转底炉均匀布料的离散元模拟及实验研究

论文摘要

转底炉工艺作为一种非常有发展价值的冶金工艺,是当前冶金业中研究的热门课题之一。而转底炉均匀布料问题作为其工艺的一个关键问题,一直阻碍着转底炉品质、产量和效率的提高。尽管大量的工作者对其布料方法进行了深入研究,目前仍然无法达到严格意义上的径向、周向物料均匀。本文采用基于颗粒离散元理论和振动理论,并通过离散元软件PFC2D&3D对转底炉振动式均匀给料过程进行系统地研究。主要研究内容如下:1.针对转底炉均匀布料的特殊性,分析了典型的给料装置对转底炉给料的优缺点,得出振动给料机可以作为转底炉布料机的可行性。2.针对振动机上物料运动形式复杂多变的现象,结合振动理论对不同振动参数下物料的运动规律进行研究,获取物料在振动状态下的基本运动规律。并根据不同规格的转底炉,为了满足转底炉径向方向均匀布料的要求,在振动机上设置不同的下料曲线,通过对下料曲线不同位置下落的颗粒数量来测量下料曲线是否满足转底炉不同半径位置上物料厚度相同的布料要求。3.针对具有稳定的物料来源的振动给料机,在不同的振动参数下能否实现转底炉径向、周向均匀布料的要求进行了研究。根据模拟过程中难以描述物料的均匀性的特点,运用物料的孔隙率来描述炉膛内物料的均匀性的方案,经验证该方案切实可行。4.进一步对均匀下料曲线振动给料机进行转底炉均匀布料的试验研究,获取相关实际数据,提出进一步改进的方案。本文利用离散元软件,从获得稳定振动给料、径向线性比周向均匀的下料量、转底炉内物料均匀性三个主要方面对转底炉布料过程进行了数值模拟结合理论设计及试验的研究。从而证实了通过离散元来研究转底炉均匀布料是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 转底炉工艺发展
• 1.1.2 转底炉功能特点
• 1.2 转底炉布料要求
• 1.2.1 转底炉布料难点
• 1.3 转底炉布料的研究现状
• 1.3.1 布料方式
• 1.3.2 研究现状
• 1.4 颗粒离散元法
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 颗粒离散元
• 2.1 颗粒物质
• 2.1.1 颗粒离散元方法
• 2.1.2 布料离散元模拟流程
• 2.1.3 离散元软件PFC
• 2.2 PFC 基本原理
• 2.2.1 PFC2D&3D 接触本构模型
• 2.2.2 力—位移定律
• 2.2.3 运动定律
• 2.3 时间步长的确定
• 2.3.1 简谐振动法
• 2.3.2 颗粒接触时间法
• 2.3.3 瑞利波法（Rayleigh wave）
• 2.4 阻尼计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 振动给料机上物料运动规律
• 3.1 振动机及物料运动方程的求解
• 3.1.1 振动机的振型
• 3.2 堆料在振动下的运动
• 3.2.1 物料相关参数
• 3.2.2 物料运动过程宏观运动
• 3.3 物料运动研究
• 3.3.1 各层物料的运动
• 3.3.2 颗粒在不同参数下的高度变化
• 3.3.3 物料平均厚度及位移变化
• 3.4 不同参数下物料受力及功耗
• 3.4.1 不同参数下的物料受力
• 3.4.2 不同参数下振动机输出的功率
• 3.5 本章小结
• 第4章 均匀下料及布料研究
• 4.1 均匀下料曲线
• 4.2 给料均匀性研究
• 4.3 不同振型下给料速度研究
• 4.4 布料过程离散元模拟
• 4.5 转底炉物料均匀性
• 4.5.1 炉膛物料厚度切片
• 4.5.2 孔隙率测量物料均匀性
• 4.6 本章小结
• 第5章 均匀布料实验
• 5.1 实验内容
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验平台
• 5.4 实验分析
• 5.4.1 物料左偏析情况
• 5.4.2 物料中偏析情况
• 5.4.3 物料无偏析情况其中
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间已公开发表论文）