混勻

國際市場上鐵礦石價格居高不下，國內大型礦山資源缺乏，致使各鋼廠燒結原料來源複雜，粒度、化學成分波動增大，而當今大高爐生產對原料質量的穩定性要求越來越高。原料場的混勻工藝主要是通過配料及混勻堆取作業達到均化和穩定燒結含鐵原料的作用，為燒結和高爐長期穩定生產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在鋼鐵生產中發揮着越來越重要的作用。 ^[1] 

混勻系統主要包括：混勻配料槽、混勻配料系統、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、火車等輸入設施有關，也與下游的燒結配料生產有關。物料首先從碼頭等端口輸入到一次料場貯存；在混勻生產需要時，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將各種原料按照一定比例配料後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後送至燒結配料槽，用於燒結生產。 ^[1] 

在實際生產中，以上物料流程將同時作業，按照混勻配料方案和堆積作業計劃，生產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，然後通過混勻配料槽下的定量給料裝置，按照預先設定的輸出能力向槽下膠帶機供料，並運入混勻料場進行混勻堆積作業。

如果設計和生產管理不善，很可能導致混勻作業緊張，實際參與混勻品種數減少，堆積層數減少，生產維護時間不足，降低混勻效果，嚴重的還可能造成產能不足。 ^[1] 

根據混勻系統生產流程分析，混勻系統物流仿真模型可由 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、調度中心模塊、參數設置和結果輸出模塊。建立混勻仿真模型後需要進行模型驗證。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，確保模型按照預先設想的邏輯運行，可以通過觀察模型的運行過程是否與預期過程一致來實現。另一方面，可通過理論計算某些作業數據，與仿真結果數據進行對比，確定仿真模型是否與實際模型吻合。 ^[1] 

燒結粉礦、廠內回收料、球團篩下粉輸送至混勻配料槽混勻配料槽的作業非常緊張，混勻配料槽的庫存出現負值。由於庫存出現負值，槽上一次連續加料量增大，相當於槽容增大，這也導致了燒結粉、內回收料、球團篩下粉輸送至混勻配料槽的雙線仿真作業率偏小。以上現象説明槽上供料能力嚴重不足，在實際生產中會出現部分料出現空槽現象，無法滿足配料生產要求。分析有如下原因：首先，參與混勻品種多，換料次數多；其次，一次料場距離混勻配料槽較遠，系統起停的輔助作業時間佔比過大；再者，混勻配料槽的槽容量較小，緩衝能力較低；此外，槽下輸出能力太大，槽內物料消耗快。

如降低槽下輸出能力、擴大槽容、減少參與混勻的粉礦品種，可使槽存負值現象消失。混勻配料槽的庫存保持正值説明槽上的供料能力能夠滿足混勻連續生產的需要。通過仿真，我們獲取了該混勻系統的合適的參數配置。 ^[1] 

為研究轉爐的局域攪拌和混勻效果，以 55 t 轉爐為原型，建立轉爐水模型，在不同噴吹條件下，通過多點測量的方式，對轉爐進行水模擬實驗。結果表明： 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； 頂底復吹條件下，隨着槍位的升高，熔池內 4 個測量點的混勻時間均先變小後增大，並找到平均混勻時間最短的底吹方式，在此底吹佈置方式下的槍位為 0.16 m 時，側壁面的上部和下部以及環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佈置和非對稱佈置下的攪拌和混勻效果可知，底吹噴嘴的非對稱且集中佈置更有利於改善轉爐內流場，減少攪拌弱區。 ^[2] 

實驗在參考數值模擬結果的基礎上，選取熔池內不同位置的 P1 ，P2 ，P3 ，P4 點作為測量點，其中 P1位於底部中心處，P2 位於下側壁面處，P3 位於熔池內部 r = 0.6 R₀ ，h = 0.4L₀ 的環流中心處( R₀ 為熔池直徑，L₀ 為熔池深度，r 為距轉爐中心距 P3 點的水平距離，h 為液麪到 P₃ 點的垂直距離) ，P₄ 位於上側壁面處。4個測量點和轉爐軸線共面，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佈置方式對實驗結果的影響，使測量面過相鄰較遠的 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於攪拌效果較差的區域。 ^[2] 

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 種底吹佈置方式中，噴嘴均關於底部中心對稱，上升氣流的攪拌作用在底部中心產生疊加，使底部中心附近傳質加快，故 P₁ 附近混勻效果較好。 ^[2] 

底吹流量由 0.5 m³ /h 增大到 1.0 m³ /h 時，混勻時間變短，且在所有底吹佈置方案中，非對稱佈置的 N9 平均混勻時間最短，熔池整體攪拌效果最好。與對稱佈置方式相比，底吹噴嘴非對稱佈置時，相鄰噴嘴位於在不同直徑的圓周上，可以擴大徑向上的攪拌範圍，此外，兩個噴嘴集中佈置可以強化區域的攪拌效果。比較不同底吹方式下的混勻時間可知： 純底吹條件下，底吹方式對轉爐混勻時間影響很大，底吹噴嘴非對稱且相對集中佈置時可獲得更好的攪拌效果。 ^[2] 

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，高速射流與液麪發生彈性碰撞，衝擊形成凹坑，水平切向的動量以環流的形式很難傳遞到熔池底部中心附近。隨着槍位的升高，4 個測點處的混勻時間呈先減小後增大的趨勢，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。 ^[2] 

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，説明底吹方式 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。隨着槍位的升高，平均混勻時間先減小後增大； 當槍位為 0.16 m 時，平均混勻時間最短，説明該槍位下熔池整體混勻效果最好。當槍位處於 0.14 m 和 0.16 m 時，復吹下的熔池整體混勻效果優於純頂吹，當槍位在 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； 當槍位為 0.22 m，底吹方式 N9 流量 1.0 m³ /h 的復吹平均混勻時間最短。 ^[2]