一种燃料分级均能烧结方法与流程

本发明涉及冶金生产系统中铁矿粉带式烧结领域，涉及化学反应动力学，特别涉及烧结节能余热回收技术，具体是一种燃料分级均能烧结方法。

背景技术：

烧结工序能耗在吨钢综合能耗中约占10％,是仅次于炼铁钢铁生产的第二耗能工序。烧结工序能耗包括固体燃料消耗、电力消耗、点火煤气消耗、动力(压缩空气、蒸汽、水等)消耗，其中固体燃料消耗占75％-80％，电力消耗占13％-20％，点火煤气消耗占5％-10％。因此，烧结工序的节能重点在于降低固体燃料消耗。为了降低烧结工序能耗，近年来国内外烧结工作者做了大量研究工作，开发出了许多新工艺与新技术，但并没有从根本上解决固体燃料消耗的问题。

烧结过程所需热量，主要是通过点火气体或液体燃料的燃烧，以及点火后烧结混合料中固体燃料的燃烧所放出的热量来供给。目前厚料层烧结方式提出，降低了固体燃料消耗及总消耗，主要是由于“自动蓄热”的结果。

“自动蓄热”作用能提供燃烧层所需热量的40％左右，普通烧结方法往往会导致料层高度方向烧结矿质量不均匀，从而使得烧结矿成品率下降，烧结能耗增大。考虑料层在烧结过程中自动蓄热的作用，沿料层高度方向逐渐减少燃料使用量，从而使得烧结料层自上而下保持稳定的高温，实现均能燃烧，进而达到优质、高产和降低能耗的目的。

建立一个带有化学反应动力学参数的分层布料的燃烧过程层状模型如图1所示，以某钢铁公司烧结原料为例，经过物料平衡、热平衡以的计算以及烧结试验的验证，得到了当固体燃料配比上层、下层和中层分别为4.9％，4.3％和3.7％时。通过流体软件对料层透气性进行数值模拟，得到粒径大小从上之下粒径范围分别为上层小于2mm，中层3-5mm，下层6-15mm。达到既不降低烧结矿质量又降低固体燃耗的目的，固体燃料消耗降低约12kg/t、利用系数提高约0.1t/(m²/h)、成品率提高约4％、转鼓强度提高约12％、成品矿平均粒径相比提高2.7mm。从而得到了一种新型的分层布料的烧结方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种燃料分级均能烧结方法。该方法考虑料层在烧结过程中自动蓄热的作用，沿料层高度方向逐渐减少燃料使用量，从而使得烧结料层自上而下保持稳定的高温、均一的生产性能，进而达到优质、高产和降低能耗；针对钢铁生产中降低能源消耗及余热回收，着眼于能耗较大烧结工艺中厚料层“自动蓄热”的特点，解决料层高度方向烧结矿质量不均匀，从而使得烧结矿成品率下降，烧结能耗增大的问题，进而提高余热利用效率、烧结矿的利用系数、转鼓强度、成品率以及增加成品矿的平均粒径。

为实现上述目的，本发明采用的技术解决方案是：

一种燃料分级均能烧结方法，其特征在于，在铁矿粉烧结过程中，根据各自矿粉配比外，按照固体燃料添加质量分数将料层均匀分为三层，固体燃料配比控制在3.7％-5.5％；粒径大小根据料层透气性数值模拟确定，按照从上至下粒径逐步增大方式布料。利用烧结料层的“自动蓄热”特点，减少固体燃料配比以节约能源；改变粒径大小改善床层透气性，实现既不降低烧结矿质量又降低烧结过程中的固体燃料消耗。

一种燃料分级均能燃烧方法，其特征在于：在铁矿粉烧结过程中，将烧结料层按照料层高度平均分为三层，固体燃料配比控制在3.7％-5.5％范围内且固体燃料粒径随料层高度变化而变化；即随着料层高度的升高固体燃料配比增加，随着料层高度升高，固体燃料粒径逐步减小，即上层粒径小，下层粒径大。

进一步，烧结料层厚度在粒径大小从上之下粒径范围分别为上层小于2mm，中层3-5mm，下层6-15mm。

进一步，烧结料层厚度在600mm-1000mm。

进一步，烧结料层按照固体燃料质量分数计算，均匀分成的三层配比分别为4.9％、4.3％、3.7％。

具体的设计方案为：

步骤一：根据某钢厂的烧结混合料进行热分析实验，得到烧结混合料热物性参数。通过料层高度、烧结混合料配比、热物性参数等指标对料层进行物料平衡、热平衡计算料层所需固体燃料比例；

步骤二：利用Gambit软件对料层建模，烧结料层厚度在600mm-1000mm将料层平均分为三层，再利用Fluent软件将料层设置成为多孔介质，通过改变阻力系数及孔隙率模拟料层流动情况，并对应计算料层粒径范围；

步骤三：固体燃料配比含量按照上多下少的方式布料，粒径按照上小下大的方式布料。将固体燃料配比、粒径分布范围带入Fluent中模拟计算，得到烧结过程纵向分度分布，判断是否可以在规定时间内达到烧结终点。

步骤四：利用烧结杯试验模拟烧结过程，并对烧结成品矿进行分析，得到利用系数、转鼓强度等指标。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、该系统有效地利用了分布烧结过程中料层的蓄热功能，降低了烧结过程中的能耗，对于某钢厂普通烧结方法，固体燃料消耗大大降低。

2、燃料分级均能烧结方法对于烧结矿料利用系数、成品率、转鼓强度及成品矿平均粒径均有所提高。

3、燃料分级均能烧结方法普遍使用于带式烧结过程，烧结混合料配比不受限制，通过计算得到固体燃料配比，适用性较为广泛。

附图说明

图1为本发明中烧结方法流程图

图2为焦粉含量为4.9％TG—DTG曲线图

图3为不同燃料配比分级烧结模型图

图4为料层燃耗与料层厚度之间关系图

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种燃料分级均能烧结方法，包括配料、混匀、布料点火、抽风烧结、冷却筛分、性能检测过程。本发明重点在布料阶段进行改进，以某钢厂烧结过程为例。在烧结机台车料层中，按照固体燃料质量分数均匀分成三层，配比分别为4.9％、4.3％、3.7％；粒径大小从上之下粒径范围分别为上层小于2mm，中层3-5mm，下层6-15mm。使得在烧结过程中利用料层“自动蓄热”特点，降低固体燃料消耗量；改变固体燃料粒径大小提升料层透气性，最终提高烧结矿利用系数、转鼓强度、成品矿粒径等。

步骤一：利用如图2所示为焦粉含量为4.9％烧结混合料热分析实验，得到的TG(热重)曲线与DTG曲线。对固体燃料配比不同的烧结矿料的DG和DTG进行分析，得到的活化能E数值随着焦炭的含量的增加逐渐增大，活化能越小说明其越容易燃烧发生反应，说明随着固体燃料的减少反应所需要的能量逐渐增加。因此，当料层自上而下焦炭含量逐渐减少时，上层料层的蓄热量可以利用于下层混合料，有利于反应的进行。

步骤二：如图3所示利用建模软件建立固体燃料分级配比料层模型。

步骤三：从烧结机料层的纵向烧结的温度变化趋势可以明显看到烧结过程中料层的蓄热作用，随着上层温度的升高，当上层进入燃烧带时，下层料层受到预热的作用，逐步由过湿带向干燥预热带过度。随着料层的烧结过程的进行，燃烧带的厚度和最高温度逐渐增加，下部分干燥加热层与烟气的换热十分充分。从点火到趋向于稳定大约经历了900秒左右的时间，由于不同料层之间的比热公式有所不同，因此烧结过程的快慢也不同，焦炭含量较高的料层的燃烧过程明显较其他两层速度更快，而平均比热最低的料层的烧结时间则较长。

步骤四：如图4所示为试验中料层燃耗与料层厚度之间的关系。随着料层的增高，“自动蓄热”作用增强。料层厚度为180～220mm时，蓄热只占燃烧带总收入的35％～45％，当料层厚度为600mm时，蓄热达到60％以上。因此，利用料层之间的蓄热进行厚料层烧结，可以减少能源消耗，降低固体燃料的使用量。

日本研究认为，料层每增加10mm，燃耗可降低0.3～2.0kg/t-s。当料层厚度增加后，烧结矿的点火面积比相对减少，所需的气体燃料消耗自然降低。“自动蓄热作用”会使得下部分料层的最高温度高于上部分料层约200-400℃，当上下料层燃料配比相同时，下部分料层会发生过熔的现象。因此，可以自上而下减少燃料的用量，从而降低过熔现象的产生，在保证烧结矿质量的同时，降低固体燃料的消耗。

进一步，由于各钢厂矿粉差异较大，本方法只针对于是否可以达到烧结温度来判断是否可以在规定时间内达到烧结终点。该方法普遍使用于带式烧结过程，烧结混合料配比不受限制，通过计算得到固体燃料配比，适用性较为广泛。