Real Time Modelling of Burden Components Distribution During Hopper Outflow and Burdening Via a Rotating Chute

Abstract

The burden distribution in the blast furnace has a major impact on the process and its stability. The iron bearing burden consists usually of several components, such as sinter, pellets, lump ore, silica addition, and nut coke. Therefore, the exact composition at discrete positions and times in the blast furnace is of great interest. While the charging via a rotating chute is well investigated by computationally costly methods like Discrete Element Method, there is a lack of models with real time capabilities to track the burden materials. This holds especially if not only a single process is in the focus but the tracking incorporates blending operations on conveyer belts, in hoppers and finally on the chute and in the blast furnace. In the current work, a concept to model the material flow along the process chain from stock house to blast furnace is presented. The focus of this paper is to simulate material discharged from the hopper and the distribution of the material inside the blast furnace. The hopper is modelled by a cellular automaton, the material position after charging is calculated by a semi-empirical charging model. The material in the models can always be associated with additional information like the chemical analysis or the screen size. Both models are coupled and displayed via a web interface. The model enables the offline optimization of the burden distribution from the hopper up to the blast furnace and also for online guidance and recommendations for the blast furnace operators.

Zusammenfassung

Die Möllerverteilung im Hochofen hat einen großen Einfluss auf den Prozess und seine Stabilität. Der Möller besteht in der Regel aus mehreren Komponenten, wie Sinter, Pellets, Stückerz, Kies und Kleinkoks. Daher ist die genaue Zusammensetzung an einzelnen Positionen und zu bestimmten Zeiten im Hochofen von großem Interesse. Während die Beschickung über eine Drehschurre mit rechenaufwändigen Methoden wie der Diskreten-Elemente-Methode gut untersucht ist, fehlt es an echtzeitfähigen Modellen zur Verfolgung des Möllers. Dies gilt insbesondere dann, wenn nicht nur ein einzelner Prozess im Fokus steht, sondern die Verfolgung auch Mischvorgänge auf Förderbändern, in Bunkern und schließlich auf der Schurre und im Hochofen umfasst. In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur Modellierung des Materialflusses entlang der Prozesskette von der Möllerung zum Hochofen vorgestellt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Simulation des Materialaustrags aus dem Gichtbunker und der Verteilung des Materials im Hochofen. Der Bunker wird durch einen zellulären Automaten modelliert, die Materialposition nach der Ausförderung wird durch ein semi-empirisches Schüttmodell berechnet. Das Material kann in den Modellen immer mit zusätzlichen Informationen wie der chemischen Analyse oder der Siebgröße verknüpft werden. Beide Modelle werden gekoppelt und über ein Webinterface dargestellt. Das Modell ermöglicht sowohl die Offline-Optimierung der Möllerverteilung vom Bunker in der Möllerung bis zum Hochofen als auch die Online-Visualisierung und Steuerungsempfehlungen für die Betreiber des Hochofens.