基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法

技术领域

本发明属于铁矿粉球团技术领域，尤其是涉及一种基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法。

背景技术

球团矿作为高炉重要的含铁原料，对促进铁前工序高效低耗、低碳绿色发展有着至关重要的作用。球团矿制备过程主要由生球制备、干燥预热、氧化焙烧、成品球团冷却等步骤组成。其中，针对生球制备、干燥预热和氧化焙烧，诸多钢铁企业和国内外专家学者进行了系统且深入的研究，球团冷却过程的作用常被忽略，已有的部分研究多集中于冷却过程的余热回收和仿真模拟相关，而忽略了冷却制度对于球团质量和性能的影响。冷却过程中，余热回收可有效提高整个链-回-环系统能量利用效率；冷却过程中环冷机机速、各冷却段风量、料层厚度和球团粒度分布等都影响着冷却速率和球团质量；冷却过程中球团发生二次氧化，晶粒继续连晶生长，矿物结构进一步优化，固结强度进一步增加，冷却效果影响球团质量。现有的冷却过程缺乏对于冷却制度的评价指标，特别是针对生产现场的量化评价指标。因此，提出一种基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，对优化铁矿粉球团冷却性能，提高冷却过程余热利用率与球团质量，改善环冷机冷却性能具有十分重要的意义。

根据文献调研，自从铁矿粉球团工艺诞生以来，关于球团矿冷却制度优化相关研究较少；文献（郑绥旭，邢守正，吴增强，等人。一种球团矿冷却废气回收利用系统及使用方法[P]。辽宁：CN110157903A，2019-08-23。）提出了一种球团矿废气回收利用系统的使用方法，将球团矿冷却环节的废气全部回收利用，减少热损失，降低系统能耗，提高了废气温度调节手段。文献（曹慧祖。一种冶金用球团矿冷却装置[P]。广西：CN215481153U，2022-01-11。）研究开发了一种冶金用球团矿冷却装置，有效解决了现有技术中球团冷却速度慢的问题。文献（唐云祥，赵伟。一种用于竖炉生产球团矿的冷却及余热回收装置[P]。江苏：CN216132298U，2022-03-25。）设计了一种竖炉生产球团矿的冷却及余热回收装置，有效避免了冷却粉尘污染环境，还有效利用了余热。文献（王帅，杨凌志，郑富强，等人。一种实验室用焙烧球团冷却机及其应用方法[P]。长沙：CN111057844B，2020-10-27。）公开了一种实验室球团冷却机及其应用方法，使得实验室条件下球团冷却更加接近实际生产。所有这些研究为铁矿粉球团冷却性能评价和冷却制度优化提供了良好的研究思路。但是在先前的研究中，针对球团冷却制度评价方法的研究较少，常规的评价指标计算方法冗杂，难度较大，不适合现场的生产实践高效应用。并且对于环冷过程中环冷风速风量的合理分配、料层厚度的合理性、 环冷机转速、球团粒径的分布等参数，缺乏相关评价指标；因此，提出一种球团矿冷却制度的评价方法，对深入解析冷却过程球团的质量变化与冷却参数之间的相互关系至关重要，成为诸多企业亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，该方法提出了通过球团性能与余热利用评价球团矿冷却性能，以热值替代环冷参数变化评价环冷机的冷却性能，提出垂直冷却速率，冷却效率，余热回收效率和球团质量变化等评价参数，通过解析冷却制度与环冷参数之间的联系，进而优化环冷参数，并且提出了球团矿冷却性能的量化评价标准，不仅填补球团矿冷却性能评价相关的空白，还为优化球团环冷工艺提供了数据支撑，为促进炼铁原料低碳绿色发展奠定基础。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，其特征在于包括步骤如下：

步骤一：从生产现场获取环冷机各工段环冷参数，如各冷却段温度、冷却时间、环冷机机速、和料层厚度；

步骤二：分别取样环冷前后的球团样品，并且测量环冷前后的球团强度变化；

步骤三：测量冷却过程回收的热废气量和热风温度，统计环冷机的余热回收效率；

步骤四：将环冷过程中的参数等效为质量和风量变化，通过热值计算、余热回收效率计算和球团强度计算综合评价球团环冷机的冷却性能；

步骤五：对比分析料层厚度、球团粒径分布、环冷机机速和风机风速风量，优化球团冷却性能，进一步提高球团环冷机的冷却性能。

所述的步骤二中，所取样的环冷前后的球团样品，重点在于评价冷却前后样品的强度和质量信息。

所述的步骤三中，所检测回收再利用的热废气量和热风温度，重点在于评价球团环冷过程的余热回收效率，为精简评价标准，将环冷过程余热回收通过窑内回风回收的热量，管道回风回收的热量和损失的热量表示。

所述的步骤四中，通过热值计算，和环冷系统冷却性能评价，得到适宜的环冷参数范围。

所述的步骤五中，冷却过程重点考虑球团的质量和环冷系统的余热回收，其他参数均等效成质量、风量和热值变化，通过企业现有的技术参数，有效量化环冷系统性能评价指标，并简化评价参数，提高此冷却制度评价方法对于生产现场的适用性。

本发明的优点：

本发明的基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，提出了通过球团性能与余热利用评价球团矿冷却性能，进而优化环冷参数，通过环冷过程鼓风带走的热值变化，量化评价环冷参数对于环冷系统冷却性能的影响，提出垂直冷却速率，冷却效率，余热回收效率和球团质量变化等评价参数，不仅填补球团矿冷却性能评价相关的空白，还为优化球团环冷工艺提供了数据支撑，为促进炼铁原料低碳绿色发展奠定基础。对改善球团矿环冷工艺以及优化球团制备过程能量利用率具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明的环冷参数评价示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，其特征在于包括步骤如下：

步骤一：从生产现场获取环冷机各工段环冷参数，如冷却段温度、环冷时间、环冷机机速、和料层厚度；

步骤二：分别取样环冷前后的球团样品，并且测量环冷前后的球团强度变化；

步骤三：测量冷却过程回收的热废气量和热风温度，统计环冷机的余热回收效率；

步骤四：将环冷过程中的参数等效为质量和风量变化，通过热值计算、余热回收效率计算和球团强度计算综合评价球团环冷机的冷却性能；

步骤五：对比分析料层厚度、球团粒径分布、环冷机机速和风机风速风量，优化球团冷却性能，进一步提高球团环冷机的冷却性能。

所述的步骤二中，所取样的环冷前后的球团样品，重点在于评价冷却前后样品的强度和质量信息。

所述的步骤三中，所检测回收再利用的热废气量和热风温度，重点在于评价球团环冷过程的余热回收效率，为精简评价标准，将环冷过程余热回收通过窑内回风。

回收的热量，管道回风回收的热量和损失的热量表示。其中环冷系统传热和漏风导致的热量损失均未考虑。

所述的步骤四中，通过热值计算和环冷系统冷却性能评价，得到适宜的环冷参数范围。此评价指标同样适用于其他类型的冷却设备。

所述的步骤五中，冷却过程重点考虑球团的质量和环冷系统的余热回收，其他参数均等效成质量、风量和热值变化，通过企业现有的技术参数，有效量化环冷系统性能评价指标，并简化评价参数，提高此冷却制度评价方法对于生产现场的适用性。

本发明内容在于提供一种基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，该方法首次提出了通过球团性能与余热利用评价球团矿冷却性能，进而优化环冷参数。为促进炼铁原料低碳绿色发展奠定基础。包括如下实验步骤：

（1）首先需测量球团生产现场环冷机各工段温度、环冷时间、环冷机机速、料层厚度等环冷参数；

（2）采集相同时间球团环冷前后的球团强度信息；

（3）检测分析环冷前后的余热回收效率B，主要包括各环冷段的烟气温度和烟气回收量；

（4）对比分析球团性能与余热利用效率间的匹配性关系，并分析得到适宜的球团性能与余热利用范围，通过热值换算替代球团的环冷参数，其中将环冷过程分为窑内回风带走的热量、管道回风带走的热量、其他形式的热量和损失的热量。

各冷却段垂直冷却速率：ν=ΔT/t；

窑内回风带走的热量为环冷一段球团的热值变化：Q1=M×ΔT1×C；

管道回风带走的热量为环冷二段和环冷三段球团的热值变化：Q2=M×ΔT2×C；

其他形式损失的热量Q3，损失的热量即未能有效回收利用的热量：Q3=M×ΔT3×C；

冷却效率：A=Q1/V1+Q2/V2

余热回收效率：B=（Q1+Q2）/（Q1+Q2+Q3）

冷却前后球团质量变化：C=F1/F2；

其中:M为球团质量，ΔT为环冷各工序段温度差值，C为球团矿比热容，F为球团抗压强度；

球团冷却参数评价标准见表1。

表1 球团矿冷却质量评价标准

（5）构建冷却制度评价方法，提出冷却性能量化评价指标，球团环冷效率表现在球团产量、球团质量与余热利用效率，其他环冷参数通过质量和热量变化反应。

（6）解析环冷过程料层厚度、环冷机机速、球团粒径分布(转化为球团质量变化)和风速风量等技术参数信息，分析其与球团质量与余热回收的相互关系，进一步优化环冷参数。

所述步骤（1）中环冷机规格型号不受限制，环冷参数根据企业生产现状改变；

所述步骤（2）中采集环冷前后的球团质量信息，主要测量环冷前后的球团强度变化，评价环冷工序是否有效促进球团强度进一步优化；环冷前的球团指窑头球，通过取样空冷测量其未经过环冷的球团强度。

所述步骤（3）中的环冷机余热回收效率主要体现再回收利用的热风温度和热风流量。

所述步骤（4）中的球团性能主要包括球团的产量和质量，球团性能和余热回收之间的匹配关系。主要体现在余热回收效率是否在合适的范围内，以及其与球团产量、质量之间的匹配性关系。

所述步骤（5）中的评价指标是余热利用效率，是指环冷系统实现余热回收率在80%-95%范围内，球团性能评价主要包括球团厂产量满足设计需求且球团强度达到2000N以上。

所述步骤（6）环冷参数主要是指环冷过程料层厚度、环冷机机速、球团粒径分布和风速风量，冷却参数变化折算成球团质量变化和风量变化，进而体现随着环冷过程热值的变化。

实施例一：球团矿冷却性能评价案例1

现有150m

实施例二：球团矿冷却性能评价案例2

现有150m

本发明旨在提供一种基于球团性能与余热利用的冷却制度评价方法，该方法提出了通过球团性能与余热利用评价球团矿冷却性能，以热值替代环冷参数变化评价环冷机的冷却性能，提出垂直冷却速率，冷却效率，余热回收效率和球团质量变化等评价参数，通过解析冷却制度与环冷参数之间的联系，进而优化环冷参数，并且提出了球团矿冷却性能的量化评价标准。不仅填补球团矿冷却性能评价相关的空白，还为优化球团环冷工艺提供了数据支撑，为促进炼铁原料低碳绿色发展奠定基础。