基于StreamDEM的高炉无料钟布料溜槽研究

    0 引言

    20世纪70年代，卢森堡PW公司推出了Paul-Wurth型无料钟炉顶装料设备，无料钟炉顶以旋转溜槽代替料钟进行布料。溜槽的特点是既可以围绕高炉中心旋转调节周向布料位置，又可以上下摆动调节布料倾角，还可以旋转和摆动同时进行得到螺旋型布料，所以布料方式较钟式炉顶更为灵活。

    无料钟炉顶在大型高炉布料控制应用中有很多优势，由于阀门与布料机构分开，避免了钟式炉顶上物料对阀门的直接磨损，使得无料钟炉顶具有良好的密封性能，高炉内的煤气压力可以大幅度提高，増大反应效率。常见的无料钟炉顶设备包括串罐式无料钟、PW型。

    无料钟布料时，物料会发生两种方式的偏析：一种是周向偏析，另一种是粒度偏。周向偏析是指布料一圈下来，物料落点不在一个以炉喉中心线为圆心的圆周上，这种偏析常出现在并罐式无料钟炉顶的布料结果中。而粒度偏析，是指在炉喉料面的某一区域内，物料颗粒的粒度比例不符合预期比例。这种偏析普遍存在于各型无料钟炉顶的布料结果中。影响物料偏析的原因有很多种，本文主要研究溜槽形状对布料偏析的影响，选出合适形状的布料溜槽。

    1 StreamDEM简介

    StreamDEM软件（界面如图1)的开发源自于中冶赛迪公司内部散装物料转运、高炉炉顶布料等项目对颗粒流离散元仿真技术提出的要求。通过整合这些问题的共性技术特点，中冶赛迪成立了专门的研发团队开发了StreamDEM软件，并针对目前市场上国外商业软件的不足，在满足公司内部的仿真计算需求的同时，大力将软件推向了市场，旨在为客户提供更全面的技术服务。

    StreamDEM是一个强大的离散元仿真工具，快速而准确地仿真颗粒储运、筛分、混合等加工处理过程，广泛适用于工程机械、采矿、煤炭、农业、化工、钢铁和医药等领域。软件的主要特点包括：

    (1)基于GPU加速技术，大幅提高离散元仿真的效率，在单核CPU的5-8倍以上。

    (2)可以用于百万量级颗粒规模的计算，满足工业级应用需求。

    (3)提供非球形颗粒、传热、磨损、与CFD耦合等丰富的功能模块。

    (4)掌握软件源代码，可提供专业的定制开发服务。

    (5)中文帮助和界面，简洁易用。

    StreamDEM采用GPU计算，其在仿真效率方面的优势明显，参见图2中和表一中的球磨机仿真案例。可以看出StremaDEM的仿真结果在球磨机的各转速阶段都与实验结果比较吻合，仿真准确性高;另外36万颗粒米用单GPU计算5s只需要3.5小时，速度远高于市场上的商业软件。