溜槽布料角度 影响分析

       炉顶钢圈水平度误差绝对值为6mm,炉顶钢圈直径为3310mm,设定1427为绝对0点位置,最高点1421相对绝对零点位置角度为 。 

       布料溜槽布料期间,溜槽始终围绕炉体中心线和溜槽销轴中心线交叉点A点做圆周运动。1号高炉正常炉内操作布料溜槽布料角度摆动 角度在12°~43°之间摆动,由于炉顶钢圈存在倾斜角度0.10386°,溜槽运转到炉顶钢圈最高点一侧时,实际布料角度为 +0.10386°。

    5 气密箱水平度安装误差对高炉布料轨迹影响分析

    为便于分析对比,选定炉喉钢砖平面为参考面,以原料落到炉喉钢砖平面时形成的环形料堆半径进行对比分析,确定其影响大小,布料过程矿石运行轨迹如图4。

    image.png

    1号高炉布料过程中布料溜槽布料角度 角度设定在12°~43°之间,由于安装误差导致溜槽角度大于设定角度0.10386°。通过分析布料溜槽最小布料角度和最大布料角度时矿石到达炉喉钢砖平面形成料堆环形半径,来判断安装误差影响(见表1)。

    image.png

    从表1可以看出小角度12°布料时料堆半径较正常增加13.7mm,与烧结矿平均尺寸值接近,影响率为7.46‰,对中心布料有轻微影响,但其影响并不大,如工艺需要可通过调小布料溜槽布料摆角β1下限值约0.10386°进行控制;在大角度43°布料时料堆半径较正常减小0.8mm,影响率为0.21‰,安装误差对此状态下布料半径几乎无影响。

    6  结 语

    气密箱水平度安装误差过大是气密箱更换安装中经常遇到的设备安装问题,通过建立数学及力学模型进行分析,湘潭钢铁公司炼铁厂1号高炉6mm误差对于高炉布料影响主要体现在小角度中心布料时存在轻微影响,但其影响并不大。

    7  参考文献

    [1]  萧玲珠,陆延。高炉炼铁高炉炼铁新工艺、新技术实用手册【M】。北京:冶金工业出版社,2007。

    [2]  阿尔费洛夫等.存仓装置【M】.北京:机械工业出版社,1958.

    [3]  刘云彩.高炉布料规律【M】.北京:冶金工业出版社,2012.

    (责任编辑:zgltw)
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