混匀矿布料数值模拟及端部料取用优化分析

摘要

矿石原料来源广泛，品位、成分千差万别。为防止矿石成分波动影响高炉炉况顺行，一般将矿石混匀后供烧结使用。实际生产中多采用混匀料场，将不同种类的矿石按一定比例混成混匀大堆。实践证实，混匀过程可保证供给烧结的原料成分尽量稳定，高炉可获得较好的效果。然而，在混匀大堆的两端混匀矿质量波动较大，无法直接取用，影响了混匀生产效率和混匀生产效果。
　　本研究根据实际生产过程的特点，通过试验考察了对粉体自然堆积过程特点，并在此基础上建立了混匀矿堆积模型，利用矿石堆角、矿石堆积量及布料区间等参数，得到三维空间下混匀矿堆内部结构;通过取料模型分析了不同取料倾角、取料位置的混匀矿成分;根据生产要求，对混匀矿合理的端部料取用量进行了优化分析。主要结论如下:
　　(1)使用细砂进行物理模拟，根据物理模拟结果，提出锥型料堆法模型:将布料过程分解为在离散化的空间位置上布放的锥形料堆。据此确定了布料数学方程，进行了数学建模工作。
　　(2)采用Visual C++语言开发了布料和取用的计算程序。为解决布料模块因试差法造成的循环结构多、计算量大等问题，采用先粗后细的两步法逐次逼近计算结果，效率明显改善。同时，选择快速而高效的Bresenham算法对直线与圆算法进行拼接，进一步提高了计算效率。将细砂物理模拟与数学模型计算结果进行比较，二者基本规律和趋势一致。证明计算程序可用于模拟实际布料过程。
　　(3)对计算结果的精度分析表明，程序计算误差可分为物料参数误差和模型缺陷误差两类。前者可通过提高物料参数数据的准确性控制，后者为模型固有误差，减小模型网格的尺寸可在一定程度上降低误差。结果表明，计算精度与网格尺寸的三次方成反比例关系。
　　(4)使用编制的计算程序分析了“变起点延时定终点”、“定起点定终点”两种布料模式的特点。结果显示:在同样的原料和布料顺序条件下，变起点布料头部料中各部分曲线变化较平缓，定起点布料头部区域内成分波动较大，与主体部分偏差较大。“变起点延时定终点”布料方式有利于减小端部料量。
　　(5)通过计算分析了布料层数、取料倾角、矿石堆积顺序等因素对混匀矿成分的影响。结果表明增加布料层数成分稳定性有明显的提高;随着取料倾角与物料堆角接近，端部料减少;矿石布料顺序对混匀矿成分有明显影响。
　　(6)根据研究结果，对布料、取用过程等参数优化，确定了优化操作工艺。使用“变起点、延时定终点”布料方式，在保证料面覆盖和效率的情况下尽量提高布料层数，采用“等硅排铁”顺序布料，取料耙倾角37°的操作参数下，可以获得较小的端部料量。根据现场布料参数，取主体成分波动小于±（δ/2）％为波动极限，进行优化计算，结果表明，端部料长度由优化前24.4m(距头部16.0m至距尾部8.4m)，减小到6.0m(距头部3.0m至距尾部3.0m)。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 混匀工艺流程

1．3 影响混匀矿质量的因素

1．3．1 原料条件

1．3．2 混匀矿堆积层数

1．3．3 堆料与取料操作

1．4 混匀矿研究现状

1．5 课题提出

1．5．1 生产概况

1．5．2 课题提出

1．6 研究内容和意义

第2章 混匀矿堆积数学建模

2．1 研究方案

2．2 相关研究方法

2．2．1 DEM法

2．2．2 经典物理模拟

2．3 物理模拟研究

2．3．1 模拟介质

2．3．2 细砂预处理

2．3．3 实验方法

2．4 成堆特性的物理模拟研究

2．4．1 自然成堆特性

2．4．2 底面形状对成堆影响

2．4．3 料堆层断面形状

2．5 模拟结果分析

2．5．1 颗粒成堆规律

2．5．2 端部料产生机理

2．6 数学模型建立

2．6．1 模型提出

2．6．2 布料过程的数学描述

2．7 小结

第3章 混匀矿布料分析程序的开发

3．1 程序开发

3．1．1 主要功能设计

3．1．2 开发环境及系统要求

3．1．3 Visual C++简介

3．1．4 程序编写基础

3．1．5 面料模块

3．1．6 取用模块

3．2 自定义函数开发与介绍

3．2．1 布料算法选择

3．2．2 Bresenham原理

3．2．3 在布料中的应用

3．3 辅助程序

3．3．1 单层布料量的统计

3．3．2 料堆层外观及断面分析

3．4 程序功能及界面

3．4．1 布料模块

3．4．2 取用模块

3．5 小结

第4章 混匀矿堆积的计算分析

4．1 混匀矿规程特征分析

4．1．1 混匀矿断面特征

4．1．2 混匀矿断面成分

4．2 不同布料模式影响分析

4．2．1 对矿石取用比例影响

4．2．2 对混匀矿成分的影响

4．3 布料顺序的影响

4．4 程序精度分析

4．4．1 模型缺陷误差

4．4．2 参数精度误差

4．5 小结

第5章 混匀矿端部料取用的优化研究

5．1 端部料量确定原则

5．2 端部料量的优化

5．2．1 取料倾角

5．2．2 布料层数

5．2．3 布料顺序优化

5．3 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文

论文包含的图、表、公式及文献