高炉装料过程中矿料颗粒的偏析行为,对高炉炉喉内矿料的分布将产生重要影响,影响炉内煤气流的正常分布及其利用率,进而影响高炉炉况的稳定顺行,不利于铁矿石中铁的有效回收。在以宏观物理模型实验及运动数学模型法为主的传统研究手段对其研究过程中,存在实验或计算结果与生产结果偏差较大等问题,不能准确地反映颗粒微观流动、偏析及堆积现象等颗粒尺度上的细节,使研究者们不能更好地理解矿料颗粒的流动、偏析规律,也就不能掌握优化装料的方法。近年来,随着计算技术的不断提高,基于离散单元法(discrete element method,DEM)的数值模拟方法逐渐成为该领域的重要研究手段。本文以无料钟并罐式高炉装料系统为对象,针对矿料颗粒在皮带、料罐上料过程中存在的偏析现象,采用离散单元法对其进行了数值模拟研究。其研究结果如下:(1)单粒径铁矿石颗粒装入并罐过程中,颗粒在左右两罐中形成的颗粒料层形状关于高炉中心线呈非对称性偏离,这种单粒径料层分布偏离现象可看成颗粒在并罐中的偏布行为,并定义偏布系数ψ来定量表征其偏布程度大小。通过添加内构件,并优化内构件参数即当构件管径D=12.5 dp、管长l=0.6 m、张角β=64°时,获得了最佳优化装料模式,有效地减弱了单粒径颗粒并罐装料的偏布现象。(2)矿料、焦炭等不同粒度大小颗粒在皮带上料过程中,在皮带径向上出现了大颗粒在上、小颗粒在下的“上下偏析”结构,宽度方向上则为大颗粒主要分布在两边、小颗粒分布在中间的“两边偏析”结构,并定义偏析指数SI来定量表征颗粒偏析程度。在不同矿种分布方面,因烧结矿、块矿、球团矿整体粒度分布设置为大、中、小分布,其在皮带输送过程中,在径向颗粒层上主要呈烧结矿居上、块矿居中、球团矿居下的矿种偏析分布结构,在皮带宽度方向则呈烧结矿分布在两边、块矿及球团矿分布在中间的矿种偏析分布结构。并讨论了皮带振动振幅、频率、运输速度及角度等参数对矿料、焦炭颗粒上料过程中粒度、矿种分布的影响。(3)由于并罐结构的特殊性,多粒径炉料颗粒由给料皮带给入并罐中,在两料罐中形成了关于高炉中心线非对称的料流轨迹,使炉料在两罐中的落点位置存在差异,进而使炉料在两罐中存在不同的粒度、矿种分布结构,致使后续切罐布料中炉料在炉内分布产生波动,最终导致炉内煤气分布产生波动及利用率低,影响高炉稳定生产。经添加内构件优化装料后,炉料颗粒在两罐中具有相同的粒度、矿种分布结构,且两罐中物料质量分布关于高炉中心线更对称。通过有效地减弱两罐中颗粒粒度、矿种分布的偏差,有利于切罐布料操作的稳定进行。