摘要  以提高球团竖炉利用系数为目标，用热成像仪透视球团竖炉预热焙烧带内气固传热现象，研究焙烧方式与球团竖炉生产能力(利用系数)的关系。结果表明，一定压力的风机对应竖炉存在一个适宜的料层高度；双面焙烧或双层焙烧是提高球团竖炉利用系数的有效措施之一。

关键词  气固传热穿透深度双面焙烧双层焙烧

1 前言

    随着高炉设备的大型化、现代化以及高炉炉料结构的合理化，球团矿以其品位高、粒度组成好、冷强度高、还原性好等优点逐渐受到高炉炼铁者的青睐，有人称其为高炉冶炼的“顺气丸”。

    纵观我国的铁矿球团生产，至今仍是以竖炉工艺为主。自济钢首创竖炉导风墙与烘干床以来，虽然我国的球团竖炉几经改造，但是单炉产量低的问题并未得到根本解决，产量低与需求量大的矛盾一直困扰着我国的竖炉工作者。因此，研究新型竖炉、将竖炉大型化与其结构和操作优化相结合就成为当务之急。

为了研究球团竖炉生产能力(利用系数)与结构之间的变化关系，在相同流量、料层高度和料球粒径条件下，采用不同高径比，以及改变燃烧废气的进气方式(双面与双层焙烧)，通过热成像仪透视反应器，了解料层穿透深度、焙烧加热高度和结构之间的变化规律，无疑对球团竖炉内黑箱过程的认识是有意义的^[1-5]。

2实验内容及设备

2．1实验装置和仪器

    实验是在一设有两个火口的保温砖竖式球团料层床内进行，煤气采用瓶装液化气，经过燃烧室燃烧后进人炉内，炉子顶部设置引风装置对炉子引风，炉子侧面固定一块3 mm厚的不锈钢钢板，采用PM525型热成像仪及辅助热电偶测量炉内料层温度及气固传热情况。实验装置如图1所示。

2．2实验内容

    在引风的情况下，于燃烧室内燃烧煤气，燃烧废气通过进火口后对炉内铁球进行加热。在加热一定时间后，读取热电偶指示温度，用热成像仪进行测试，并对测试结果进行分析。实验研究球团床层高度和球团粒径不变的条件下，单面单层焙烧、双面焙烧、双层焙烧方式对球团料层穿透深度和燃烧到某一温度所需时间的影响。开启火口10，封闭火口1、9为单层单面焙烧；开启火口1、10，封闭火口9为双面焙烧；开启火口l、9，封闭火口10为双层焙烧。

2．3  穿透深度

    以火口中心水平方向向床内延伸至一定距离，该点温度为设定烧透温度，此时离火口中心距离为穿透深度。

3试验结果与讨论

3．1  不同高径比对穿透深度的影响

    在布料角度、焙烧风流量、火口面积与球团粒径一定的条件下，考察高径(料层高度与料层宽度)比对穿透深度的影响，高径比为1．5：1、2：1、2．5：1与3．5：1时，炉内球团料层穿透深度热成像图分别如图2中a、b、c、d所示。根据热成像图测得的穿透深度随高径比变化关系如图3所示。由图3可知，加热时间相同时，随高径比增加，穿透深度更远，焙烧效果好，但是，高径比达到2．5：1之后，穿透深度达到峰值而后下降。这说明一定压力的风机对应竖炉存在一个适宜的料层高度，同时也验证了对球团竖炉预热焙烧带解析得出的最佳料层高度的结论^[6]。

 3．2单层和双层焙烧对穿透深度的影响

    在球团床层高径比与球团粒径一定的前提下，考察单火口与双层火口条件下，炉内球团料层焙烧温度与穿透深度的关系，其热成像图分别如图4中a和b所示。根据穿透深度定义，由图4测得穿透深度与焙烧后各点最高温度如图5所示。由图5可知，单层火口焙烧与双层火口焙烧比较，当加热到一定温度时，双层火口焙烧情形下，球团料层的穿透深度和焙烧效果明显优于单层火口焙烧。

3．3  单面和双面焙烧对穿透深度的影响

    在球团床层高度与球团粒径一定的前提下，考察单面焙烧与双面焙烧条件下，炉内球团料层焙烧温度与穿透深度的关系，其热成像图’分别如图6中a和b所示。根据穿透深度定义，由图6测得穿透深度与焙烧后各点最高温度如图7所示。由图7可知，单面焙烧与双面焙烧比较，当加热到一定温度时，双面(两个火口)焙烧情形下的穿透深度和焙烧效果明显优于单面(一个火口)焙烧。

4结论

    1)当加热到相同温度时，随料层高径比增加，焙烧效果变好，但高径比达到2．5：1之后，穿透深度达到峰值而后降。说明一定压力的风机对应竖炉存在一个适宜的料层高度。

    2)当加热到相同温度时，双层火口焙烧情形下的穿透深度和最高温度明显优于单层火口焙烧。

    3)当加热到相同温度时，双面(两个火口)焙烧情形下的焙烧效果优于单面(一个火口)焙烧。

    4)实验表明，实行双面焙烧或双层焙烧是提高球团竖炉利用系数的有效措施之一。