武汉科技大学学报杂志投稿格式参考范文：烧结矿预冷却技术及装备研究

　　作为长流程原料制备的关键工序，烧结总热量中反应耗热仅占 19%，而烧结矿显热则占到 46%，是烧结余热回收的重点。近年来，利用环冷机与直联炉罩式余热锅炉相结合可将烧结矿显热回收效率提升至 50%，但是仍然存在废气品质不高、大量除尘散热浪费、难利用废气无组织排放等问题。

　　为了提升环冷机的余热利用效率，国内研究机构及企业基于大量已有理论研究成果，提出了多种环冷机余热回收工艺及装备改造方案，包括改善布料、调控运行参数、降低漏风率、优化余热利用方式、烟气循环利用等，虽然在一定程度上改善了余热利用效果，但冷却废气热量依然难以高度集中，环冷机余热回收仍有较大的提升空间。

　　在这种状况下，基于小风慢冷厚料层的竖式冷却技术受到行业的高度关注。相关理论研究结果表明，提升料层厚度、延长冷却时间可以大幅提高余热回收质量和显热回收效率，节能效果非常明显。不过，以此为基础的竖式冷却技术虽然具有切实可行的理论依据，但是在使用过程中存在烧结矿冷却不均、显热回收率达不到理想目标、装备故障率高等问题，目前并没有实现大规模工程应用。

　　针对该现状，本文采用基于厚料层冷却技术的预冷却装置取代现有环冷机冷却系统的给料溜槽，将理论验证可行的厚料层冷却技术与可实现现场稳定运行的环冷机冷却系统相结合，提出一种新的烧结矿显热回收方式，并在此基础上将理论研究和仿真分析相结合，从气流、料流、换热过程等方面入手，对现有烧冷系统布置下的预冷却装置结构及运行参数进行设计。

　　1 预冷却技术介绍

　　1.1 技术内容

　　在现有烧冷系统中，烧结机尾单辊破碎机与环冷机台车之间的过渡空间用于安装给料溜槽对环冷机进行布料，但存在下料落差大、环冷机布料平整度差、大量除尘散热浪费等问题，影响烧结矿显热回收效果。本文引入预冷却技术及装置，一方面取代现有给料溜槽，采用缓存减冲的布料方式解决相关问题;另一方面，采用基于小风慢冷的厚料层冷却技术对烧结矿进行预冷却，并通过负压抽风回收高品质余热，提升蒸汽品质，减小环冷机冷却负荷。

　　1.2 理论基础

　　预冷却装置内部高温烧结矿以气固逆流换热为主，具有换热效率高、充分、冷却废气品位高等优点。气固换热过程涉及多个传热方程，如烧结矿和冷却风通过逆流换热传递的热流量公式，冷却气体带走热量的公式，以及对流换热系数、综合传热系数等的计算公式。

　　2 预冷却装置设计

　　2.1 预冷却装置结构方案

　　预冷却装置是核心装置，其结构和运行参数设计的合理性决定了技术效果。设计重点包括下料结构及抽风口设计，要考虑物料下料、冷却气流分布、环冷机布料等情况;运行参数选择会影响热风品质及后续环冷机余热回收利用，需结合冷却系统及余热锅炉需求确定。本文提出两种结构方案，并利用仿真平台分析确定最佳结构和运行参数，验证运行效果。

　　2.2 预冷却装置气流分析

　　基于 Fluent 流场仿真平台对不同结构方案装置内部流场分布进行仿真计算，对比分析压力场和速度场分布，为抽风口设计提供依据。计算过程中采用分块结构化网格划分区域，将物料假设为多孔介质，省略气固换热过程以简化计算。结果显示，方案一料层阻力较大，余热回收流量低于方案二，且内部气流速度较低，分布均匀性不如方案二，存在气流死区，影响冷却效果。

　　2.3 预冷却装置物料流分析

　　基于 EDEM 离散元仿真平台对不同结构方案预冷却装置内部烧结矿运动情况进行仿真计算，对比分析流动形态、流动死区和偏析情况，为结构设计提供参考。采用特定方法构建仿真颗粒模型，确定相关参数。计算结果表明，方案二物料流动情况优于方案一，但方案二左侧底板上部仍有流动死区，影响冷却均匀性。

　　2.4 预冷却装置换热分析

　　综合流场和物料流动分析，方案二设计更优。为验证其余热回收和烧结矿冷却效果，基于 EDEM - Fluent 耦合仿真平台对方案二工况下装置内部换热过程进行计算，分析气固两相温度分布，确定出口烧结矿温度、抽风口热风温度等参数。结果显示，烧结矿温度下降达到预期，但装置底板上部有堆积现象，影响正常排出;冷却风温从入口至余热回收口逐渐升高，余热回收品质达到预期。

　　2.5 装置改造

　　综合对比分析两种结构方案，方案二虽有优势，但出料口底板上部存在气流短路、物料堆积现象，导致环冷机上烧结矿温度有差异。在方案二基础上对出料端进行改造，保证烧结矿顺利排出，改进后的结构方案得以确定。

　　2.6 运行效果

　　烧结矿预冷却技术及装备于 2022 年 6 月应用于湘潭钢铁集团有限公司 360m² 烧结机，运行 1.5a 以来整体稳定，内部磨损轻、寿命长。主要技术效果为：优化环冷机料面，提高布料均匀性，增强冷却均匀性，提升余热锅炉蒸汽产量，增加发电量和经济效益;加厚料层，集中显热，降低环冷机后段烟囱风温，提高余热回收效率，减少难利用废气量，促进零排放。

　　3 结论

　　采用预冷却装置取代环冷机给料溜槽，结合厚料层冷却技术与环冷机冷却系统，形成的烧结矿预冷却技术，可高效利用高品质显热，改善布料，提高显热回收效率。

　　基于理论研究和仿真分析设计预冷却装置结构，方案二在气流分布、物料流动等方面优于方案一，但排料端有问题，经改进确定优化方案。

　　采用 EDEM - Fluent 耦合仿真方法模拟方案二工况下换热过程，结果表明达到预期余热回收效果。

　　该技术及装备应用于湘潭钢铁集团有限公司 360m² 烧结机，运行稳定，优化了环冷机料面和热量分布，提升了蒸汽产量。

廖继勇;谭潇玲;张 震;戴 波;卢兴福,中冶长天国际工程有限责任公司工程技术研究中心;中冶长天国际工程有限责任公司国家烧结球团装备系统工程技术研究中心,202403