本發(fā)明涉及一種高爐布料溜槽，尤其涉及一種具有料打料和料磨料效果的高爐布料溜槽及其設(shè)計(jì)分析方法。

背景技術(shù)：

高爐布料溜槽承受強(qiáng)大的料流沖擊，溜槽槽道內(nèi)料流沖擊區(qū)的沖擊破壞和磨損尤為嚴(yán)重，普通高爐布料溜槽在強(qiáng)大的料流沖擊力作用下，在6～8個(gè)月的時(shí)間內(nèi)就會(huì)被擊穿，出現(xiàn)孔洞，因此高爐布料溜槽的長(zhǎng)壽化議題得到了許多工程技術(shù)人員的關(guān)注，如：

授權(quán)公告號(hào)為CN100552047C的中國(guó)專利，公開了一種“布料溜槽”,其半圓形殼體的內(nèi)圓面上固定軸向串列、徑向并列若干具有合金刀頭的單元襯板，通過在單元襯板中注入了合金刀頭，提高襯板的耐磨、耐腐蝕、耐沖擊強(qiáng)度；

授權(quán)公告號(hào)為CN101581541B的中國(guó)專利，公開了“一種長(zhǎng)壽布料溜槽”，包括六邊形溜槽頭部、六邊形溜槽本體、耐磨襯板、輕質(zhì)耐火材料和緊固件等附屬件，其在溜槽內(nèi)部落料點(diǎn)處增加了料磨料存料板，防止料流對(duì)耐磨襯板的直接沖擊，在溜槽本體中段和前段外表面噴涂有輕質(zhì)耐火材料，減輕了溜槽重量并能抵抗?fàn)t內(nèi)高溫中心氣流的沖擊，溜槽側(cè)面耐磨襯板和底面耐磨襯板采用凹凸交錯(cuò)止口活連接，能有效的吸收耐磨襯板變形。

授權(quán)公告號(hào)為CN101857909B的中國(guó)專利，公開了“一種布料溜槽”，包括一個(gè)截面呈多邊形的殼體，其殼體的內(nèi)表面上設(shè)有與其形狀相適配的底板座，該底板座底面上沿縱向至少設(shè)有一組由橫扦插板和縱扦插板扦插成的”井”字形扦插板組件；耐磨抗沖擊落料口組件，所述的底板座兩側(cè)面上設(shè)有豎筋，所述的橫扦插板與底板座的底面設(shè)有方向相同的傾斜角，所述的”井”字形扦插板組件中部底面的空隙上設(shè)有抗沖擊塊。其目的是提高布料溜槽的使用壽命和方便維修更換，降低生產(chǎn)成本。

以上公開的高爐布料溜槽結(jié)構(gòu)方案中，大多采用復(fù)雜的襯板結(jié)構(gòu)，在溜槽內(nèi)構(gòu)成徑向溝槽或“井”字型溝槽，儲(chǔ)存一定的物料，形成局部的積料效果，但由于結(jié)構(gòu)所限，積料效果有待強(qiáng)化，其料流沖擊區(qū)無(wú)法形成全覆蓋的料墊，致使槽內(nèi)部分結(jié)構(gòu)(如襯板等)暴露在料流的沖擊之下；而且襯板或附屬結(jié)構(gòu)存在著銳角，抗磨損效果較差；因此，雖然與普通高爐布料溜槽相比使用壽命可延長(zhǎng)一些，但由于沒有產(chǎn)生“料打料”和“料磨料”的效果，因此，仍然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、積料結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)被破壞后對(duì)溜槽沖擊區(qū)的防護(hù)效果差導(dǎo)致使用壽命較短的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種高爐布料溜槽及其設(shè)計(jì)分析方法，采用離散元法模擬分析料流積料特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與調(diào)整高爐布料溜槽的槽型及布筋方案，使布料時(shí)槽道內(nèi)料流沖擊區(qū)形成全覆蓋的料墊，最終設(shè)計(jì)出具有顯著地“料打料”和“料磨料”效果的高爐布料溜槽，可有效地減緩料流對(duì)高爐布料溜槽的沖擊及磨損，延長(zhǎng)高爐布料溜槽的使用壽命。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高爐布料溜槽，包括溜槽本體、設(shè)置在溜槽本體上部?jī)蓚?cè)的導(dǎo)軌和軸向擋板，溜槽本體由兩側(cè)壁板和底面組成槽道；所述溜槽本體的底面沿料流方向由依次連接的大圓弧凹面、小圓弧凸面和圓弧錐面組成，大圓弧凹面靠近小圓弧凸面一側(cè)設(shè)有至少2道圓弧阻料筋。

所述圓弧錐面沿料流方向收窄。

所述溜槽本體上對(duì)應(yīng)大圓弧凹面段和小圓弧凸面段的兩側(cè)壁板平行設(shè)置，對(duì)應(yīng)圓弧錐面段的兩側(cè)壁板沿縱向傾斜設(shè)置，且斜度與圓弧錐面收窄的角度相配合。

所述溜槽本體材質(zhì)為鑄鋼，槽道內(nèi)堆焊硬質(zhì)合金層。

高爐布料溜槽的設(shè)計(jì)分析方法，包括如下步驟：

1)采用三維制圖軟件建立高爐布料溜槽模型及高爐中心喉管模型，并組成三維裝配體模型；

2)運(yùn)用離散元分析原理，采用EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件進(jìn)行高爐布料時(shí)物料顆粒運(yùn)動(dòng)分析，分別設(shè)置顆粒的物理屬性、重力場(chǎng)及幾何屬性；

3)將在三維制圖軟件中建立的三維裝配體模型導(dǎo)入EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件；

4)對(duì)物料顆粒進(jìn)行工廠化設(shè)置，包括設(shè)置顆粒數(shù)量及運(yùn)動(dòng)速度；

5)設(shè)置求解條件并求解；

6)對(duì)高爐布料溜槽物料沖擊區(qū)的積料結(jié)果進(jìn)行分析，包括模擬溜槽積料區(qū)和預(yù)測(cè)料墊形成區(qū)；具體是對(duì)高爐布料溜槽小傾角布料及大傾角布料兩種工況分別進(jìn)行模擬，考察極限傾角時(shí)沖擊區(qū)的積料及料墊形成情況；

7)分析結(jié)論：設(shè)有大圓弧凹面、小圓弧凸面、圓弧錐面和圓弧阻料筋的高爐布料溜槽，在小傾角布料及大傾角布料兩種工況下，在小圓弧凸面、圓弧阻料筋、大圓弧凹面上均能夠覆蓋一層料墊，可減緩料流沖擊，起到了“料打料”的作用；同時(shí)，槽道內(nèi)料流沖擊區(qū)的料墊底部物料顆粒運(yùn)動(dòng)速度大幅減小，大傾角時(shí)，為0～1.68m/s，小傾角時(shí)，為0～1.82m/s；能夠減輕物料對(duì)沖擊區(qū)內(nèi)溜槽的磨損，起到了“料磨料”的作用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)以離散元法為基礎(chǔ)，以EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件為工具，在充分考慮溜槽本體形狀、物料的物理屬性、物料的初始速度、物料的初始高度等條件基礎(chǔ)上，對(duì)溜槽本體的結(jié)構(gòu)模擬分析，通過考察溜槽本體內(nèi)物料流動(dòng)及積料情況，在料流沖擊區(qū)內(nèi)形成顯著的積料和料墊，減緩料流對(duì)溜槽本體的沖擊及磨損，在料流沖擊區(qū)內(nèi)形成顯著的“料打料”及“料磨料”的有益效果；

2)溜槽本體的進(jìn)料側(cè)采用等寬槽道，出料側(cè)采用上翹且收窄的圓錐形槽道，強(qiáng)化了槽內(nèi)積料，有助于沖擊區(qū)的料墊形成；

3)溜槽本體中大圓弧凹面，小圓弧凸面、圓弧錐面形成的槽道結(jié)構(gòu)，在其出料側(cè)形成了“半開茶壺嘴”式的積料結(jié)構(gòu)，有利于積料和形成料墊；

4)至少2道圓弧阻料筋的設(shè)置，可以減緩料流速度，有利于積料，增加料墊的厚度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述高爐布料溜槽的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述高爐布料溜槽的縱向剖視圖。

圖3是本發(fā)明所述采用EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件模擬大傾角布料工況下料流速度的示意圖。

圖4是本發(fā)明所述采用EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件模擬小傾角布料工況下料流速度的示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中高爐布料溜槽主要尺寸示意圖。

圖中：1.溜槽本體 11..圓弧錐面 12.小圓弧凸面 13.圓弧阻料筋 14.大圓弧凹面 2.導(dǎo)軌 3.軸向擋板

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述一種高爐布料溜槽，包括溜槽本體1、設(shè)置在溜槽本體1上部?jī)蓚?cè)的導(dǎo)軌2和軸向擋板3，溜槽本體1由兩側(cè)壁板和底面組成槽道；所述溜槽本體1的底面沿料流方向由依次連接的大圓弧凹面14、小圓弧凸面12和圓弧錐面11組成，大圓弧凹面14靠近小圓弧凸面12一側(cè)設(shè)有至少2道圓弧阻料筋13。

所述圓弧錐面11沿料流方向收窄。

所述溜槽本體1上對(duì)應(yīng)大圓弧凹面段和小圓弧凸面段的兩側(cè)壁板平行設(shè)置，對(duì)應(yīng)圓弧錐面段的兩側(cè)壁板沿縱向傾斜設(shè)置，且斜度與圓弧錐面11收窄的角度相配合。

所述溜槽本體1材質(zhì)為鑄鋼，槽道內(nèi)堆焊硬質(zhì)合金層。

高爐布料溜槽的設(shè)計(jì)分析方法，包括如下步驟：

1)采用三維制圖軟件建立高爐布料溜槽模型及高爐中心喉管模型，并組成三維裝配體模型；

2)運(yùn)用離散元分析原理，采用EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件進(jìn)行高爐布料時(shí)物料顆粒運(yùn)動(dòng)分析，分別設(shè)置顆粒的物理屬性、重力場(chǎng)及幾何屬性；

3)將在三維制圖軟件中建立的三維裝配體模型導(dǎo)入EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件；

4)對(duì)物料顆粒進(jìn)行工廠化設(shè)置，包括設(shè)置顆粒數(shù)量及運(yùn)動(dòng)速度；

5)設(shè)置求解條件并求解；

6)對(duì)高爐布料溜槽物料沖擊區(qū)的積料結(jié)果進(jìn)行分析，包括模擬溜槽積料區(qū)和預(yù)測(cè)料墊形成區(qū)；具體是對(duì)高爐布料溜槽小傾角布料及大傾角布料兩種工況分別進(jìn)行模擬，考察極限傾角時(shí)沖擊區(qū)的積料及料墊形成情況；

7)分析結(jié)論：設(shè)有大圓弧凹面14、小圓弧凸面12、圓弧錐面11和圓弧阻料筋13的高爐布料溜槽，在小傾角布料及大傾角布料兩種工況下，在小圓弧凸面12、圓弧阻料筋13、大圓弧凹面14上均能夠覆蓋一層料墊(圖3、圖4中深色部分)，可減緩料流沖擊，起到了“料打料”的作用；同時(shí)，槽道內(nèi)料流沖擊區(qū)的料墊底部物料顆粒運(yùn)動(dòng)速度大幅減小，大傾角時(shí)，為0～1.68m/s，小傾角時(shí)，為0～1.82m/s；能夠減輕物料對(duì)沖擊區(qū)內(nèi)溜槽的磨損，起到了“料磨料”的作用。

以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。

【實(shí)施例】

高爐布料料槽的積料情況不但與高爐布料料槽的形狀有關(guān)，還與顆粒的物理性質(zhì)、下料速度等有關(guān)，而離散元法是以牛頓第二定律為基礎(chǔ)進(jìn)行顆粒碰撞計(jì)算的方法，能很好地處理顆粒動(dòng)力學(xué)及粉體動(dòng)力學(xué)問題，因此，本發(fā)明采用離散元法模擬溜槽積料和預(yù)測(cè)料墊形成狀態(tài)。

本實(shí)施例中采用的物料為燒結(jié)球團(tuán)料，設(shè)置的初始料流速度為2m/s。

如圖5所示，高爐布料溜槽總長(zhǎng)為5290mm，其中大圓弧凹面14的半徑為2510mm，小圓弧凸面12的半徑為1290mm，圓弧阻料筋13的半徑為150mm，圓弧錐面11的錐角為6°。

本實(shí)施例采用EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件模擬大傾角布料工況下料流速度的過程如圖3所示，物料顆粒運(yùn)動(dòng)速度為0～1.68m/s。

本實(shí)施例采用EDEM顆粒系統(tǒng)仿真分析軟件模擬小傾角布料工況下料流速度的過程如圖4所示，物料顆粒運(yùn)動(dòng)速度為0～1.82m/s。

本發(fā)明中，高爐布料溜槽底面沿料流方向先設(shè)有一個(gè)大圓弧凹面14，出料側(cè)底面為一個(gè)圓弧錐面11，大圓弧凹面14和圓弧錐面11過渡處采用小圓弧凸面12相銜接，大圓弧凹面14的出料側(cè)設(shè)有2道以上的圓弧阻料筋13。

當(dāng)高爐布料溜槽工作時(shí)，上述結(jié)構(gòu)促使物料在料流沖擊區(qū)形成積料及料墊，形成料墊后，從高爐中心喉管落下的料流直接沖擊在料墊上，形成了顯著地“料打料”有益效果；由于料墊的緩沖作用，使高爐布料溜槽所受的料流沖擊力大為減??；同時(shí)，形成料墊以后，料流沖擊區(qū)料墊底部的物料顆粒運(yùn)動(dòng)速度大幅減小，物料顆粒僅在料墊上部形成料流，形成“料磨料”的有益效果，從而減輕了料流沖擊區(qū)內(nèi)物料對(duì)溜槽的磨損。

溜槽本體采用鑄鋼制造，并在槽道內(nèi)堆焊硬質(zhì)合金層，以提高內(nèi)表面的抗磨能力；同時(shí)，溜槽本體的進(jìn)料側(cè)重量較大，有效地減少了高爐布料溜槽的傾動(dòng)力矩。溜槽本體的進(jìn)料側(cè)布置有導(dǎo)軌2和軸向擋板3，并在導(dǎo)軌2兩側(cè)設(shè)有兩排螺栓孔，以便和驅(qū)動(dòng)臂用螺栓固定在一起。出料側(cè)圓弧錐面段上部設(shè)有大圓孔，以備更換高爐布料溜槽時(shí)使用。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。