基于离散元方法的高炉炉顶罐排料行为
摘
要：本文建立了沙钢 5800m3 高炉炉顶料罐系统的三维模型，采用离散元方法对排料过
程进行了模拟计算，根据计算结果得到了排料时间、质量流量与料流阀开度的定量关系。并
深入分析了料罐排料过程，建立了相关数学模型，结合离散元模型，计算得出排料开启阶
段和收尾阶段约占总物料的
3～4％，正常排料约占 96～97％。
关
键 词：离散元方法；高炉炉顶料罐；排料；料流阀开度
1 背景
高炉是一个很大的反应器，焦炭和烧结矿在炉内逐层交替分布，热风从风口吹入。随着
反应的进行，料层不断下降，矿石颗粒在下降过程中被还原，不同相之间发生很多物理变
化和化学反应。而炉料
(焦炭和矿石)的分布很大程度上受高炉炉顶料罐在装料过程和排料过
程中的行为的影响。但是炉顶料罐的排料调节很难精确控制，因此实际排料时间与执行布料
矩阵的目标时间经常出现较大差异，严重影响了炉料的周向分布。由于涉及到大量的原燃料
颗粒运动，排料过程很难建立精确的数学模型去描述。有研究人员建立了相关几何模型并通
过计算得到了相关结果，但很难从微观角度分析
[1]。近年来随着计算机软硬件技术的快速
发展，可用离散元方法来计算分析料罐排料行为，从而建立相应的数学模型，以预测和优
化料罐排料过程，进而指导现场操作。本文使用离散元方法分析研究焦炭颗粒和烧结矿颗粒
在无料钟炉顶料罐中的排料行为。
2 离散元方法及理论
离散元方法是模拟固体颗粒行为方面最流行最可信的模拟方法。这种方法考虑了大量单
个颗粒的动力学特性。每两个颗粒之间的接触由
Voigt．模型给出：包括一个弹簧—阻尼对
和切向的滑动块摩擦
[2-3]。接触力 Fn 和 Ft 由以下方程计算：
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