本發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計分析方法。

背景技術：

高爐布料溜槽承受強大的料流沖擊，溜槽槽道內料流沖擊區的沖擊破壞和磨損尤為嚴重，普通高爐布料溜槽在強大的料流沖擊力作用下，在6～8個月的時間內就會被擊穿，出現孔洞，因此高爐布料溜槽的長壽化議題得到了許多工程技術人員的關注，如：

授權公告號為CN100552047C的中國專利，公開了一種“布料溜槽”,其半圓形殼體的內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、耐沖擊強度；

授權公告號為CN101581541B的中國專利，公開了“一種長壽布料溜槽”，包括六邊形溜槽頭部、六邊形溜槽本體、耐磨襯板、輕質耐火材料和緊固件等附屬件，其在溜槽內部落料點處增加了料磨料存料板，防止料流對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耐火材料，減輕了溜槽重量并能抵抗爐內高溫中心氣流的沖擊，溜槽側面耐磨襯板和底面耐磨襯板采用凹凸交錯止口活連接，能有效的吸收耐磨襯板變形。

授權公告號為CN101857909B的中國專利，公開了“一種布料溜槽”，包括一個截面呈多邊形的殼體，其殼體的內表面上設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，所述的底板座兩側面上設有豎筋，所述的橫扦插板與底板座的底面設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，降低生產成本。

以上公開的高爐布料溜槽結構方案中，大多采用復雜的襯板結構，在溜槽內構成徑向溝槽或“井”字型溝槽，儲存一定的物料，形成局部的積料效果，但由于結構所限，積料效果有待強化，其料流沖擊區無法形成全覆蓋的料墊，致使槽內部分結構(如襯板等)暴露在料流的沖擊之下；而且襯板或附屬結構存在著銳角，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一些，但由于沒有產生“料打料”和“料磨料”的效果，因此，仍然存在結構復雜、積料結構短時間內被破壞后對溜槽沖擊區的防護效果差導致使用壽命較短的缺點。

技術實現要素：

本發明提供了一種高爐布料溜槽及其設計分析方法，采用離散元法模擬分析料流積料特點，設計與調整高爐布料溜槽的槽型及布筋方案，使布料時槽道內料流沖擊區形成全覆蓋的料墊，最終設計出具有顯著地“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高爐布料溜槽的沖擊及磨損，延長高爐布料溜槽的使用壽命。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種高爐布料溜槽，包括溜槽本體、設置在溜槽本體上部兩側的導軌和軸向擋板，溜槽本體由兩側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設有至少2道圓弧阻料筋。

所述圓弧錐面沿料流方向收窄。

所述溜槽本體上對應大圓弧凹面段和小圓弧凸面段的兩側壁板平行設置，對應圓弧錐面段的兩側壁板沿縱向傾斜設置，且斜度與圓弧錐面收窄的角度相配合。

所述溜槽本體材質為鑄鋼，槽道內堆焊硬質合金層。

高爐布料溜槽的設計分析方法，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)運用離散元分析原理，采用EDEM顆粒系統仿真分析軟件進行高爐布料時物料顆粒運動分析，分別設置顆粒的物理屬性、重力場及幾何屬性；

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

4)對物料顆粒進行工廠化設置，包括設置顆粒數量及運動速度；

5)設置求解條件并求解；

6)對高爐布料溜槽物料沖擊區的積料結果進行分析，包括模擬溜槽積料區和預測料墊形成區；具體是對高爐布料溜槽小傾角布料及大傾角布料兩種工況分別進行模擬，考察極限傾角時沖擊區的積料及料墊形成情況；

7)分析結論：設有大圓弧凹面、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，槽道內料流沖擊區的料墊底部物料顆粒運動速度大幅減小，大傾角時，為0～1.68m/s，小傾角時，為0～1.82m/s；能夠減輕物料對沖擊區內溜槽的磨損，起到了“料磨料”的作用。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)以離散元法為基礎，以EDEM顆粒系統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上，對溜槽本體的結構模擬分析，通過考察溜槽本體內物料流動及積料情況，在料流沖擊區內形成顯著的積料和料墊，減緩料流對溜槽本體的沖擊及磨損，在料流沖擊區內形成顯著的“料打料”及“料磨料”的有益效果；

2)溜槽本體的進料側采用等寬槽道，出料側采用上翹且收窄的圓錐形槽道，強化了槽內積料，有助于沖擊區的料墊形成；

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構，在其出料側形成了“半開茶壺嘴”式的積料結構，有利于積料和形成料墊；

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

附圖說明

圖1是本發明所述高爐布料溜槽的立體結構示意圖。

圖2是本發明所述高爐布料溜槽的縱向剖視圖。

圖3是本發明所述采用EDEM顆粒系統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是本發明所述采用EDEM顆粒系統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是本發明實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.導軌 3.軸向擋板

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1、圖2所示，本發明所述一種高爐布料溜槽，包括溜槽本體1、設置在溜槽本體1上部兩側的導軌2和軸向擋板3，溜槽本體1由兩側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12一側設有至少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上對應大圓弧凹面段和小圓弧凸面段的兩側壁板平行設置，對應圓弧錐面段的兩側壁板沿縱向傾斜設置，且斜度與圓弧錐面11收窄的角度相配合。

所述溜槽本體1材質為鑄鋼，槽道內堆焊硬質合金層。

高爐布料溜槽的設計分析方法，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)運用離散元分析原理，采用EDEM顆粒系統仿真分析軟件進行高爐布料時物料顆粒運動分析，分別設置顆粒的物理屬性、重力場及幾何屬性；

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

4)對物料顆粒進行工廠化設置，包括設置顆粒數量及運動速度；

5)設置求解條件并求解；

6)對高爐布料溜槽物料沖擊區的積料結果進行分析，包括模擬溜槽積料區和預測料墊形成區；具體是對高爐布料溜槽小傾角布料及大傾角布料兩種工況分別進行模擬，考察極限傾角時沖擊區的積料及料墊形成情況；

7)分析結論：設有大圓弧凹面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，槽道內料流沖擊區的料墊底部物料顆粒運動速度大幅減小，大傾角時，為0～1.68m/s，小傾角時，為0～1.82m/s；能夠減輕物料對沖擊區內溜槽的磨損，起到了“料磨料”的作用。

以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。

【實施例】

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，還與顆粒的物理性質、下料速度等有關，而離散元法是以牛頓第二定律為基礎進行顆粒碰撞計算的方法，能很好地處理顆粒動力學及粉體動力學問題，因此，本發明采用離散元法模擬溜槽積料和預測料墊形成狀態。

本實施例中采用的物料為燒結球團料，設置的初始料流速度為2m/s。

如圖5所示，高爐布料溜槽總長為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°。

本實施例采用EDEM顆粒系統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，物料顆粒運動速度為0～1.68m/s。

本實施例采用EDEM顆粒系統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，物料顆粒運動速度為0～1.82m/s。

本發明中，高爐布料溜槽底面沿料流方向先設有一個大圓弧凹面14，出料側底面為一個圓弧錐面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的出料側設有2道以上的圓弧阻料筋13。

當高爐布料溜槽工作時，上述結構促使物料在料流沖擊區形成積料及料墊，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小；同時，形成料墊以后，料流沖擊區料墊底部的物料顆粒運動速度大幅減小，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內物料對溜槽的磨損。

溜槽本體采用鑄鋼制造，并在槽道內堆焊硬質合金層，以提高內表面的抗磨能力；同時，溜槽本體的進料側重量較大，有效地減少了高爐布料溜槽的傾動力矩。溜槽本體的進料側布置有導軌2和軸向擋板3，并在導軌2兩側設有兩排螺栓孔，以便和驅動臂用螺栓固定在一起。出料側圓弧錐面段上部設有大圓孔，以備更換高爐布料溜槽時使用。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。