布料环节作为矿热炉冶炼的重要操作之一,通常会涉及炉料颗粒的运动及分布。随着自动化加料设备的应用,炉料颗粒在布料过程中的运动变得复杂,因此,需要掌握矿热炉布料过程中的炉料运动规律并用于生产指导。本文在矿热炉布料工艺及国内外针对颗粒运动规律研究现状的基础上,提出基于离散元的矿热炉布料过程炉料运动机理的研究。具体研究内容如下:首先,考虑布料设备之间的差异性,将矿热炉布料过程中炉料运动过程进行划分,分别建立节流阀处、节流阀至溜槽表面之间、溜槽内以及布料系统外炉料运动数学模型。同时,明确了相关参数对炉料运动分布的影响,为分析布料过程中炉料颗粒的运动提供理论基础。其次,分别建立炉料颗粒模型与矿热炉布料系统模型,并根据布料工艺对炉料颗粒在矿热炉布料系统内的运动进行离散元模拟;接着设置取样点、截面等监测炉料颗粒在加料管内的粒径分布、速度情况。结果表明:由于加料管的不规则性,对炉料颗粒在布料设备内的运动速度产生一定的影响。同时,在扇形布料方式下,对炉料颗粒在溜槽内的落点、运动轨迹影响较大,并使溜槽出口的炉料颗粒产生了粒度偏析。然后,通过离散单元法仿真分析了炉料颗粒在布料系统外的运动过程,进一步得到空区内、炉膛内炉料颗粒的运动分布状况。并采用1:7布料模型实验研究溜槽倾角、溜槽转速对炉内颗粒分布的影响,以及炉膛径向上炉料颗粒的分布状况。结果表明:在定点布料方式下,随着溜槽倾角的增大,炉料颗粒流的分布越集中。在扇形布料方式下,颗粒流内侧小颗粒分布较多,大颗粒则主要分布在颗粒流外侧,炉料颗粒的落点半径随着溜槽倾角或溜槽转速的增大而增加。同时,将实验结果与同条件仿真结果进行对比,进而验证了建模的准确。最后,针对炉料颗粒与布料设备的力学特性进行分析,通过离散元软件模拟炉料颗粒对溜槽的接触信息,按照离散元-有限元耦合过程,借助有限元软件分析得到溜槽上的应力应变情况。结果表明:应力主要集中于溜槽吊耳及两侧过渡圆弧处,且溜槽出口处发生变形较大。本文通过运动建模、离散元模拟和模型实验,对矿热炉炉料运动及力学行为进行研究,掌握了矿热炉布料过程炉料运动分布基本规律,为今后矿热炉布料操作与设备优化提供依据和指导。