本發(fā)明涉及冶金生產(chǎn)系統(tǒng)中鐵礦粉帶式燒結(jié)領(lǐng)域，涉及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，特別涉及燒結(jié)節(jié)能余熱回收技術(shù)，具體是一種燃料分級(jí)均能燒結(jié)方法。

背景技術(shù)：

燒結(jié)工序能耗在噸鋼綜合能耗中約占10％,是僅次于煉鐵鋼鐵生產(chǎn)的第二耗能工序。燒結(jié)工序能耗包括固體燃料消耗、電力消耗、點(diǎn)火煤氣消耗、動(dòng)力(壓縮空氣、蒸汽、水等)消耗，其中固體燃料消耗占75％-80％，電力消耗占13％-20％，點(diǎn)火煤氣消耗占5％-10％。因此，燒結(jié)工序的節(jié)能重點(diǎn)在于降低固體燃料消耗。為了降低燒結(jié)工序能耗，近年來國(guó)內(nèi)外燒結(jié)工作者做了大量研究工作，開發(fā)出了許多新工藝與新技術(shù)，但并沒有從根本上解決固體燃料消耗的問題。

燒結(jié)過程所需熱量，主要是通過點(diǎn)火氣體或液體燃料的燃燒，以及點(diǎn)火后燒結(jié)混合料中固體燃料的燃燒所放出的熱量來供給。目前厚料層燒結(jié)方式提出，降低了固體燃料消耗及總消耗，主要是由于“自動(dòng)蓄熱”的結(jié)果。

“自動(dòng)蓄熱”作用能提供燃燒層所需熱量的40％左右，普通燒結(jié)方法往往會(huì)導(dǎo)致料層高度方向燒結(jié)礦質(zhì)量不均勻，從而使得燒結(jié)礦成品率下降，燒結(jié)能耗增大?？紤]料層在燒結(jié)過程中自動(dòng)蓄熱的作用，沿料層高度方向逐漸減少燃料使用量，從而使得燒結(jié)料層自上而下保持穩(wěn)定的高溫，實(shí)現(xiàn)均能燃燒，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和降低能耗的目的。

建立一個(gè)帶有化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分層布料的燃燒過程層狀模型如圖1所示，以某鋼鐵公司燒結(jié)原料為例，經(jīng)過物料平衡、熱平衡以的計(jì)算以及燒結(jié)試驗(yàn)的驗(yàn)證，得到了當(dāng)固體燃料配比上層、下層和中層分別為4.9％，4.3％和3.7％時(shí)。通過流體軟件對(duì)料層透氣性進(jìn)行數(shù)值模擬，得到粒徑大小從上之下粒徑范圍分別為上層小于2mm，中層3-5mm，下層6-15mm。達(dá)到既不降低燒結(jié)礦質(zhì)量又降低固體燃耗的目的，固體燃料消耗降低約12kg/t、利用系數(shù)提高約0.1t/(m²/h)、成品率提高約4％、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高約12％、成品礦平均粒徑相比提高2.7mm。從而得到了一種新型的分層布料的燒結(jié)方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種燃料分級(jí)均能燒結(jié)方法。該方法考慮料層在燒結(jié)過程中自動(dòng)蓄熱的作用，沿料層高度方向逐漸減少燃料使用量，從而使得燒結(jié)料層自上而下保持穩(wěn)定的高溫、均一的生產(chǎn)性能，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和降低能耗；針對(duì)鋼鐵生產(chǎn)中降低能源消耗及余熱回收，著眼于能耗較大燒結(jié)工藝中厚料層“自動(dòng)蓄熱”的特點(diǎn)，解決料層高度方向燒結(jié)礦質(zhì)量不均勻，從而使得燒結(jié)礦成品率下降，燒結(jié)能耗增大的問題，進(jìn)而提高余熱利用效率、燒結(jié)礦的利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品率以及增加成品礦的平均粒徑。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是：

一種燃料分級(jí)均能燒結(jié)方法，其特征在于，在鐵礦粉燒結(jié)過程中，根據(jù)各自礦粉配比外，按照固體燃料添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)將料層均勻分為三層，固體燃料配比控制在3.7％-5.5％；粒徑大小根據(jù)料層透氣性數(shù)值模擬確定，按照從上至下粒徑逐步增大方式布料。利用燒結(jié)料層的“自動(dòng)蓄熱”特點(diǎn)，減少固體燃料配比以節(jié)約能源；改變粒徑大小改善床層透氣性，實(shí)現(xiàn)既不降低燒結(jié)礦質(zhì)量又降低燒結(jié)過程中的固體燃料消耗。

一種燃料分級(jí)均能燃燒方法，其特征在于：在鐵礦粉燒結(jié)過程中，將燒結(jié)料層按照料層高度平均分為三層，固體燃料配比控制在3.7％-5.5％范圍內(nèi)且固體燃料粒徑隨料層高度變化而變化；即隨著料層高度的升高固體燃料配比增加，隨著料層高度升高，固體燃料粒徑逐步減小，即上層粒徑小，下層粒徑大。

進(jìn)一步，燒結(jié)料層厚度在粒徑大小從上之下粒徑范圍分別為上層小于2mm，中層3-5mm，下層6-15mm。

進(jìn)一步，燒結(jié)料層厚度在600mm-1000mm。

進(jìn)一步，燒結(jié)料層按照固體燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，均勻分成的三層配比分別為4.9％、4.3％、3.7％。

具體的設(shè)計(jì)方案為：

步驟一：根據(jù)某鋼廠的燒結(jié)混合料進(jìn)行熱分析實(shí)驗(yàn)，得到燒結(jié)混合料熱物性參數(shù)。通過料層高度、燒結(jié)混合料配比、熱物性參數(shù)等指標(biāo)對(duì)料層進(jìn)行物料平衡、熱平衡計(jì)算料層所需固體燃料比例；

步驟二：利用Gambit軟件對(duì)料層建模，燒結(jié)料層厚度在600mm-1000mm將料層平均分為三層，再利用Fluent軟件將料層設(shè)置成為多孔介質(zhì)，通過改變阻力系數(shù)及孔隙率模擬料層流動(dòng)情況，并對(duì)應(yīng)計(jì)算料層粒徑范圍；

步驟三：固體燃料配比含量按照上多下少的方式布料，粒徑按照上小下大的方式布料。將固體燃料配比、粒徑分布范圍帶入Fluent中模擬計(jì)算，得到燒結(jié)過程縱向分度分布，判斷是否可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到燒結(jié)終點(diǎn)。

步驟四：利用燒結(jié)杯試驗(yàn)?zāi)M燒結(jié)過程，并對(duì)燒結(jié)成品礦進(jìn)行分析，得到利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度等指標(biāo)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、該系統(tǒng)有效地利用了分布燒結(jié)過程中料層的蓄熱功能，降低了燒結(jié)過程中的能耗，對(duì)于某鋼廠普通燒結(jié)方法，固體燃料消耗大大降低。

2、燃料分級(jí)均能燒結(jié)方法對(duì)于燒結(jié)礦料利用系數(shù)、成品率、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品礦平均粒徑均有所提高。

3、燃料分級(jí)均能燒結(jié)方法普遍使用于帶式燒結(jié)過程，燒結(jié)混合料配比不受限制，通過計(jì)算得到固體燃料配比，適用性較為廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中燒結(jié)方法流程圖

圖2為焦粉含量為4.9％TG—DTG曲線圖

圖3為不同燃料配比分級(jí)燒結(jié)模型圖

圖4為料層燃耗與料層厚度之間關(guān)系圖

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種燃料分級(jí)均能燒結(jié)方法，包括配料、混勻、布料點(diǎn)火、抽風(fēng)燒結(jié)、冷卻篩分、性能檢測(cè)過程。本發(fā)明重點(diǎn)在布料階段進(jìn)行改進(jìn)，以某鋼廠燒結(jié)過程為例。在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車料層中，按照固體燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)均勻分成三層，配比分別為4.9％、4.3％、3.7％；粒徑大小從上之下粒徑范圍分別為上層小于2mm，中層3-5mm，下層6-15mm。使得在燒結(jié)過程中利用料層“自動(dòng)蓄熱”特點(diǎn)，降低固體燃料消耗量；改變固體燃料粒徑大小提升料層透氣性，最終提高燒結(jié)礦利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品礦粒徑等。

步驟一：利用如圖2所示為焦粉含量為4.9％燒結(jié)混合料熱分析實(shí)驗(yàn)，得到的TG(熱重)曲線與DTG曲線。對(duì)固體燃料配比不同的燒結(jié)礦料的DG和DTG進(jìn)行分析，得到的活化能E數(shù)值隨著焦炭的含量的增加逐漸增大，活化能越小說明其越容易燃燒發(fā)生反應(yīng)，說明隨著固體燃料的減少反應(yīng)所需要的能量逐漸增加。因此，當(dāng)料層自上而下焦炭含量逐漸減少時(shí)，上層料層的蓄熱量可以利用于下層混合料，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。

步驟二：如圖3所示利用建模軟件建立固體燃料分級(jí)配比料層模型。

步驟三：從燒結(jié)機(jī)料層的縱向燒結(jié)的溫度變化趨勢(shì)可以明顯看到燒結(jié)過程中料層的蓄熱作用，隨著上層溫度的升高，當(dāng)上層進(jìn)入燃燒帶時(shí)，下層料層受到預(yù)熱的作用，逐步由過濕帶向干燥預(yù)熱帶過度。隨著料層的燒結(jié)過程的進(jìn)行，燃燒帶的厚度和最高溫度逐漸增加，下部分干燥加熱層與煙氣的換熱十分充分。從點(diǎn)火到趨向于穩(wěn)定大約經(jīng)歷了900秒左右的時(shí)間，由于不同料層之間的比熱公式有所不同，因此燒結(jié)過程的快慢也不同，焦炭含量較高的料層的燃燒過程明顯較其他兩層速度更快，而平均比熱最低的料層的燒結(jié)時(shí)間則較長(zhǎng)。

步驟四：如圖4所示為試驗(yàn)中料層燃耗與料層厚度之間的關(guān)系。隨著料層的增高，“自動(dòng)蓄熱”作用增強(qiáng)。料層厚度為180～220mm時(shí)，蓄熱只占燃燒帶總收入的35％～45％，當(dāng)料層厚度為600mm時(shí)，蓄熱達(dá)到60％以上。因此，利用料層之間的蓄熱進(jìn)行厚料層燒結(jié)，可以減少能源消耗，降低固體燃料的使用量。

日本研究認(rèn)為，料層每增加10mm，燃耗可降低0.3～2.0kg/t-s。當(dāng)料層厚度增加后，燒結(jié)礦的點(diǎn)火面積比相對(duì)減少，所需的氣體燃料消耗自然降低?！白詣?dòng)蓄熱作用”會(huì)使得下部分料層的最高溫度高于上部分料層約200-400℃，當(dāng)上下料層燃料配比相同時(shí)，下部分料層會(huì)發(fā)生過熔的現(xiàn)象。因此，可以自上而下減少燃料的用量，從而降低過熔現(xiàn)象的產(chǎn)生，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的同時(shí)，降低固體燃料的消耗。

進(jìn)一步，由于各鋼廠礦粉差異較大，本方法只針對(duì)于是否可以達(dá)到燒結(jié)溫度來判斷是否可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到燒結(jié)終點(diǎn)。該方法普遍使用于帶式燒結(jié)過程，燒結(jié)混合料配比不受限制，通過計(jì)算得到固體燃料配比，適用性較為廣泛。