更新时间：2023-11-25 23:38
国际市场上铁矿石价格居高不下，国内大型矿山资源缺乏，致使各钢厂烧结原料来源复杂，粒度、化学成分波动增大，而当今大高炉生产对原料质量的稳定性要求越来越高。原料场的混匀工艺主要是通过配料及混匀堆取作业达到均化和稳定烧结含铁原料的作用，为烧结和高炉长期稳定生产提供最佳的原料条件。因此，一套完善、先进、高效的混匀工艺系统在钢铁生产中发挥着越来越重要的作用。
混匀系统主要包括：混匀配料槽、混匀配料系统、混匀料场、混匀堆料机、混匀取料机等。从流程上来看，混匀与上游的一次料场及码头、火车等输入设施有关，也与下游的烧结配料生产有关。物料首先从码头等端口输入到一次料场贮存；在混匀生产需要时，从一次料场取出物料输送至混匀配料槽；混匀配料槽的配料系统将各种原料按照一定比例配料后将物料分层平铺堆放在混匀料场；堆好的混匀料用混匀取料机横断面截取取出后送至烧结配料槽，用于烧结生产。
在实际生产中，以上物料流程将同时作业，按照混匀配料方案和堆积作业计划，生产人员将需要混匀的各种原料从一次料场分别有计划地输送到混匀配料槽，然后通过混匀配料槽下的定量给料装置，按照预先设定的输出能力向槽下胶带机供料，并运入混匀料场进行混匀堆积作业。
如果设计和生产管理不善，很可能导致混匀作业紧张，实际参与混匀品种数减少，堆积层数减少，生产维护时间不足，降低混匀效果，严重的还可能造成产能不足。
根据混匀系统生产流程分析，混匀系统物流仿真模型可由 5 部分组成：一次料场受料供料模块、混匀配料槽配料模块、混匀料场堆取料模块、调度中心模块、参数设置和结果输出模块。建立混匀仿真模型后需要进行模型验证。仿真模型的验证可以从两方面进行，一是对仿真模型进行测试，确保模型按照预先设想的逻辑运行，可以通过观察模型的运行过程是否与预期过程一致来实现。另一方面，可通过理论计算某些作业数据，与仿真结果数据进行对比，确定仿真模型是否与实际模型吻合。
烧结粉矿、厂内回收料、球团筛下粉输送至混匀配料槽混匀配料槽的作业非常紧张，混匀配料槽的库存出现负值。由于库存出现负值，槽上一次连续加料量增大，相当于槽容增大，这也导致了烧结粉、内回收料、球团筛下粉输送至混匀配料槽的双线仿真作业率偏小。以上现象说明槽上供料能力严重不足，在实际生产中会出现部分料出现空槽现象，无法满足配料生产要求。分析有如下原因：首先，参与混匀品种多，换料次数多；其次，一次料场距离混匀配料槽较远，系统起停的辅助作业时间占比过大；再者，混匀配料槽的槽容量较小，缓冲能力较低；此外，槽下输出能力太大，槽内物料消耗快。
如降低槽下输出能力、扩大槽容、减少参与混匀的粉矿品种，可使槽存负值现象消失。混匀配料槽的库存保持正值说明槽上的供料能力能够满足混匀连续生产的需要。通过仿真，我们获取了该混匀系统的合适的参数配置。
为研究转炉的局域搅拌和混匀效果，以 55 t 转炉为原型，建立转炉水模型，在不同喷吹条件下，通过多点测量的方式，对转炉进行水模拟实验。结果表明： 纯底吹条件下，底部中心处的混匀时间较短； 顶吹条件下，底部中心处搅拌最弱； 顶底复吹条件下，随着枪位的升高，熔池内 4 个测量点的混匀时间均先变小后增大，并找到平均混匀时间最短的底吹方式，在此底吹布置方式下的枪位为 0.16 m 时，侧壁面的上部和下部以及环流中心附近混匀效果较好，枪位为 0.20 m 时，底部中心处的混匀时间最短。进一步比较底吹对称布置和非对称布置下的搅拌和混匀效果可知，底吹喷嘴的非对称且集中布置更有利于改善转炉内流场，减少搅拌弱区。
实验在参考数值模拟结果的基础上，选取熔池内不同位置的 P1 ，P2 ，P3 ，P4 点作为测量点，其中 P1位于底部中心处，P2 位于下侧壁面处，P3 位于熔池内部 r = 0.6 R0 ，h = 0.4L0 的环流中心处( R0 为熔池直径，L0 为熔池深度，r 为距转炉中心距 P3 点的水平距离，h 为液面到 P3 点的垂直距离) ，P4 位于上侧壁面处。4个测量点和转炉轴线共面，其所在平面与耳轴垂直，在有底吹参与的搅拌过程中，为了避免不同底吹喷嘴布置方式对实验结果的影响，使测量面过相邻较远的 2 个喷嘴与圆心所成夹角的对角线，以保证测量位置始终位于搅拌效果较差的区域。
纯底吹条件下，底吹流量分别取 0.5 m3 /h 和 1.0 m3 /h 时，为各底吹方案的局域混匀时间。9 种底吹布置方式中，喷嘴均关于底部中心对称，上升气流的搅拌作用在底部中心产生叠加，使底部中心附近传质加快，故 P1 附近混匀效果较好。
底吹流量由 0.5 m3 /h 增大到 1.0 m3 /h 时，混匀时间变短，且在所有底吹布置方案中，非对称布置的 N9 平均混匀时间最短，熔池整体搅拌效果最好。与对称布置方式相比，底吹喷嘴非对称布置时，相邻喷嘴位于在不同直径的圆周上，可以扩大径向上的搅拌范围，此外，两个喷嘴集中布置可以强化区域的搅拌效果。比较不同底吹方式下的混匀时间可知： 纯底吹条件下，底吹方式对转炉混匀时间影响很大，底吹喷嘴非对称且相对集中布置时可获得更好的搅拌效果。
纯顶吹时，可以看到底部中心 P1 附近的混匀最长，搅拌效果最差； 这是因为在只有顶吹的条件下，高速射流与液面发生弹性碰撞，冲击形成凹坑，水平切向的动量以环流的形式很难传递到熔池底部中心附近。随着枪位的升高，4 个测点处的混匀时间呈先减小后增大的趋势，枪位在 0.18 m 附近时，P4 点处混匀时间最短，0.20 m 时 P2 和 P3 处搅拌最好。
选择纯底吹时平均混匀时间最短的 N4 和 N9 两种底吹方式。复吹时，相同底吹流量下，底吹方式为为 N9 时平均混匀时间更短，说明底吹方式 N9 可以起到改善搅拌效果的作用； 同一底吹方式下，底吹流量由 0.5 m3 /h 增加到1.0 m3 /h时，平均混匀时间变短，故一定程度上增大底吹流量可以缩短熔池的混匀时间。随着枪位的升高，平均混匀时间先减小后增大； 当枪位为 0.16 m 时，平均混匀时间最短，说明该枪位下熔池整体混匀效果最好。当枪位处于 0.14 m 和 0.16 m 时，复吹下的熔池整体混匀效果优于纯顶吹，当枪位在 0.18 m 和 0.20 m 时，不同喷吹方式下的平均混匀时间差异不明显； 当枪位为 0.22 m，底吹方式 N9 流量 1.0 m3 /h 的复吹平均混匀时间最短。