CN115218669A - 一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置，该装置包括烧结台车、燃气喷吹装置；燃气喷吹装置设置在烧结台车的上方；燃气喷吹装置包括燃气喷吹总管、燃气喷吹支管；燃气喷吹总管设置在烧结台车的上方；燃气喷吹支管设置在燃气喷吹总管的下方；燃气喷吹支管包括依次设置并连接的支管一段、软管、支管二段；支管一段的上端与燃气喷吹总管连接，支管二段的下端设有燃气喷口。本发明仅通过加装可周期性上下调整燃气喷吹装置的燃气喷口高度的部件，进而控制燃气喷口的高度及其在相应位置的停留时长，即可实现燃气呈周期性间歇吸入的效果，从而改善烧结矿带与燃烧带区域的温度曲线，削弱红层厚度，保证适宜的料层透气性和正常的抽风负压。

Description

一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置及其方法

技术领域

本发明涉及燃气喷吹辅助烧结工艺，具体涉及一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置及其方法，属于烧结技术领域。

背景技术

由于CO₂等气体带来的温室效应，致使冰川融化、海平面上升、自然生态退化、自然灾害频发，直接威胁着部分地域人类的生活，鉴于目前温室效应等问题日益凸显的事实，世界各国都将碳减排列为战略发展重点。而随着我国钢铁产量的逐年提高，我国钢铁工业的碳排放总量呈逐年上升趋势，年碳排量在万t以上，钢铁工业的CO₂减排任务面临着巨大的压力。

作为钢铁行业炼铁流程中的关键环节，烧结工艺主要作用为将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，送往高炉进行下一步工序。

据相关资料介绍，烧结与高炉工序二氧化碳排放量约占工业排放总量的60％。为降低烧结工艺过程中的碳排放和后续高炉冶炼成本，高炉对烧结矿的要求往往是高强度和高还原性。烧结工序中，一般要求烧结矿具有较高的强度、高成品率、较低的返矿率，以及较低的燃料消耗。高强度和高还原性的烧结矿在高炉冶炼过程中消耗较少的焦炭，从而降低二氧化碳的排放。

烧结工艺中上部料层煤粉被点燃后，燃烧放热不仅被用于附近原料的烧结，抽风式作业生产，自蓄热效应使得上部热量被气体带入下部料层，参与下部料层的烧结，因而料层从上往下需要的热量逐渐减少。在布料时应采用偏析布料，上部料层布置煤粉量多，下部料层布置煤粉量较少。这可以在同燃料消耗指标下大幅提升成品质量指标，或是在同成品质量指标下大幅减少燃料消耗指标，达到节能与减少碳排放的目的。

然而由于受装置技术限制，目前烧结厂在实际工业生产中，严格理想的分层偏析式燃料分布很难实现，业主不得不按照各层中理论要求燃料量的高值来配给固体燃料。同时，由于一些大颗粒的焦粉在烧结机头布料时会滚落至料层底部，反而会造成下部固体燃料量高、中上部固体燃料量低的相反局面。这样会使得烧结生产时烧结料层中出现上部料层热量不足，中、下部料层热量过剩的问题，还容易导致下部烧结料过融等情况出现，最终导致了造成能源、资源浪费并且大幅度加剧了烟气污染物的产生。

在此大环境下，日本JFE公司开发的“烧结料面气体燃料喷吹技术”应运而生，在点火炉后一段距离的烧结料面上方喷吹稀释到可燃浓度下限以下的天然气燃料，使其在烧结料层内燃烧供热，从而降低烧结矿生产中的固体碳用量以及CO₂排放量。同时，由于气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，所以使得1200～1400℃的烧结矿温度时间得到延长，从而使得烧结矿的强度以及5～10mm孔隙率得到有效加强。

在初始烧结工艺中，烧结过程中的料层分布如图4所示，台车上的料层从上到下依次主要为烧结矿带、燃烧带、干燥预热带、过湿带和原始料带，其大致温度分布如图5中“未采用喷吹”对应的曲线所示。燃烧带由于烧结料层内的焦粉着火因而温度较高，在1200～1400℃实现矿物的熔化、烧结等物理化学过程，形成成品烧结矿(燃烧带演变为烧结矿带)，此时焦粉燃烧完毕。而由于抽风的影响，料层顶部会不断补充新鲜空气，对料层起到冷却作用，因而烧结矿带的温度呈现为靠近料层顶部的位置温度低、靠近燃烧带位置的温度高。

采用燃气喷吹技术后，气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，减缓了新鲜空气对烧结后成品矿的冷却速度，从而烧结矿带内靠近燃烧带位置的温度相比于未采用喷吹时的温度更高，效果示意如图5中“采用喷吹”对应的曲线所示。实验室研究与烧结工艺工程实践中发现，在一定的范围内，燃气喷吹量越大、喷吹浓度越大，燃气被吸入料层后放出的热量越多，替代固体燃料量即越大，从而实现更少的焦炭消耗与CO₂排放。一般来说，混合气体内可燃气体浓度越高，着火温度越低，因而根据料层内的温度分布可以发现，在提高燃气喷入量、增大喷吹浓度后，燃气在料层内着火的位置会从燃烧带靠近烧结矿带附近的位置向烧结矿带的方向移动，此时料层内的温度曲线如图6中虚线所示，表现为在烧结矿带靠近燃烧带位置的温度较高。用“红层”描述烧结料层内温度处于约1000℃以上的区域，很明显，燃气喷吹量上升后，料层内红层厚度明显增加，由于红层内温度高并有液相生成，过厚的红层会导致料层透气性较差、烧结抽风负压过大，影响通过料层的风量和烧结过程，降低烧结矿产量和质量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置及其方法。本发明拟解决燃气喷吹辅助烧结工艺中由于燃气喷吹量提高后料层透气性较差、烧结抽风负压上升等技术问题，在维持料层透气性和抽风负压正常的条件下实现最大的燃气喷吹量，从而更为显著的提高固体燃料替代量、减少CO₂排放。

本发明装置结构简单，仅通过加装可周期性上下调整燃气喷吹装置的燃气喷口高度的部件，进而控制燃气喷口的高度及其在相应位置的停留时长，即可实现燃气呈周期性间歇喷入或吸入的效果。本发明改变原有的烧结料层持续吸入燃气的方法，通过上述装置实现将燃气周期性的喷入或吸入烧结料层内，从而实现在维持原有的燃气补入量的前提下，改善烧结矿带与燃烧带区域的温度变化曲线，削弱红层厚度，保证适宜的料层透气性和正常的抽风负压。

根据本发明的第一种实施方案，提供一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置。

一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置，该装置包括烧结台车、燃气喷吹装置。燃气喷吹装置设置在烧结台车的上方。燃气喷吹装置包括燃气喷吹总管、燃气喷吹支管。燃气喷吹总管设置在烧结台车的上方。燃气喷吹支管设置在燃气喷吹总管的下方。燃气喷吹支管包括依次设置的支管一段、支管二段。支管一段的上端与燃气喷吹总管连接，支管二段的下端设有燃气喷口。所述燃气喷吹支管还包括设置在支管一段和支管二段之间的软管，支管一段通过软管连接支管二段。

在本发明中，该装置还包括连接装置和驱动装置。所述连接装置的一端与支管二段连接，连接装置的另一端与驱动装置连接。驱动装置驱动连接装置并带动支管二段上下移动，进而带动支管二段下端的燃气喷口上下移动。

优选的是，所述连接装置包括相互连接的连杆和导杆。其中，连杆与支管二段连接，导杆与驱动装置连接。所述支管二段通过连杆和导杆与驱动装置连接。优选，所述驱动装置为变频电机。

在本发明中，燃气喷吹总管上连接有1～100根燃气喷吹支管，优选为2～80根燃气喷吹支管，更优选为3～50根燃气喷吹支管。每根燃气喷吹支管的支管二段下端均设有燃气喷口。优选，每根燃气喷吹支管的支管二段均与连杆连接。

根据本发明的第二种实施方案，提供一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法。

一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法或使用第一种实施方案中所述装置的方法，该方法包括：燃气喷吹装置通过燃气喷吹支管下端的燃气喷口向烧结台车内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置驱动连接装置带动燃气喷吹支管下端的燃气喷口呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。

沿着烧结料层的厚度方向，烧结台车上的烧结料层从上到下依次主要包括烧结矿带、燃烧带、干燥预热带、过湿带、原始料带。

在本发明中，所述实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷口上下移动的周期数，单个周期内燃气喷口在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的初始停留时长。

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。

3)在单个周期的燃气喷口在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量。

4)在单个周期的燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量。

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况,进而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。

在本发明中，步骤1)包括以下子步骤：

1a)根据烧结机上燃气喷吹装置的长度L、烧结台车的运行速度v₁，计算烧结台车在燃气喷吹装置下方的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t为：

1b)设定在单个周期内燃气喷口向上移动的初始距离为Δh，由此，单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的初始停留时长Δt₂为：

式中：v₂为所喷吹的燃气从向上移动后的新位置至原始高度位置的平均流速。

1c)设定燃气喷口上下移动的周期数为N，由此，单个周期内燃气喷口在原始位置的停留时长Δt₁为：

在本发明中，在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：

式中：G为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量。Q_补为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量。其中，Q_补由烧结原料种类、烧结混合料平均粒度、固体燃料配比等决定。H为燃气的热值。

优选的是，在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：

式中：S为单位时间内燃气的喷吹量。

在本发明中，在步骤3)中，所述在单个周期的燃气喷口在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量，具体为：

式中：Q_in为Δt₁时间内所吸入的燃气燃烧放出的热量。

在步骤4)中，所述在单个周期的燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量，具体为：在单个周期的燃气喷口在新位置的停留时间Δt₂内，烧结料层被空气冷却的冷却速率为q_co，即有：

q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A…………(7)。

式中：Q_co为Δt₂时间内空气对烧结料层的冷却量。h_co为烧结料层冷却系数，根据经验确定，h_co的取值范围为50～60W/(m²·℃)。T_燃烧为燃气在烧结料层内的燃烧温度，一般根据经验在1000～1200℃范围内选定。T_∞为空气温度，例如空气温度为30℃、25℃或20℃等。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量。A为烧结料层内燃烧带比表面积。ξ为燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例，ξ的取值范围为0～1，优选为0.01～0.1。

在本发明中，步骤5)包括以下子步骤：

5a)依据热量平衡原理，计算单个周期内对应位置烧结料层的温度变化值ΔT：

c_p·ξ·m·ΔT＝Q_in-Q_co…………(9)。

即有

式中：c_p为烧结料层的平均比热容。

5b)计算单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co：

T_co＝T_燃烧+ΔT…………(11)。

5c)比较单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co与目标温度T_aim，进而调整单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。

作为优选，子步骤5c)具体为：

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co＝目标温度T_aim，说明在该周期内烧结矿带与燃烧带的温度控制在正常范围内，***保持当前燃气补入参数继续运行。

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co>目标温度T_aim，此时增大单个周期内燃气喷口向上移动的距离，进而延长单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim。

若单个周期内的实际最终温度T_co<目标温度T_aim，此时减小单个周期内燃气喷口向上移动的距离，进而缩短单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim。

优选的是，在子步骤5c)中，所述目标温度T_aim的取值范围为600～1000℃，优选为700～850℃，更优选为740～780℃。

一般来说，在初始烧结工艺中，烧结过程中的料层自上而下依次主要包括烧结矿带、燃烧带、干燥预热带、过湿带和原始料带。其中，燃烧带由于烧结料层内的焦粉着火因而温度较高，在1200～1400℃实现矿物的熔化、烧结等物理化学过程，形成成品烧结矿，即燃烧带演变为烧结矿带，此时焦粉燃烧完毕。而由于抽风式烧结中抽风的影响，料层顶部会不断补充新鲜空气，对料层起到冷却作用，因而烧结矿带的温度呈现为靠近料层顶部的位置温度低、靠近燃烧带位置的温度高。

在现有技术中，为降低烧结过程中CO₂的排放，提出了燃气喷吹辅助烧结的技术。在烧结料面上方喷吹稀释到可燃浓度下限以下的气体燃料，使其在烧结料层内燃烧供热，从而降低烧结矿生产中的固体碳用量以及CO₂排放量。在图5中，对烧结过程中采用燃气喷吹技术与未采用燃气喷吹技术两种情况下的烧结料层温度分布做了对比。其中，烧结过程中未采用燃气喷吹技术的烧结料层温度分布如图5中“未采用喷吹”对应的曲线所示，而采用了燃气喷吹技术的烧结料层温度分布如图5中“采用喷吹”对应的曲线所示。根据图5可以得出，采用燃气喷吹技术后，气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，减缓了新鲜空气对烧结后成品矿的冷却速度，从而烧结矿带内靠近燃烧带位置的温度相比于未采用喷吹时的温度更高。

为进一步减少CO₂的排放，实验室研究与烧结工艺工程实践中发现，在一定的范围内，燃气喷吹量越大、喷吹浓度越大，燃气被吸入料层后放出的热量越多，替代固体燃料量则越大，从而实现更少的焦炭消耗，即实现更少的CO₂排放。提高燃气喷入量、增大喷吹浓度后的烧结料层温度分布如图6中虚线所示。从图6中可以得出，在提高燃气喷入量、增大喷吹浓度后，燃气在料层内着火的位置会从燃烧带靠近烧结矿带附近的位置向烧结矿带的方向移动，即表现为在烧结矿带靠近燃烧带位置的温度较高。用“红层”描述烧结料层内温度处于约1000℃以上的区域，很明显，燃气喷吹量上升后，料层内红层厚度明显增加，由于红层内温度高并有液相生成，过厚的红层会导致料层透气性较差、烧结抽风负压过大，影响通过料层的风量和烧结过程，降低烧结矿产量和质量。也就是说，在燃气喷吹辅助烧结工艺中由于燃气喷吹量的提高，降低了烧结矿生产中的固体碳用量以及CO₂排放量，但同时也带来了一些新的技术问题。

在现有技术中，上述的常规采用燃气喷吹技术辅助烧结的方法，或，提高燃气喷入量、增大喷吹浓度后喷吹辅助烧结的方法，均采用的是向烧结料面持续喷入燃气(即烧结料层持续吸入燃气)的方法。针对现有技术中提高燃气喷入量、增大喷吹浓度后持续喷吹燃气辅助烧结中存在的问题，本发明提出一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置及其方法。本发明改变原有的持续喷入燃气的方法，采用一种可使得燃气喷吹装置的燃气喷口呈周期性上下移动的装置，进而实现将燃气周期性的喷入料层内，即实现烧结料层对燃气的间歇吸入。通过燃气周期性的吸入、停止，可以控制烧结矿带靠近燃烧带附近位置反复发生燃气的着火、熄火，从而在维持原有的燃气补入量(即现有的提高后的燃气喷入量)的前提下，保证相应区域不会出现温度过高而引发过厚的红层，进而有效避免了提高燃气喷吹量后带来的料层透气性较差、烧结抽风负压上升等技术问题。

具体地，本发明中所述的燃气间歇吸入辅助烧结的装置包括烧结台车和设置在烧结台车上方的燃气喷吹装置。所述燃气喷吹装置包括设置在烧结台车上方的燃气喷吹总管和燃气喷吹支管。燃气喷吹支管包括依次设置并连接的支管一段、软管、支管二段，其中，支管一段的上端与燃气喷吹总管连接，支管二段的下端设有燃气喷口。该装置还包括连接装置和驱动装置。所述驱动装置通过连接装置与支管二段连接。由于燃气喷吹支管中软管的设置，因此驱动装置能够驱动连接装置并带动支管二段上下移动，进而带动支管二段下端的燃气喷口上下移动。在本发明中，所述连接装置包括相互连接的连杆和导杆，其中，连杆与支管二段连接，导杆与驱动装置连接。所述驱动装置优选为变频电机。在燃气喷吹过程中，通过变频电机的运行(正转或反转)，带动导杆、连杆及燃气喷吹支管的支管二段上下移动，从而带动支管二段下端的燃气喷口上下移动。

在本发明装置中，当燃气从燃气喷吹装置的燃气喷口喷出后，需要与空气混合均匀后，随空气一同被吸入烧结料层，这期间需要经过一个特定的时间t₀，t₀的大小由燃气喷吹装置在单位时间内的燃气喷吹量、抽风负压、料层透气性及燃气喷口距离烧结料面的高度决定。假定燃气喷口距离烧结料面的初始高度为h₁，经过Δt₁时长后，燃气喷口通过驱动装置的驱动向上提升Δh的距离至h₂高度后，保持单位时间内的燃气喷吹量不变，从新位置(即高度h₂的位置)喷出的燃气相较初始位置(即高度h₁的位置)喷出的燃气需要多经过Δt₂的时间才能进入料层，

v₂为从h₂位置至h₁位置所喷吹燃气的平均流速，v₂主要由料面负压决定。对于烧结料面，由于此阶段燃气需要多经过Δh的路程才能进入料层，相当于Δt₂的时间段料层无法补充燃气，出现燃气补充量为0、料层补充气体为纯空气的状况。当燃气喷口再次移动至原始位置(即高度h₁的位置)，燃气进入料层需经过的路程重新回归至h₁，此时料层能以正常状态吸入所喷吹的燃气。

由此，将燃气喷吹装置的燃气喷口呈周期性的上下移动，燃气喷口在原始高度位置(即高度h₁的位置)停留Δt₁时长、随后向上移动Δh的高度至新位置(即高度h₂的位置)停留Δt₂时长，继而燃气喷口回到原始高度位置停留Δt₁时长、然后向上移动Δh的高度至新位置停留Δt₂时长……以此循环，从而实现烧结料层反复经历：吸入燃气Δt₁时长、吸入空气Δt₂时长，随后继续吸入燃气Δt₁时长、吸入空气Δt₂时长……如图7所示，吸入燃气Δt₁时长+吸入空气Δt₂时长为一个周期，在整个烧结喷吹燃气的过程中不断重复。在单个周期的吸入燃气时长Δt₁内，由于燃气的吸入，燃气在燃烧带与烧结矿带附近区域的位置着火燃烧放出热量；在单个周期的吸入空气时长Δt₂内，由于没有燃气的补入，原本燃气燃烧的位置则会熄火，此时该区域会受到空气的冷却。本发明装置结构简单，仅通过加装可周期性上下调整燃气喷吹装置的燃气喷口高度的部件，进而控制燃气喷口的高度及其在相应位置的停留时长，即可实现燃气呈周期性间歇喷入或吸入的效果。通过燃气周期性的吸入、停止，可以控制烧结矿带靠近燃烧带附近位置反复发生燃气的着火、熄火，从而保证相应区域不会出现温度过高而引发过厚的红层，进而有效避免了提高燃气喷吹量后带来的料层透气性较差、烧结抽风负压上升等技术问题。

需要说明的是，考虑到燃气喷口通过驱动装置周期性上下移动的速度较快，且移动的距离较短，即燃气喷口上下移动所需要的时间较少，因此，本发明在计算吸入燃气Δt₁时长、吸入空气Δt₂时长时忽略了燃气喷口上下移动所花的时间。

在本申请中，燃气喷口呈周期性的上下移动，为避免燃气发生逃逸而影响到烧结料层吸入燃气的量，作为优选，本发明装置还包括喷吹罩。所述喷吹罩设置在烧结台车的上部。燃气喷吹总管设置在喷吹罩的外侧，燃气喷吹支管的软管和支管二段位于喷吹罩内，燃气喷吹支管的支管一段的一端连接燃气喷吹总管，支管一段的另一端穿过喷吹罩与软管连接。导杆与驱动装置设置在喷吹罩的外侧，连杆的一端连接导杆，连杆的另一端穿过喷吹罩与燃气喷吹支管的支管二段连接。

相应地，本发明还提出了一种基于上述装置的燃气间歇吸入辅助烧结的方法。该方法提出在燃气喷吹过程中，改变原有的烧结料层持续吸入燃气的方法，通过上述装置实现周期性间歇吸入，从而将燃气周期性的间歇吸入烧结混合料的料层内。本发明通过调整吸入燃气的参数(如吸入燃气的周期数、周期内吸入燃气时长、周期内吸入空气时长等)，进而实现在维持原有的燃气补入量(即现有的提高后的燃气喷入量)的前提下，改善烧结矿带与燃烧带附近区域的温度变化曲线，削弱红层厚度，保证适宜的料层透气性和正常的抽风负压，并在维持料层透气性和抽风负压正常的条件下实现最大的燃气喷吹量，从而更为显著的提高固体燃料替代量、减少CO₂排放。

在本发明中，所述燃气间歇吸入辅助烧结的方法首先确定吸入燃气的周期数N、单个周期内初始吸入燃气的时长Δt₁，单个周期内初始吸入空气的时长Δt₂，及单位时间内燃气的喷吹量S(即燃气喷吹流量)。由前述可知，此处所述的吸入燃气的周期数即为燃气喷口上下移动的周期数；单个周期内吸入燃气的时长即为单个周期内燃气喷口在原始高度位置的停留时长；单个周期内吸入空气的时长即为单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长。确定相关初始参数后，即通过驱动装置带动燃气喷口按照相关参数实现周期性的上下移动，燃气呈周期性地间歇吸入烧结料层内燃烧供热，辅助烧结。然后计算在单个周期内，所吸入燃气在烧结料层内燃烧放出的热量Q_in及空气在Δt₂时间内对烧结料层的冷却量Q_co，依据热量平衡原理，判断单个周期内对应位置烧结料层的温度变化情况，据此来实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制。其中，根据单个周期内烧结料层的温度变化情况来实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制，具体包括：依据热量平衡原理，计算单个周期内烧结料层的温度变化值ΔT，继而计算出单个周期内燃气喷吹对应位置的烧结料层实际最终温度T_co，将计算得到的实际最终温度T_co与目标温度T_aim进行比较，进而调整单个周期内吸入空气的时长(即单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长)，从而实现对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域温度的控制，避免其出现温度过高、红层过厚的情况。

在本发明中，所述目标温度T_aim与燃气种类、喷入燃气浓度及喷入燃气流量有关，是指根据实验室研究及烧结工程实践经验总结得到的能够使得单个周期内的烧结矿带与燃烧带区域的燃气熄火的温度临界值。所述目标温度T_aim的取值范围为600～1000℃，优选为700～850℃，更优选为740～780℃。本发明通过调整燃气喷口上下移动的周期数、单个周期内燃气喷口在原始高度位置的停留时长、单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，确定适宜的燃气补入制度，即可控制式(11)中的周期内最终温度，从而精准控制烧结过程中烧结矿带与燃烧带附近的温度曲线走向，保证烧结过程中高温保持时间被补充燃气延长后但不至于由于燃气的持续补入而降温过慢，进而削弱红层厚度，保证料层透气性及抽风负压处于最佳状态。在本发明中，若单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co＝目标温度T_aim，即烧结料层的实际最终温度在目标温度的范围内，此时烧结料层对应位置燃气熄火(即在吸入空气时间间隙对应位置燃气熄火)，说明在该周期内烧结矿带与燃烧带区域的温度控制在正常范围内，此时的燃气补入参数即为适宜的补入参数，***保持当前燃气补入参数继续运行即可。若单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co＞目标温度T_aim，说明在该周期内烧结矿带与燃烧带区域的温度较高，此时烧结料层对应位置燃气可能存在并未熄火的情况(即在吸入空气时间间隙对应位置燃气未熄火)，则可能出现红层过厚而影响料层透气性、造成抽风负压上升的情况；此时的燃气补入参数需要进行调整，增大单个周期内燃气喷口向上移动的距离，进而延长单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim，进而控制烧结矿带与燃烧带区域的温度回到正常范围内。若单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co＜目标温度T_aim，此时烧结料层对应位置燃气熄火(即在吸入空气时间间隙对应位置燃气熄火)，但在该周期内烧结矿带与燃烧带区域的温度较低，可能影响烧结的正常运行及烧结矿质量；此时的燃气补入参数需要进行调整，减小单个周期内燃气喷口向上移动的距离，进而缩短单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim，进而控制烧结矿带与燃烧带区域的温度回到正常范围内。

需要说明的是，在本发明所述调整单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长的过程中，当只调整(延长或缩短)单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长时，由于此时燃气喷口上下移动的周期数不变，因此在调整过程中需要同步调整(缩短或延长)单个周期内燃气喷口在原始高度位置的停留时长。

在本发明中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量

其中，Q_补由烧结原料种类、烧结混合料平均粒度、烧结混合料中固体燃料的配比等决定，因而从式中可以看出烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量与烧结混合料的质量、烧结原料的种类、烧结混合料的平均粒度、烧结混合料中固体燃料的比例、燃气种类等有关。在本发明中，所述烧结料层被空气冷却的冷却速率q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A，从式中可以看出烧结料层被空气冷却的冷却速率与烧结料层冷却系数、燃气的燃烧温度、环境空气温度、烧结料层内表面积、燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例等有关。此外，在本申请中，公式(1)-(11)中所涉及的各参数的具体数值，均可通过检测、计算或者根据生产经验等方式获得。

需要说明的是，本申请中所述的燃气喷口上下移动的周期数(即吸入燃气的周期数)、烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量均是基于燃气喷吹段对应区域的烧结混合料而言。燃气喷口上下移动的周期数是指前述烧结混合料经过燃气喷吹装置下方时所吸入燃气+吸入空气的次数。烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量则是指，基于实现最大的燃气喷吹量，以提高固体燃料替代量、减少CO₂排放的前提下，前述烧结混合料所需要喷吹的燃气量。

此外，由于“红层”是表示烧结料层内温度处于约1000℃以上的区域，而烧结料层中温度在1000℃以上的区域主要集中在燃烧带与靠近燃烧带的烧结矿带的部分区域，因此，本申请中通过对烧结料层中的烧结矿带与燃烧带区域的温度的控制，进而实现对红层厚度的控制，主要是通过在料层厚度方向上，控制燃烧带上部区域的温度及烧结矿带在靠近燃烧带位置的温度在合理范围内。

在本申请中，所述“燃气燃烧位置”、“燃气燃烧附近位置”及“对应位置”具有相同的意思表述。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

1、本发明装置结构简单，仅通过加装可周期性上下调整燃气喷吹装置的燃气喷口高度的部件，进而控制燃气喷口的高度及其在相应位置的停留时长，即可实现燃气呈周期性间歇喷入或吸入的效果。

2、本发明改变现有的烧结料层持续吸入燃气的方法，通过可上下移动的燃气喷吹装置实现将燃气周期性的喷入或吸入烧结料层内，燃气喷口上下移动巧妙的控制燃气的吸入、停止，进而在燃烧带附近使得燃气反复着火熄火，在通过燃气给料层补充热量的同时给特定区域的烧结成品矿留有一定的冷却时间，因而能够控制燃烧带、烧结矿带位置的温度不会出现过高的情况。

3、本发明通过选取和调整燃气喷口上下移动的周期数、单个周期内燃气喷口在原始高度位置的停留时长、单个周期内燃气喷口在向上移动后的新位置的停留时长，确定适宜的燃气补入制度，即可控制烧结料层的周期内最终温度，从而精准控制烧结过程中烧结矿带与燃烧带附近的温度曲线走向，保证烧结过程中高温保持时间被补充燃气延长后但不至于由于燃气的持续补入而降温过慢，进而削弱红层厚度，保证料层透气性及抽风负压处于最佳状态。

4、本发明在维持料层透气性和抽风负压正常的条件下实现在烧结过程中最大的燃气喷吹量，因而能够实现更大比例的固体燃料替代和CO₂减排。

附图说明

图1为本发明一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置的结构示意图；

图2为本发明一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法的原理图；

图3为本发明一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法的流程图；

图4为烧结混合料的料层分布图；

图5为采用燃气喷吹与未采用燃气喷吹两种情况下的烧结料层温度曲线图；

图6为加大燃气喷吹浓度与常规采用燃气喷吹两种情况下的烧结料层温度曲线图；

图7为本发明中烧结料层呈周期性间歇吸入燃气的示意图；

图8为本发明中烧结料层间歇吸入燃气与常规持续吸入燃气两种情况下的烧结料层温度曲线图。

附图标记：

1：烧结台车；2：燃气喷吹装置；3：燃气喷吹总管；4：燃气喷吹支管；401：支管一段；402：支管二段；403：燃气喷口；404：软管；5：连接装置；501：连杆；502：导杆；6：驱动装置；

A1：烧结矿带；A2：燃烧带；A3：干燥预热带；A4：过湿带；A5：原始料带。

具体实施方式

根据本发明的第一种实施方案，提供一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置。

一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置，该装置包括烧结台车1、燃气喷吹装置2。燃气喷吹装置2设置在烧结台车1的上方。燃气喷吹装置2包括燃气喷吹总管3、燃气喷吹支管4。燃气喷吹总管3设置在烧结台车1的上方。燃气喷吹支管4设置在燃气喷吹总管3的下方。燃气喷吹支管4包括依次设置的支管一段401、支管二段402。支管一段401的上端与燃气喷吹总管3连接，支管二段402的下端设有燃气喷口403。所述燃气喷吹支管4还包括设置在支管一段401和支管二段402之间的软管404，支管一段401通过软管404连接支管二段402。

在本发明中，该装置还包括连接装置5和驱动装置6。所述连接装置5的一端与支管二段402连接，连接装置5的另一端与驱动装置6连接。驱动装置6驱动连接装置5并带动支管二段402上下移动，进而带动支管二段402下端的燃气喷口403上下移动。

优选的是，所述连接装置5包括相互连接的连杆501和导杆502。其中，连杆501与支管二段402连接，导杆502与驱动装置6连接。所述支管二段402通过连杆501和导杆502与驱动装置6连接。优选，所述驱动装置6为变频电机。

在本发明中，燃气喷吹总管3上连接有1～100根燃气喷吹支管4，优选为2～80根燃气喷吹支管4，更优选为3～50根燃气喷吹支管4。每根燃气喷吹支管4的支管二段402下端均设有燃气喷口403。优选，每根燃气喷吹支管4的支管二段402均与连杆501连接。

实施例1

如图1所示，一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置，该装置包括烧结台车1、燃气喷吹装置2。燃气喷吹装置2设置在烧结台车1的上方。燃气喷吹装置2包括燃气喷吹总管3、燃气喷吹支管4。燃气喷吹总管3设置在烧结台车1的上方。燃气喷吹支管4设置在燃气喷吹总管3的下方。燃气喷吹支管4包括依次设置的支管一段401、支管二段402。支管一段401的上端与燃气喷吹总管3连接，支管二段402的下端设有燃气喷口403。所述燃气喷吹支管4还包括设置在支管一段401和支管二段402之间的软管404，支管一段401通过软管404连接支管二段402。

实施例2

重复实施例1，只是该装置还包括连接装置5和驱动装置6。所述连接装置5的一端与支管二段402连接，连接装置5的另一端与驱动装置6连接。驱动装置6驱动连接装置5并带动支管二段402上下移动，进而带动支管二段402下端的燃气喷口403上下移动。

实施例3

重复实施例2，只是所述连接装置5包括相互连接的连杆501和导杆502。其中，连杆501与支管二段402连接，导杆502与驱动装置6连接。所述支管二段402通过连杆501和导杆502与驱动装置6连接。所述驱动装置6为变频电机。

实施例4

重复实施例3，只是燃气喷吹总管3上连接有50根燃气喷吹支管4。每根燃气喷吹支管4的支管二段402下端均设有燃气喷口403。每根燃气喷吹支管4的支管二段402均与连杆501连接。

实施例5

重复实施例4，只是该装置还包括喷吹罩。所述喷吹罩设置在烧结台车1的上部。燃气喷吹总管3设置在喷吹罩的外侧，燃气喷吹支管4的软管404和支管二段402位于喷吹罩内，燃气喷吹支管4的支管一段401的一端连接燃气喷吹总管3和另一端连接软管404。导杆502与驱动装置6设置在喷吹罩的外侧，连杆501的一端连接导杆502和另一端连接燃气喷吹支管4的支管二段402。

实施例6

如图2所示，一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法，使用实施例5中的装置，该方法包括：燃气喷吹装置2通过燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403向烧结台车1内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置6驱动连接装置5带动燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

沿着烧结料层的厚度方向，烧结台车1上的烧结料层从上到下依次主要包括烧结矿带A1、燃烧带A2、干燥预热带A3、过湿带A4、原始料带A5。

实施例7

一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法，使用实施例5中的装置，该方法包括：燃气喷吹装置2通过燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403向烧结台车1内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置6驱动连接装置5带动燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

所述实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷口403上下移动的周期数，单个周期内燃气喷口403在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长。

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。

3)在单个周期的燃气喷口403在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量。

4)在单个周期的燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量。

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

实施例8

一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法，使用实施例5中的装置，该方法包括：燃气喷吹装置2通过燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403向烧结台车1内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置6驱动连接装置5带动燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

如图3所示，所述实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷口403上下移动的周期数，单个周期内燃气喷口403在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长。

步骤1)包括以下子步骤：

1a)根据烧结机上燃气喷吹装置2的长度L、烧结台车1的运行速度v₁，计算烧结台车1在燃气喷吹装置2下方的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t为：

1b)设定在单个周期内燃气喷口403向上移动的初始距离为Δh，由此，单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长Δt₂为：

式中：v₂为所喷吹的燃气从向上移动后的新位置至原始高度位置的平均流速。

1c)设定燃气喷口403上下移动的周期数为N，由此，单个周期内燃气喷口403在原始位置的停留时长Δt₁为：

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。

在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：

式中：G为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量。Q_补为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量。H为燃气的热值。

在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：

式中：S为单位时间内燃气的喷吹量。

3)在单个周期的燃气喷口403在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量，具体为：

式中：Q_in为Δt₁时间内所吸入的燃气燃烧放出的热量。

4)在单个周期的燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量，具体为：在单个周期的燃气喷口403在新位置的停留时间Δt₂内，烧结料层被空气冷却的冷却速率为q_co，即有：

q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A…………(7)。

式中：Q_co为Δt₂时间内空气对烧结料层的冷却量。h_co为烧结料层冷却系数，h_co的取值为55W/(m²·℃)。T_燃烧为燃气在烧结料层内的燃烧温度。T_∞为空气温度。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量。A为烧结料层内燃烧带比表面积。ξ为燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例，ξ的取值为0.05。

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

步骤5)包括以下子步骤：

5a)依据热量平衡原理，计算单个周期内对应位置烧结料层的温度变化值ΔT：

c_p·ξ·m·ΔT＝Q_in-Q_co…………(9)。

即有

式中：c_p为烧结料层的平均比热容。

5b)计算单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co：

T_co＝T_燃烧+ΔT…………(11)。

5c)比较单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co与目标温度T_aim，进而调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

实施例9

重复实施例10，只是在子步骤5c)中，所述目标温度T_aim的取值为730℃。

子步骤5c)具体为：

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co＝目标温度T_aim，说明在该周期内烧结矿带A1与燃烧带A2的温度控制在正常范围内，***保持当前燃气补入参数继续运行。

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co＞目标温度T_aim，此时增大单个周期内燃气喷口403向上移动的距离，进而延长单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim。

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co＜目标温度T_aim，此时减小单个周期内燃气喷口403向上移动的距离，进而缩短单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim。

实施例10

重复实施例9，只是在子步骤5c)中，所述目标温度T_aim的取值为830℃。

实施例11

重复实施例9，只是在子步骤5c)中，所述目标温度T_aim的取值为770℃。

应用实施例1

一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法，使用实施例5中的装置，该方法包括：燃气喷吹装置2通过燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403向烧结台车1内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置6驱动连接装置5带动燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

所述实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷口403上下移动的周期数，单个周期内燃气喷口403在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长。

步骤1)包括以下子步骤：

1a)根据烧结机上燃气喷吹装置2的长度L＝16m、烧结台车1的运行速度v₁＝2m/min，计算烧结台车1在燃气喷吹装置2下方的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t为：

1b)设定在单个周期内燃气喷口403向上移动的初始距离Δh＝0.15m，由此，单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长Δt₂为：

式中：v₂为所喷吹的燃气从向上移动后的新位置至原始高度位置的平均流速，v₂＝0.01m/s。

1c)设定燃气喷口403上下移动的周期数N＝10，由此，单个周期内燃气喷口403在原始位置的停留时长Δt₁为：

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。

在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：

式中：G为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量，m＝172800kg。Q_补为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量，Q_补＝12000kJ/kg。H为燃气的热值，H＝35588kJ/m³。

在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：

式中：S为单位时间内燃气的喷吹量。

3)在单个周期的燃气喷口403在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量，具体为：

式中：Q_in为Δt₁时间内所吸入的燃气燃烧放出的热量。

4)在单个周期的燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量，具体为：在单个周期的燃气喷口403在新位置的停留时间Δt₂内，烧结料层被空气冷却的冷却速率为q_co，即有：

q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A…………(7)。

式中：Q_co为Δt₂时间内空气对烧结料层的冷却量。h_co为烧结料层冷却系数，h_co＝50W/(m²·℃)。T_燃烧为燃气在烧结料层内的燃烧温度，T_燃烧＝1200℃。T_∞为空气温度，T_∞＝30℃。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量，m＝172800kg。A为烧结料层内燃烧带比表面积，A＝0.02326m²/g。ξ为燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例，ξ＝0.06。

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

步骤5)包括以下子步骤：

5a)依据热量平衡原理，计算单个周期内对应位置烧结料层的温度变化值ΔT：

c_p·ξ·m·ΔT＝Q_in-Q_co…………(9)。

即有

式中：c_p为烧结料层的平均比热容，c_p＝1.1kJ/(kg·℃)。

5b)计算单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co：

T_co＝T_燃烧+ΔT＝1200℃+(-448℃)＝827℃…………(11)。

5c)比较单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co与目标温度T_aim，进而调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

由于目标温度T_aim＝827℃，显然有T_co＝T_aim，说明在该周期内烧结矿带A1与燃烧带A2的温度控制在正常范围内，***保持当前燃气补入参数继续运行。

应用实施例2

一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法，使用实施例5中的装置，该方法包括：燃气喷吹装置2通过燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403向烧结台车1内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置6驱动连接装置5带动燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

所述实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷口403上下移动的周期数，单个周期内燃气喷口403在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长。

步骤1)包括以下子步骤：

1a)根据烧结机上燃气喷吹装置2的长度L＝16m、烧结台车1的运行速度v₁＝2m/min，计算烧结台车1在燃气喷吹装置2下方的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t为：

1b)设定在单个周期内燃气喷口403向上移动的初始距离Δh＝0.148m，由此，单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长Δt₂为：

式中：v₂为所喷吹的燃气从向上移动后的新位置至原始高度位置的平均流速，v₂＝0.01m/s。

1c)设定燃气喷口403上下移动的周期数N＝10，由此，单个周期内燃气喷口403在原始位置的停留时长Δt₁为：

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。

在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：

式中：G为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量，m＝172800kg。Q_补为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量，Q_补＝12000kJ/kg。H为燃气的热值，H＝35588kJ/m³。

在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：

式中：S为单位时间内燃气的喷吹量。

3)在单个周期的燃气喷口403在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量，具体为：

式中：Q_in为Δt₁时间内所吸入的燃气燃烧放出的热量。

4)在单个周期的燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量，具体为：在单个周期的燃气喷口403在新位置的停留时间Δt₂内，烧结料层被空气冷却的冷却速率为q_co，即有：

q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A…………(7)。

式中：Q_co为Δt₂时间内空气对烧结料层的冷却量。h_co为烧结料层冷却系数，h_co＝50W/(m²·℃)。T_燃烧为燃气在烧结料层内的燃烧温度，T_燃烧＝1200℃。T_∞为空气温度，T_∞＝30℃。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量，m＝172800kg。A为烧结料层内燃烧带比表面积，A＝0.02326m²/g。ξ为燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例，ξ＝0.06。

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

步骤5)包括以下子步骤：

5a)依据热量平衡原理，计算单个周期内对应位置烧结料层的温度变化值ΔT：

c_p·ξ·m·ΔT＝Q_in-Q_co…………(9)。

即有

式中：c_p为烧结料层的平均比热容，c_p＝1.1kJ/(kg·℃)。

5b)计算单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co：

T_co＝T_燃烧+ΔT＝1200℃+(-126℃)＝1074℃…………(11)。

5c)比较单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co与目标温度T_aim，进而调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

由于目标温度T_aim＝827℃，即有T_co＞T_aim，说明在该周期内烧结矿带A1与燃烧带A2的温度较高，可能吸入空气的间隙时间烧结料层内燃气未熄火，从而出现红层过厚而影响料层透气性、造成抽风负压上升的情况，此时增大单个周期内燃气喷口403向上移动的距离，进而延长单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim，进而控制烧结矿带与燃烧带区域的温度回到正常范围内。

应用实施例3

一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法，使用实施例5中的装置，该方法包括：燃气喷吹装置2通过燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403向烧结台车1内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热。在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置6驱动连接装置5带动燃气喷吹支管4下端的燃气喷口403呈周期性的上下移动。通过调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

所述实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷口403上下移动的周期数，单个周期内燃气喷口403在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长。

步骤1)包括以下子步骤：

1a)根据烧结机上燃气喷吹装置2的长度L＝16m、烧结台车1的运行速度v₁＝2m/min，计算烧结台车1在燃气喷吹装置2下方的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t为：

1b)设定在单个周期内燃气喷口403向上移动的初始距离Δh＝0.152m，由此，单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的初始停留时长Δt₂为：

式中：v₂为所喷吹的燃气从向上移动后的新位置至原始高度位置的平均流速，v₂＝0.01m/s。

1c)设定燃气喷口403上下移动的周期数N＝10，由此，单个周期内燃气喷口403在原始位置的停留时长Δt₁为：

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量。

在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：

式中：G为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量，m＝172800kg。Q_补为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量，Q_补＝12000kJ/kg。H为燃气的热值，H＝35588kJ/m³。

在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：

式中：S为单位时间内燃气的喷吹量。

3)在单个周期的燃气喷口403在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量，具体为：

式中：Q_in为Δt₁时间内所吸入的燃气燃烧放出的热量。

4)在单个周期的燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量，具体为：在单个周期的燃气喷口403在新位置的停留时间Δt₂内，烧结料层被空气冷却的冷却速率为q_co，即有：

q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A…………(7)。

式中：Q_co为Δt₂时间内空气对烧结料层的冷却量。h_co为烧结料层冷却系数，h_co＝50W/(m²·℃)。T_燃烧为燃气在烧结料层内的燃烧温度，T_燃烧＝1200℃。T_∞为空气温度，T_∞＝30℃。m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量，m＝172800kg。A为烧结料层内燃烧带比表面积，A＝0.02326m²/g。ξ为燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例，ξ＝0.06。

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

步骤5)包括以下子步骤：

5a)依据热量平衡原理，计算单个周期内对应位置烧结料层的温度变化值ΔT：

c_p·ξ·m·ΔT＝Q_in-Q_co…………(9)。

即有

式中：c_p为烧结料层的平均比热容，c_p＝1.1kJ/(kg·℃)。

5b)计算单个周期内对应位置烧结料层的实际最终温度T_co：

T_co＝T_燃烧+ΔT＝1200℃+(-621℃)＝579℃…………(11)。

5c)比较单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co与目标温度T_aim，进而调整单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带A1与燃烧带A2区域温度的控制。

由于目标温度T_aim＝827℃，即有T_co＜T_aim，说明在该周期内烧结矿带A1与燃烧带A2的温度较低，可能影响烧结的正常运行及烧结矿质量，此时减小单个周期内燃气喷口403向上移动的距离，进而缩短单个周期内燃气喷口403在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim，进而控制烧结矿带与燃烧带区域的温度回到正常范围内。

对比例1

一种燃气持续吸入辅助烧结的方法，向烧结混合料的料面持续喷吹燃气，烧结料层持续吸入燃气，燃气进入料层内燃烧供热，辅助烧结。其中，针对燃气喷吹段对应区域的烧结混合料，持续喷吹的燃气总量G₁＝58266.83m³，此处持续喷吹的燃气总量G₁与应用实施例1中燃气间歇吸入需要喷吹的燃气总量G相等。根据烧结机上燃气喷吹段的长度L₁＝16m、烧结台车的运行速度v＝2m/min，计算得到对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t₁＝L₁/v＝480s，此处对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t₁与应用实施例1中对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t(包括原始位置喷吹时长与向上移动后新位置的喷吹时长)相等。在对比例1中，燃气喷吹流量即单位时间内燃气的喷吹量S₁＝G₁/t₁＝121.39m³/s，此处燃气喷吹流量与应用实施例1中单位时间内燃气的喷吹量S相等。

对烧结过程中的烧结料层进行温度检测，绘制应用实施例1与对比例1的烧结料层温度变化曲线，如图7所示。记录应用实施例1与对比例1的相关试验数据，如下表：

本发明改变现有的烧结料层持续吸入燃气的方法，采用一种可使得燃气喷吹装置的燃气喷口呈周期性上下移动的装置，进而实现将燃气周期性的喷入(或吸入)烧结料层内。由上表结合图8可知，本发明在维持原有的燃气补入量的前提下，即在实现最大的燃气喷吹量以保证大比例的固体燃料替代、CO₂减排的前提下，改善了烧结矿带与燃烧带附近区域的温度变化曲线，进而削弱了红层厚度，保证适宜的料层透气性和正常的抽风负压，从而提高烧结矿的产量与质量。

Claims (11)

1.一种燃气间歇吸入辅助烧结的装置，该装置包括烧结台车(1)、燃气喷吹装置(2)；燃气喷吹装置(2)设置在烧结台车(1)的上方；燃气喷吹装置(2)包括燃气喷吹总管(3)、燃气喷吹支管(4)；燃气喷吹总管(3)设置在烧结台车(1)的上方；燃气喷吹支管(4)设置在燃气喷吹总管(3)的下方；燃气喷吹支管(4)包括依次设置的支管一段(401)、支管二段(402)；支管一段(401)的上端与燃气喷吹总管(3)连接，支管二段(402)的下端设有燃气喷口(403)；所述燃气喷吹支管(4)还包括设置在支管一段(401)和支管二段(402)之间的软管(404)，支管一段(401)通过软管(404)连接支管二段(402)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括连接装置(5)和驱动装置(6)；所述连接装置(5)的一端与支管二段(402)连接，连接装置(5)的另一端与驱动装置(6)连接；驱动装置(6)驱动连接装置(5)并带动支管二段(402)上下移动，进而带动支管二段(402)下端的燃气喷口(403)上下移动。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述连接装置(5)包括相互连接的连杆(501)和导杆(502)；其中，连杆(501)与支管二段(402)连接，导杆(502)与驱动装置(6)连接；所述支管二段(402)通过连杆(501)和导杆(502)与驱动装置(6)连接；优选，所述驱动装置(6)为变频电机。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：燃气喷吹总管(3)上连接有1～100根燃气喷吹支管(4)，优选为2～80根燃气喷吹支管(4)，更优选为3～50根燃气喷吹支管(4)；每根燃气喷吹支管(4)的支管二段(402)下端均设有燃气喷口(403)；优选，每根燃气喷吹支管(4)的支管二段(402)均与连杆(501)连接。

5.一种燃气间歇吸入辅助烧结的方法或使用权利要求1-4中任一项所述装置的方法，该方法包括：燃气喷吹装置(2)通过燃气喷吹支管(4)下端的燃气喷(403)向烧结台车(1)内的烧结混合料料面喷吹燃气，燃气进入烧结料层内燃烧供热；在所述燃气喷吹的过程中，驱动装置(6)驱动连接装置(5)带动燃气喷吹支管(4)下端的燃气喷(403)呈周期性的上下移动；通过调整单个周期内燃气喷(403)在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带(A1)与燃烧带(A2)区域温度的控制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述实现对烧结料层中的烧结矿带(A1)与燃烧带(A2)区域温度的控制，具体包括以下步骤：

1)确定燃气喷(403)上下移动的周期数，单个周期内燃气喷(403)在原始高度位置的初始停留时长，及单个周期内燃气喷(403)在向上移动后的新位置的初始停留时长；

2)根据烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量，计算单位时间内燃气的喷吹量；

3)在单个周期的燃气喷口(403)在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量；

4)在单个周期的燃气喷口(403)在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量；

5)根据烧结料层所吸入的燃气燃烧放出的热量及空气对烧结料层的冷却量，判断单个周期内烧结料层的温度变化情况，进而实现对烧结料层中的烧结矿带(A1)与燃烧带(A2)区域温度的控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤1)包括以下子步骤：

1a)根据烧结机上燃气喷吹装置(2)的长度L、烧结台车(1)的运行速度v₁，计算烧结台车(1)在燃气喷吹装置(2)下方的运行时间t，即对烧结台车内的烧结混合料喷吹燃气的总时长t为：

1b)设定在单个周期内燃气喷口(403)向上移动的初始距离为Δh，由此，单个周期内燃气喷口(403)在向上移动后的新位置的初始停留时长Δt₂为：

式中：v₂为所喷吹的燃气从向上移动后的新位置至原始高度位置的平均流速；

1c)设定燃气喷口(403)上下移动的周期数为N，由此，单个周期内燃气喷口(403)在原始高度位置的停留时长Δt₁为：

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量为：

式中：G为烧结台车内的烧结混合料需要喷吹的燃气总量；m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量；Q_补为整体降低固体燃料配比后单位质量的烧结混合料需补充热量；H为燃气的热值；

优选的是，在步骤2)中，所述计算单位时间内燃气的喷吹量，具体为：

式中：S为单位时间内燃气的喷吹量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述在单个周期的燃气喷口(403)在原始高度位置的停留时间内，计算烧结料层所吸入的燃气在料层内燃烧放出的热量，具体为：

式中：Q_in为Δt₁时间内所吸入的燃气燃烧放出的热量；和/或

在步骤4)中，所述在单个周期的燃气喷口(403)在向上移动后的新位置的停留时间内，计算空气对烧结料层的冷却量，具体为：在单个周期的燃气喷口(403)在新位置的停留时间Δt₂内，烧结料层被空气冷却的冷却速率为q_co，即有：

q_co＝h_co·(T_燃烧-T_∞)·ξ·m·A............(7)；

式中：Q_co为Δt₂时间内空气对烧结料层的冷却量；h_co为烧结料层冷却系数，h_co的取值范围为50～60W/(m²·℃)；T_燃烧为燃气在烧结料层内的燃烧温度；T_∞为空气温度；m为燃气喷吹段对应区域的烧结混合料的质量；A为烧结料层内燃烧带比表面积；ξ为燃烧带在高度方向占整个烧结料层高度的比例，ξ的取值范围为0～1，优选为0.01～0.1。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤5)包括以下子步骤：

5a)依据热量平衡原理，计算单个周期内燃气燃烧位置烧结料层的温度变化值ΔT：

c_p.ξ·m.ΔT＝Q_in-Q_co............(9)；

即有

式中：c_p为烧结料层的平均比热容；

5b)计算单个周期内对应位置的烧结料层实际最终温度T_co：

T_co＝T_燃烧+ΔT............(11)；

5c)比较单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co与目标温度T_aim，进而调整单个周期内燃气喷口(403)在向上移动后的新位置的停留时长，从而实现对烧结料层中的烧结矿带(A1)与燃烧带(A2)区域温度的控制。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：子步骤5c)具体为：

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co＝目标温度T_aim，说明在该周期内烧结矿带(A1)与燃烧带(A2)的温度控制在正常范围内，***保持当前燃气补入参数继续运行；

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co>目标温度T_aim，此时增大单个周期内燃气喷口(403)向上移动的距离，进而延长单个周期内燃气喷口(403)在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim；

若单个周期内烧结料层的实际最终温度T_co<目标温度T_aim，此时减小单个周期内燃气喷口(403)向上移动的距离，进而缩短单个周期内燃气喷口(403)在向上移动后的新位置的停留时长，使得T_co＝T_aim；

优选的是，在子步骤5c)中，所述目标温度T_aim的取值范围为600～1000℃，优选为700～850℃，更优选为740～780℃。

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