摘  要    通过系列的气流布料试验，摸索不同喷吹位置、不同喷吹倾角、不同气流速度对混合料粒度偏析和焦粉偏析的规律并得出最佳组合方式，通过烧结杯试验证实气流偏析布料技术对提高烧结产量和降低固体燃料消耗的显著作用，最终应用于烧结生产。

关键词  气流偏析 布料技术 烧结

1  概述

    厚料层烧结可以改善烧结矿质量和节能降耗，实施厚料层烧结必须强化偏析布料，改善料层透气性，因而偏析布料技术成为烧结行业的重点研究方向。目前国内外烧结混合料偏析布料方法可分为四大类：反射板类偏析布料、磁辊偏析布料、筛子型布料及双层布料，但都存在一定的局限性，实际效果并不令人十分满意。宝钢目前使用的布料装置是圆辊十反射板，这种装置的优点是在恶劣条件下能可靠而有效的运行，其主要缺点是在厚料层烧结时粒度及焦粉偏析效果不显著，混合料从圆辊表面落下时不均匀，影响烧结矿的产、质量。如果应用气流布料技术可使烧结混合料的粒度及焦粉含量达到更为理想的分布状态，就能够有效的提高烧结矿产量和降低烧结工序能耗，因此，宝钢技术人员进行烧结气流偏析布料的研究和实践。

2  气流偏析布料的原理

    当黏性流体绕过物体流动时，流体作用在物体上的应力合成为升力和阻力，阻力又可分为摩擦阻力和压差阻力。摩擦阻力是流体作用在物体表面的切应力在来流方向上的投影总和，是流体黏性直接作用的结果；压差阻力是流体作用在物体表面上的压强在来流方向上的投影的总和，是黏性间接作用的结果。

    假设一个球形颗粒放在静止流体中，颗粒的初速度为零，研究物体的受力状态及运动过程(如图1)。

    (1)颗粒最初只受：

    重力W=π/6d_p³ρpg

    浮力FB=π/6d_p³ρpg

    此时重力大于浮力，颗粒作加速运动。

    (2)当颗粒开始下降，受到向上的阻力，令u为颗粒与流体的相对运动速度，则：

    阻力

    阻力逐渐增大，最后三个力达到平衡，颗粒达到最大速度uf，此速度为沉降速度或终端速度。通过计算可以得出：

将13时阻力系数CD代入上式，得：

    式中：d_p为颗粒直径，ρ_p为颗粒密度，ρ_g为气体密度。可以看出：颗粒的直径及密度越小，则颗粒下落速度越慢；下落速度还与粘度肛有关，粘度越大下落速度越慢。此外，下落速度还与颗粒形状有关，颗粒的形状偏离球形越大，其阻力系数越大，下落速度越慢。

3    气流偏析布料试验

     结合烧结生产实际及宝钢当前的混合料布料工艺，设计和制造了烧结混合料气流布料装置，该装置由上料小车、装料漏斗、圆辊、反射板、台车及气流喷吹装置组成。

     气流偏析布料后的取样方法及偏析评价指标。取样点为混合料堆尖中心线右侧30mm。混合料沿高度方向等分为六层分别取样(台车上部为第一层，底部为第六层，依此类推)，再使用缩分器缩分，取样500g，测定其粒度组成，其筛子尺寸从上到下分别为8cm、5cm、3cm、lcm、0．5cm。偏析评价指标主要有：+3mm粒级的百分含量，平均粒度及每一料层碳的百分含量。

3．1  不同喷吹位置对偏析效果的影响

  为了选择最佳的喷吹位置，在喷吹点1、喷吹点2、喷吹点3三个位置(如图2)，统一气流速度为32m／s，喷吹倾角为l0⁰对混合料进行偏析布料试验。

  试验结果显示：喷吹点1，随气体流速增大，物料不同料层的平均粒度及+3mm粒级的百分含量都没有明显的变化，分析其原因是由于在喷吹点1，物料由圆辊落下后虽然受到了气流流场的作用，但是经过气流喷吹后又沿反射板落下。也就是说物料经过气流后即使产生了偏析，但被气流吹回反射板又和下落的料流混合在一起，被料流夹带，一起落人台车中，受下落料流的扰动作用，削弱了气流对细粒物料的上浮作用，因此达不到气流喷吹对物料的偏析作用。在喷吹点2，物料的粒度偏析效果最明显。在喷吹点3，物料的粒度偏析效果居中。可以认为：喷吹点2是最优的喷吹位置。

3．2不同喷吹倾角对偏析效果的影响

在喷吹点2，研究了喷吹倾角对物料粒度偏析效果的影响。试验结果如图3、图4所示。

    在喷吹点2的位置，喷嘴倾角不宜过大，否则物料受到气流作用后又会经由反射板下落而不是直接布到台车上(类似于喷吹点1的情况)，会影响偏析效果。由于气流对物料有水平和竖直两个方向的作用，当喷嘴的倾角增大，气流竖直方向的分速度增大，气流对物料的阻力增大，因此在竖直方向上提高物料的偏析效果；而水平方向的分速度减小，进而削弱物料在水平方向的偏析效果。由于喷吹角度以此种方式影响气流在水平和垂直方向上的速度分配，进而影响物料在两个方向的受力状况，从而影响物料在气流流场中的运动状态。从试验结果明显可以看出，在不同的速度条件下，当喷嘴倾角为10⁰时，物料的粒度偏析效果最优。

3．3不同气流流速对偏析效果的影响

    在喷吹点2，喷吹倾角为10⁰，气流速度选择34～58m／s，间隔8m／s，进行系列的偏析布料效果的试验。试验结果如图5所示。

    当v=34m／s时，相对于不喷吹空气的基准试验(v—0m／s)，无论是平均粒度还是＋3mm粒级百分含量，曲线都整体上偏下，没有产生明显的偏析效果。当v=42m／s～58m／s时，经过气流喷吹所得的料层上部的平均粒度均低于基准值，料层底部的平均粒度均高于基准值。＋3mm粒级百分含量有与之相应的规律，即料层上部＋3mm的物料明显低于基准值而料层底部的＋3mm的物料明显高于基准值。在v=34m／s～58／s的速度范围内，气流均能对物料的粒度偏析起到有效作用，但随着气流速度的增大偏析效果逐渐增强，在此原料条件下及气流速度范围内v=58m／s，物料的粒度偏析效果最好。

3．4不同气流流速对焦粉偏析的影响

    在喷吹点2，未制粒的条件下，34～50m／s的气流速度范围内随着速度的增加焦粉偏析效果逐渐变好；58m／s时，发生焦粉损失现象。制粒后，气流速度为34m／s时，气流对焦粉的偏析几乎没有影响；42～50m／s的范围内随气流速度的增加焦粉偏析效果逐渐增大；但到58m／s时，发生焦粉损失现象(如图6)。

       在同一喷吹点，原料经过制粒及未制粒两种条件下，试验结果有所差异是因为混和料经过制粒后，物料的黏附作用更好，细粒级物料更多的粘附在粗颗粒表面，而不像未经过制粒作用时物料更分散，气流更容易促进其偏析。因此相对于未经过制粒的物料，制粒后的混合料要产生相同的焦粉偏析效果，所需要的气流速度更大。

      由于气流布料法要综合考虑物料的粒度、形状、密度、水分，气体介质的密度、粘度等条件，且焦粉的粒度较细，密度较小，易被气流吹走。在本试验研究的原料及气流介质条件下，气流速度为50m／s时，焦粉的偏析效果最好，速度过大则会造成焦粉损失。

3．5气流偏析布料的烧结杯试验

为验证气流布料对烧结过程的影响，特进行了气流布料的烧结杯模拟试验，烧结结果如表1所示。

     烧结配比按宝钢生产实际，焦粉配比4．6％，水分8．5％。气流布料烧结在优化试验中取得的最佳工艺参数(喷吹点2、单排缝喷嘴、气流流速50m／s)下进行模拟，料层平均焦粉配比为4．2％。表1中的结果表明，气流布料烧结显著地降低了固体燃耗，由57．54降到53．85kg／t，降低了3．69kg／t。此外，除转鼓强度略有提高外，烧结矿的成品率由73．26％提高到78．26％，提高了6．8％；利用系数由1．40lt／m²/h提高到1．461t／m²/ h，提高了4．3％。烧结杯模拟试验结果充分表明了气流布料的优越性。

  3．6气流偏析布料的工业试验

  根据以上研究结果，采用和优化相关控制参数，在宝钢2DL进行了工业性试验。从投运的效果来看，料层的透气性明显改善，烧结过程稳定，综合输送量也有所提升，生产率得到有效提高，具体数据如表2。

4    气流偏析布料试验的结论

    ①针对宝钢生产原料，通过气流对烧结混合料粒级偏析效果的研究，结果显示：喷吹点1、喷吹点3物料的粒度偏析效果均不明显；喷吹点2，喷吹倾角为10⁰、气流速度为58m／s，粒级偏析程度最大。

    ②针对宝钢生产原料，通过气流对烧结混合料中固体燃料偏析效果的研究，结果发现：喷吹点2，喷吹倾角为10⁰、气流速度为50m／s，焦粉偏析程度最佳。

    ③烧结杯和工业试验表明，气流偏析布料使混合料粒度及焦粉的分布较普通烧结更为合理，烧结过程得到改善，可明显降低固体燃耗，提高烧结生产率。