[发明专利]一种高炉布料料面偏析数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉布料数模技术领域，特别涉及一种高炉布料料面偏析数值模拟方法，基于高炉布料理论、土坡稳定理论的料面偏析数值模拟，适用于对大型高炉偏析布料情况下的料面修正和模拟。

背景技术

高炉煤气分布，在很大程度上受炉料分布左右，为实现准确控制炉料分布，需要分析布料过程中影响炉料分布的物理现象，了解炉内的炉料分布情况，由于高炉的密闭性，无法直观观察和检测料面形状，必须借助数学方法，开发贴近实际的炉料分布模型。关于布料的模拟模型已有许多，大都只针对半边料层进行模拟，或认为左右两边的料层分布是对称的，而对于布料偏析情况下整个炉喉区域料层分布状况研究的很少。

布料偏析是指左右两边料线深度不同，主要由布料操作方式造成，布料偏析情况在大型高炉表现尤为突出。在布料偏析的情况下，左右两边的料层分布是完全不同的，且中心漏斗区域的位置会发生偏移，料面形状也会发生变化，为了正确模拟偏析料面的形状，需要对偏析布料过程炉料的物理运动过程进行深入的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉布料料面偏析数值模拟方法，该方法充分考虑了布料偏析情况下料面的变化机理，对于炉料滑移量的多少、滑移过程中各个环节的动作、滑移后的料面以及料面偏析对高炉径向矿焦比分布的影响等的量化分析进行了深入研究，能够细致地模拟炉料滑移、填充形成新料面的物理运动过程，进而能够实现对整个炉喉区域的料层分布状况进行模拟。

本发明基于高炉布料理论、边坡稳定理论，模拟料面偏析时炉料滑移填充的物理运动过程，采用反向求解过程，即先确定炉料填充曲面，再进行滑移曲面的迭代求解，实现步骤如下：

(1)以左右料线深度值，分别计算左右两边的三段法料面形状，保存料面方程；

(2)在左右料面方程的基础上，确定炉料填充曲面，并计算炉料填充量；

(3)以炉料填充量为目标值，迭代搜索、确定炉料滑移曲面，直到炉料滑移量与填充量相等，从而得到完整连续的滑移-填充曲面；

(4)将计算得到的炉料滑移曲面、填充曲面与原左右料面进行整合，形成整个炉喉直径范围的新料面，完成料面偏析修正；

(5)保存最终料面方程。

料面偏析时炉料滑移填充的物理运动过程，模拟方法如下：

F点为左边三段法料面与高炉中心线的交点，H点为右边三段法料面与高炉中心线的交点，假设AB圆弧为迭代计算确定的滑动圆弧面，发生滑移的炉料将沿坡度等于内摩擦角Φ并与滑动圆弧面AB相切的斜坡EF向高炉中心滑动，所以炉料滑移曲面即为AEF；当滑移区域AEF的炉料向高炉中心方向滑动时，不断填充，形成填充曲面FG′，炉料滑移填充最终形成的料面形状即为AEFG′；这样的模拟过程能够真实地反映偏析布料时炉料滑移填充的实际情况，不仅避免了错误填充，也更加符合物理运动规律。

所述的反向求解过程，即先确定炉料填充曲面，再进行滑移曲面的求解。具体实现步骤为：首先由F点坐标和炉料内摩擦角Φ可计算得到斜坡EF，以F点为切点拟和圆弧，使得圆弧既与EF相切，也与直线HG相切，切点为G′，这样得到的填充曲面即为FG′，由此计算填充区域FG′H的炉料填充量；然后以炉料填充量为目标值，迭代搜索滑动圆弧面AB、确定炉料滑移曲面AEF，并计算炉料滑移量，直到滑移量与填充量相等；最后将计算得到的炉料滑移曲面AEF、填充曲面FG′与原左右料面进行整合，形成整个炉喉直径范围的新料面MAEFG′N。

所述的迭代搜索滑动圆弧面AB的具体步骤为：C点为三段法料面的分段点，P为CD垂直线与FP水平线的交点，在已求得填充曲面FG′和炉料填充量的基础上，以P为起点，沿右上方横纵间隔(0.01m～0.1m)划分网格，再以网格中的某个节点为圆心O，作圆弧AB，与EF相切；将AB作为可能的滑动圆弧面，得到可能的滑移曲面AEF，计算AEF滑移区域的炉料滑移量，以此循环迭代搜索，直到炉料滑移量与填充量相等为止。

所述的炉料滑移量和填充量的计算方法如下：如图2所示，采用条分法将滑移区域和填充区域进行划分，以滑移区域为例，从A点开始每隔0.01m将AEF区域分成若干同心环形薄片，分别计算每个微元体的体积，再求和即可。

本发明的有益效果：

本发明是一种料面偏析数值模拟方法，以布料理论、土坡稳定理论为基础，通过分析研究布料偏析时炉料的物理运动过程，提出偏析料面修正的具体方法，能够实现整个炉喉区域偏析料面分布状况的数值模拟，相比传统的布料模型，更贴近实际，能为高炉操作者进行布料调整、改善煤气流分布提供依据。局限性小，适用于各种类型布料模型的料面修正。