复合摆动式无钟高炉布料装置及布料控制模型的研究

作     者：王金海 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任廷志

授予年度：2019年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：高炉 无钟布料 炉料分布 布料规律 控制模型 

摘      要：无钟高炉布料装置是高炉炼铁的核心设备,可以将炉料按照工业需求布置到高炉内的恰当位置,合理的布料制度可以科学的指导高炉生产,保障高炉稳定顺行,提高生产效率。本文设计改进了现有的高炉布料设备,克服现有高炉布料设备传动结构复杂、控制精度低等缺点,采用双伺服电机驱动无钟布料装置中溜筒的旋转和倾动,分析无钟高炉布料过程,开发无钟布料的控制模型,对高炉向着智能、高效、绿色的方向发展起着十分重要的作用。设计一种以双自由度空间七杆机构为主体机构的复合摆动式高炉无钟布料装置,并采用溜筒代替溜槽来完成布料。对布料装置的传动系统进行了运动学分析,分析了溜筒倾动速度与滑块推进速度之间的关系和溜筒倾动角度与滑块位置之间的关系,为了控制模型的建立奠定了基础。采用了双伺服电机分别驱动溜筒的旋转和倾动,从转矩、转速和惯量比三个方面合理选定了伺服电机型号。分析无钟高炉布料过程,研究了炉料从炉罐开始,经过中心喉管,沿着溜筒滑动并落入高炉炉喉内的完整流动过程。采用多项式函数拟合料面形状和矿焦比分布,建立高炉布料模型。利用离散单元法,采用EDEM软件对炉料在高炉内的运动进行仿真模拟,研究布料器在溜筒倾角分别为10°、20°、30°、40°和50°时炉料在炉喉内的运动轨迹,验证无钟布料模型的准确性。根据炉喉直径,设定环形布料的档位,采用正弦加速度曲线作为倾动电机档位跳变时的运动模型,达到布料过程中无冲击状况的运动控制效果,设定加减速过程电机的运动规律,得到环形布料控制模型。根据平均料面面积法限定螺旋布料的参数方程,采取最小二乘法多点拟合计算得到螺旋布料的倾动方程,进而得到螺旋布料中电机的控制模型。根据高炉生产情况和基本参数,代入到控制模型中得到十档位,溜筒转速为10r/min时电机转速的控制方程,并且通过计算仿真得到布料轨迹和炉料在炉喉内的分布。