CN119803083B - 一种分层布料烧结及冷却的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种分层布料烧结及冷却的方法，该方法包括以下步骤：1)将烧结原料和间隔料依次交替铺设在烧结台车上得到烧结原料自上而下被至少一层间隔料层分隔形成多个烧结原料单元层结构的混合烧结料层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到至少2个温度不同的烧结矿单元层；2)根据各个烧结矿单元层温度的不同，将各个烧结矿单元层分别独立地进行破碎及冷却处理后得到成品烧结矿。本发明提供的一种分层布料烧结及冷却的方法，设置多个烧结原料单元层进行烧结，并设置间隔料层，将烧结完成后得到的不同温度的烧结矿分别冷却，提高冷却效率和烧结矿热能回收率，同时降低了环冷机的工作负荷，节省环冷机的一次投资。

Description

一种分层布料烧结及冷却的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种烧结及冷却的方法和系统，具体涉及一种分层布料烧结及冷却的方法和系统，属于铁矿烧结技术领域。

背景技术

一般烧结工序是钢铁流程铁矿石造块的主要方法之一。目前国内烧结矿年产量超10亿吨，烧结使用的燃料主要是焦粉，按照目前生产烧结矿的吨矿能耗40～50kgce计算，烧结行业全年排放的CO₂超过1亿吨，是钢铁工业乃至全国CO₂的重要排放源，在国家实施双碳战略目标的背景下，烧结工序的碳减排显得尤为重要。目前的烧结主流工艺是采用抽风烧结，主要设备为带式烧结机、点火保温炉、布料器、环冷机等。带式烧结机由于单击产量高和机械化、自动化成都高，已经成为世界烧结生产的绝对主流。

国内外研究者针对烧结工序开展过很多节能和低碳方面的研究和尝试，目前烧结工序能耗最先进水平已经达到40kgce/t-s以下，但是大部分烧结机能耗普遍仍在40～50kgce/t-s，烧结工序能耗仍有下降空间。

烧结原料主要由铁矿石、熔剂、燃料组成，烧结燃料主要以化石燃料焦粉为主，在烧结原料中配比约为3～5％。烧结原料的各种组分经过充分地混匀、制粒后，由布料器均匀地铺在烧结台车上。如图3所示台车为从左至右匀速前进，当台车行进至点火保温炉内时，点火保温炉内经由点火烧嘴通入燃气和空气进行点火，烧结原料表层的焦粉被点燃，随后在台车底下的抽风负压作用下，台车上方的空气不断被吸入料层，料层中的燃烧带由上而下传递，并完成整个烧结过程。高温烟气由主抽风机抽到台车下方的大烟道内，经余热利用及脱硫脱硝后排入大气。烧结热矿从台车上卸下时平均温度达到750℃左右，送入环冷机中冷却至150℃以下。环冷机采用鼓风的方式对烧结矿进行冷却，产生的高温废气进行余热利用，环冷机前40％位置的冷却废气温度达到250～500℃，一般可用于产蒸汽发电，后半段的冷却风温较低，一般作为烧结点火炉的助燃空气，或者用于热风烧结。

从现有烧结机尾断面图像分析来看，当烧结矿到达机尾时，烧结过程已经基本完成，由于台车底部抽风造成蓄热作用，仅台车底部的烧结矿维持在高温红热状态，而上部烧结矿受吸入空气的冷却作用，实际温度已较低。如图4所示是烧结机尾台车断面A-A示意图，烧结矿在台车断面的温度会出现明显的分层现象，图2中III是红料区(即高温区)，集中在料层下部30％左右区域，温度700～1200℃，平均温度1000～1050℃；II是中温矿区，集中在料层中上部40％区域，温度分布较为广泛，150～700℃，平均温度350～400℃，表层I其中料层最上部为接触空气的表层，基本已接近室温，温度范围为50～150℃。

目前的下料冷却方式，是把上中部70％的中低温黑料和下部30％的高温烘料一起混匀破碎进入环冷机，这降低了烧结矿的整体温度，增加了环冷机的工作负荷，降低了烧结矿的余热品质和利用效率。

发明内容

针对现有技术中存在的烧结矿的余热品质和利用效率较低，环冷机工作负荷高的问题，本发明提出一种分层布料烧结及冷却的方法和系统。将烧结原料从上至下分为至少2个烧结原料单元层，并在相邻的烧结原料单元层之间设置间隔料层。烧结完成后，针对不同的烧结矿热品质，采用不同的冷却方法，将得到的上方低温烧结矿与下方的高温烧结矿分别冷却，提高冷却效率和烧结矿热能回收率。

根据本发明的第一种实施方案，提供一种分层布料烧结及冷却的方法。

一种分层布料烧结及冷却的方法，该方法包括以下步骤：

1)将烧结原料和间隔料依次交替铺设在烧结台车上得到烧结原料自上而下被至少一层间隔料层分隔形成多个烧结原料单元层结构的混合烧结料层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到至少2个温度不同的烧结矿单元层；

2)根据各个烧结矿单元层温度的不同，将各个烧结矿单元层分别独立地进行破碎及冷却处理后得到成品烧结矿。

优选的是，在步骤1)中，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为1～5层，优选为2～3层；任一层间隔料层的上侧和下侧均有一层烧结原料单元层。优选，各个间隔料层的层厚相同或不同。各个烧结原料单元层的层厚相同或不同。

优选的是，所述间隔料层中的间隔料为煤矸石、高炉渣、钢渣、石灰石、块矿中的任意一种或多种组成的混合料。

优选，所述间隔料层的厚度为1～10cm，优选为2～8cm。

优选的是，所述间隔料的粒径为5～10mm，优选为6～9mm。

优选的是，所述间隔料层为3～5cm厚的煤矸石层、5～8cm厚的高炉渣层、5～8cm厚的钢渣层、1～3cm厚的石灰石层以及5～8cm厚的块矿层中的任意一种。

优选的是，所述间隔料层中还掺有燃料；优选，所述燃料为焦炭；作为优选，控制间隔料层中掺入的燃料量，使得煤矸石层中的碳总含量为20％～30％，高炉渣层、钢渣层、块矿层中的碳总含量为3％～5％，石灰石层中的碳总含量为0.5％～2％；作为优选，下方间隔料层中的碳含量少于上方间隔料层中的碳含量。

优选的是，所述将各个烧结矿单元层分别独立地进行冷却为：将得到的各个烧结矿单元层按温度的不同，送入不同的环冷机分别进行冷却，并将不同的环冷机收集到的不同品质的余热进行分别利用。

优选为，根据烧结后得到的各个烧结矿单元层的温度，将不同的烧结矿单元层分划分为中温层和高温层，以及任选地包括或不包括低温层；低温层的烧结矿输送至烧结成品仓，中温层的烧结矿送入低温环冷机进行冷却，高温层的烧结矿送入高温环冷机进行冷却。

优选，所述低温层的烧结矿的温度为50～200℃；所述中温层的烧结矿的温度为150～800℃；所述高温层的烧结矿的温度为700～1200℃。

优选的是，所述将不同环冷机收集到的不同品质的余热进行分别利用具体为：低温环冷机得到低温冷却废气；高温环冷机的前段得到高温冷却废气，高温环冷机的中段得到中温冷却废气，高温环冷机的后端得到低温冷却废气；将得到的低温冷却废气用于烧结点火或热风烧结，高温冷却废气用于发电。

优选的是，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为2层，通过2层间隔料层将烧结原料自上而下分隔为烧结原料上单元层、烧结原料中单元层以及烧结原料下单元层；其中，烧结原料上单元层的厚度为L₁，％；烧结原料中单元层的厚度为L₂，％；烧结原料下单元层的厚度为L₃，％；其中，L₁、L₂、L₃均为各料层的厚度占料层总厚度除去间隔料层厚度的百分比；各料层占总料层厚度的百分比由下式决定：

L₂＝1-L₁-L₃……(式3)

式中，r为烧结原料平均粒度，mm；M为烧结原料含湿量，％；C为烧结原料配碳量，％；L为料层总厚度，cm；d为两个隔料层的总厚度，cm；α、β、γ、δ为调节系数，α取值范围为0.2～0.8，β取值范围为0.2～0.8，γ取值范围为1～3，δ取值范围为2～5。

根据本发明的第二种实施方案，提供一种分层布料烧结及冷却的系统。

一种分层布料烧结及冷却的系统，该系统包括烧结机、烧结台车、布料装置、点火装置、烟气处理装置、烧结矿分离装置以及环冷机。所述烧结台车设置在烧结机上，布料装置以及点火装置均设置在烧结台车的上方。烧结机下方设有大烟道，烟气处理装置与大烟道相连通。根据烧结台车的运动方向，所述布料装置设置在点火装置的上游。烧结机的物料出口与烧结矿分离装置的物料入口相连通，烧结矿分离装置的物料出口与环冷机的物料入口相连通。所述烧结机上铺设有至少2层烧结原料单元层，相邻的烧结原料单元层之间铺设有隔料层。其中，该系统共包括2～6个环冷机，所述烧结矿分离装置设有与环冷机个数相同的物料出口。优选，所述间隔料层中的间隔料为煤矸石、高炉渣、钢渣、石灰石、块矿中的任意一种或多种优选的是，所述烧结机上铺设有3层烧结原料单元层以及2层间隔料层，烧结原料单元层和间隔料层交替铺设。该系统还包括烧结成品仓。所述环冷机包括高温环冷机以及低温环冷机。所述烧结矿分离装置设有高温物料出口、中温物料出口以及低温物料出口，低温物料出口与烧结成品仓相连通，中温物料出口与低温环冷机相连通，高温物料出口与高温环冷机相连通。

在本发明中，在烧结台车中，设置从上至下的多个烧结原料单元层，并在相邻的烧结原料单元层之间设置间隔料层，形成混合烧结料层，烧结完成后，得到不同温度且相互之间未板结的多个烧结矿单元层，下方的烧结矿单元层温度较高，余热品质相对较高，上方的烧结矿单元层温度较低，余热品质相对较低。将多个烧结矿单元层分别进行冷却，高温烧结矿单元层冷却后得到高品质余热，低温烧结矿单元层进行冷却后，得到低品质余热。针对不同的烧结矿热品质，采用不同的冷却方法提高了冷却效率和烧结矿热能回收率，同时降低了环冷机的工作负荷，节省环冷机的一次投资。

在本发明中，要实现烧结矿分层分质冷却，就必须在烧结矿冷却前，按照温度层次的不同对烧结矿进行分离。由于烧结是铁矿石在焦炭、熔剂的共同反应下，产生液相并凝聚成块的过程，原本是散装的烧结原料经烧结后成为整体一块。常规冷却前必须对烧结矿进行整体破碎，因此，烧结过程中烧结原料的有效分离是本发明实施的关键和难点。为解决上述存在的难题，间隔料层必须满足如下要求：1、能够传递燃烧带。由于烧结是靠底部吸风作用形成燃烧带，燃烧带所经之处产生高温，从而使烧结矿熔融烧结。如果间隔料层阻断了燃烧带的传递，会导致烧结熄火，隔料层以下将无法完成烧结。2、能够避免结块。金属矿物在熔剂的作用下形成低温共熔体，冷却后板结从而完成烧结。但是间隔料层自身不能参与板结反应，从而使烧结矿在间隔料层上方和下方分别形成整体的烧结矿单元层，便于后续整块分离。3、具有一定透气性。空气必须可以高效的穿透间隔料层，为下层烧结料提供氧气。4、具有一定的机械强度。由于烧结矿的密度和重量比较大，间隔料层位于烧结矿下方，受上方烧结矿挤压，必须可以承受来自烧结矿的压力，避免压塌。5、尽量不额外增加钢铁流程不需要的物质。因为间隔料层不可避免的会随烧结矿一起进入高炉，如果无用物质太多，势必要增加高炉的冶炼能耗。6、成本低，物料来源广泛。

在本发明中，根据对间隔料层的要求，提出了几种隔料层材料，并根据隔料层材料的特性，对每种材料对应的间隔料层的厚度提出了具体要求：1、煤矸石。煤矸石是采煤和选煤过程中产生的固体废弃物，煤矸石中含有一定量的碳，可以有效传递烧结燃烧带。作为间隔料的煤矸石，含碳量应不低于20％，煤矸石粒径5～10mm，在料层中铺料的厚度为3～5cm。含碳量太低会导致烧结引火失效，粒径太小会影响烧结透气性，粒度太大又会导致间隔料层空隙太大，烧结料渗透到空隙当中，无法有效隔断相邻的烧结原料单元层。2、高炉渣、钢渣。高炉渣、钢渣来源于钢铁流程本身，且自身产量大，供应稳定，不增加额外的物料采购成本。钢渣中铁含量10％～20％，通过烧结返回高炉，还能回收一部分铁。作为间隔料层的高炉渣、钢渣粒径5～10mm，在料层中铺料厚度为5～8cm。由于钢渣中仍含有一定量的铁，为了避免这部分铁熔融烧结，造成后续分离困难，所以在料层中铺设的厚度需要比煤矸石略厚。由于料层厚度相对较厚，为了防止燃烧带无法穿透隔料带，需要额外在块矿中配入3％～5％的焦炭，作为传递燃烧的引火介质。3、石灰石。石灰石主要成分是碳酸钙，在烧结燃烧带温度(1100～1300℃)条件下分解生成石灰(CaO)和二氧化碳，二氧化碳随烧结烟气进入大烟道，石灰跟烧结矿一起进入高炉，可以作为高炉的造渣剂。用石灰石作为铺料介质，不额外增加钢铁流程不需要的物质，不增加高炉能耗，且石灰石来源广泛，是一种比较理想的隔料介质。使用石灰石作为隔料介质时，粒径5～10mm，在料层中铺料厚度为1～3cm。由于石灰石中不含碳，且石灰石分解吸热，如果铺设厚度过厚，有可能导致烧结燃烧带熄火，因此铺料厚度必须控制合理区间。4、块矿。块矿是高炉三大入炉铁原料(烧结、球团、块矿)之一，使用块矿作为隔料介质，也不需要额外增加钢铁流程物质流，不增加额外的介质采购成本。作为隔料介质的块矿粒径5～10mm，在料层中铺料厚度为5～8cm。使用块矿作为隔料介质时，由于料层厚度相对较厚，为了防止燃烧带无法穿透隔料带，需要额外在块矿中配入3％～5％的焦炭，作为传递燃烧的引火介质。本发明根据各隔料层材料的性质，对每种材料的铺设厚度进行了具体限定，另外还对间隔料层中的碳含量进行了限定，以达到最佳的隔料效果。

在本发明中，在混合烧结料层中，当间隔料层的数量为2层时，料层被分为烧结原料上单元层、烧结原料中单元层以及烧结原料下单元层，各层的布料厚度受烧结原料的特征影响，当烧结原料粒度越大、湿度越小，则透气性越好，相应的上层受空气冷却效果就越好，且热量被烟气带走越顺畅，则L₁越大、L₃越小；当烧结料层中含碳量越大，则烧结蓄热效应越明显，L₃越大。各料层布置的厚度由下式决定：

L₂＝1-L₁-L₃

上式中，上中下各层的厚度分别为L₁、L₂、L₃，单位为％，即每层厚度占料层总厚除去隔料层厚度的百分比；r为烧结原料平均粒度，mm；M为烧结原料含湿量，％；C为烧结原料配碳量，％；L为料层总厚度，cm；d为两个隔料层的总厚度，cm；α、β、γ、δ为调节系数，α取值范围为0.2～0.8，β取值范围为0.2～0.8，γ取值范围为1～3，δ取值范围为2～5。

以下为根据上式计算的几组值，表中料层总厚度D取100cm，隔料层总厚度取8cm。

r/mm	C	M	α	β	γ	δ	L1/％	L2/％	L3/％
										5	3.5％	8％	0.4	0.3	1.8	2.8	21.5	34.3	44.2
5	4.5	8％	0.4	0.3	1.8	2.8	19.4	30.2	50.4
										10	3.5	8％	0.4	0.3	1.8	2.8	26.5	33.2	40.3
5	3.5	12％	0.4	0.3	1.8	2.8	17.4	48.5	34.0

在本发明中，烧结原料单元层的实际层数根据生产过程中料层厚度、烧结矿质量等因素进行综合考虑。当设有3个烧结原料单元层、2个间隔料层时，从上至下分别为A、B、C、D、E，其中A、C、E为烧结原料单元层，B、D为间隔料层，烧结完毕后，A层烧结矿为低温烧结矿(50～150℃)，C层烧结矿为中温烧结矿(150～700℃)，E层烧结矿为高温烧结矿(700～1200℃)。表层烧结矿经过点火炉点火后，烧结料从上至下开始烧结，燃烧带穿透隔离带持续向下烧结。烧结矿从台车卸下前，通过专用的分离装置，将A/C/E三层烧结矿分离开，并分别进行破碎。烧结矿分离破碎后，A层烧结矿由于靠近烧结表层，温度较低，仅有50～150℃，其厚度占烧结原料单元层的20％～30％，这部分烧结矿接近室温，余热利用价值低，且达到了常规皮带运输的温度条件，可以直接通过常规运输皮带运输至烧结成品仓备用。C层烧结矿是中温烧结矿，其温度分布范围较广，达到150～700℃，平均温度350～400℃，这部分烧结矿单独进入低温环冷机进行冷却，将烧结矿冷却至150℃以下后，烧结矿通过皮带运输至烧结成品仓。冷却废气温度约为200～300℃，可以将其用于烧结点火或者热风烧结。E层烧结矿是高温烧结矿，其温度较高，达到700～1200℃，平均温度可达1000～1050℃，余热利用的品质较高，这部分烧结矿破碎后单独进入高温环冷机进行冷却，前30％环冷区域，可产生600℃以上的高温蒸汽，用于高参数发电，其热能回收效率较传统技术更高；中间40％的环冷机区域，可产生400～600℃蒸汽，用于常规发电；最后30％环冷机仍然产生200～300℃的冷却废气，用于烧结点火或者热风烧结。

在本发明中，由于第二间隔料层在下面，烧结有蓄热效应，所以下层料所需的配碳量可以少一些，第二间隔料层的配碳量少于第一间隔料层。

在本发明中，实验表明，采用开了孔的物理隔板代替间隔料层完全不可行，因为烧结是一个自上而下抽风的过程，要往下传热传质，即使是开了孔的隔板，热空气和烟气可以通过小孔往下传递，但是远远满足不了下层物料对烧结的需要，所以如果采用隔板的话，唯一的好处就是分隔效果好，后期很容易就可以将各层的烧结料层分开，但隔板以下的烧结物料几乎就会烧结失败，燃烧带无法下移，中下层几乎相当于没有烧结，严重影响烧结主工艺；而且烧结燃烧带温度1200～1400℃，长时间在这样的高温下，还需要承受上百吨重量的烧结原料压在上面，这样的隔板不管采用什么材质，一般都会被压塌，所以实际上原料中布隔板，完全不可行。后面所述的成品烧结矿、高温或者低温废气，基本都不存在。

在本发明中，需要说明的是，若对烧结原料单元层进行更细致的分层，如果层数分得越多，对料层供热和冷却的控制将会更加精准，但是分层过多也会增加布料的难度和成本。因此，在实际生产过程中，分层数需要根据料层厚度、烧结矿质量和烧结原料特性等因素进行综合考虑。

在本发明中，本发明中所有的公式均为发明人根据实验和工程应用后拟合所得，所有的计算均为按照规定的单位换算后的数值，将换算单位后的数值代入公式计算获得(各参数换算单位后，仅将数值代入公式计算，不代入单位，单位仅用于调整数值的大小)。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的一种分层布料烧结及冷却的方法和系统，设置多个烧结原料单元层进行烧结，并设置间隔料层，将烧结完成后得到的不同温度的烧结矿分别冷却，提高冷却效率和烧结矿热能回收率，同时降低了环冷机的工作负荷，节省环冷机的一次投资。

2、本发明提供的一种分层布料烧结及冷却的方法和系统，根据对间隔料层的性能要求，提出几种间隔料，并根据不同材料的性质，对每种材料的铺设厚度进行具体限定，另外还对间隔料层中的碳含量等参数进行具体限定，在不影响烧结的同时达到最佳的隔料效果。

附图说明

图1为本发明提供的一种分层布料烧结及冷却的系统的结构示意图。

图2为B-B处的烧结矿分层截面图。

图3为现有技术中的烧结系统的结构示意图。

图4为A-A处的烧结矿截面图。

附图标记：1：烧结机；2：烧结台车；3：布料装置；4：点火装置；5：烟气处理装置；6：烧结矿分离装置；7：环冷机；701：高温环冷机；702：低温环冷机；8：大烟道；9：烧结成品仓。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。

根据本发明的第一种实施方案，提供一种分层布料烧结及冷却的方法。

一种分层布料烧结及冷却的方法，该方法包括以下步骤：

1)将烧结原料和间隔料依次交替铺设在烧结台车上得到烧结原料自上而下被至少一层间隔料层分隔形成多个烧结原料单元层结构的混合烧结料层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到至少2个温度不同的烧结矿单元层；

2)根据各个烧结矿单元层温度的不同，将各个烧结矿单元层分别独立地进行破碎及冷却处理后得到成品烧结矿。

优选的是，在步骤1)中，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为1～5层，优选为2～3层；任一层间隔料层的上侧和下侧均有一层烧结原料单元层。优选，各个间隔料层的层厚相同或不同。各个烧结原料单元层的层厚相同或不同。

作为优选，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为2层，通过2层间隔料层将烧结原料自上而下分隔为烧结原料上单元层、烧结原料中单元层以及烧结原料下单元层；其中，烧结原料上单元层占烧结原料总量的25～35％，烧结原料中单元层占烧结原料总量的30～50％，烧结原料下单元层占烧结原料总量的25～35％。

优选的是，所述间隔料层中的间隔料为煤矸石、高炉渣、钢渣、石灰石、块矿中的任意一种或多种组成的混合料。

优选，所述间隔料层的厚度为1～10cm，优选为2～8cm。

优选的是，所述间隔料的粒径为5～10mm，优选为6～9mm。

优选的是，所述间隔料层为3～5cm厚的煤矸石层、5～8cm厚的高炉渣层、5～8cm厚的钢渣层、1～3cm厚的石灰石层以及5～8cm厚的块矿层中的任意一种。

优选的是，所述间隔料层中还掺有燃料；优选，所述燃料为焦炭；作为优选，控制间隔料层中掺入的燃料量，使得煤矸石层中的碳总含量为20％～30％，高炉渣层、钢渣层、块矿层中的碳总含量为3％～5％，石灰石层中的碳总含量为0.5％～2％；作为优选，下方间隔料层中的碳含量少于上方间隔料层中的碳含量。

优选的是，所述将各个烧结矿单元层分别独立地进行冷却为：将得到的各个烧结矿单元层按温度的不同，送入不同的环冷机分别进行冷却，并将不同的环冷机收集到的不同品质的余热进行分别利用。

优选为，根据烧结后得到的各个烧结矿单元层的温度，将不同的烧结矿单元层分划分为中温层和高温层，以及任选地包括或不包括低温层；低温层的烧结矿输送至烧结成品仓，中温层的烧结矿送入低温环冷机进行冷却，高温层的烧结矿送入高温环冷机进行冷却。

优选，所述低温层的烧结矿的温度为50～200℃；所述中温层的烧结矿的温度为150～800℃；所述高温层的烧结矿的温度为700～1200℃。

优选的是，所述将不同环冷机收集到的不同品质的余热进行分别利用具体为：低温环冷机得到低温冷却废气；高温环冷机的前段得到高温冷却废气，高温环冷机的中段得到中温冷却废气，高温环冷机的后端得到低温冷却废气；将得到的低温冷却废气用于烧结点火或热风烧结，高温冷却废气用于发电。

优选的是，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为2层，通过2层间隔料层将烧结原料自上而下分隔为烧结原料上单元层、烧结原料中单元层以及烧结原料下单元层；其中，烧结原料上单元层的厚度为L₁，％；烧结原料中单元层的厚度为L₂，％；烧结原料下单元层的厚度为L₃，％；其中，L₁、L₂、L₃均为各料层的厚度占料层总厚度除去间隔料层厚度的百分比；各料层占总料层厚度的百分比由下式决定：

L₂＝1-L₁-L₃……(式3)

式中，r为烧结原料平均粒度，mm；M为烧结原料含湿量，％；C为烧结原料配碳量，％；L为料层总厚度，cm；d为两个隔料层的总厚度，cm；α、β、γ、δ为调节系数，α取值范围为0.2～0.8，β取值范围为0.2～0.8，γ取值范围为1～3，δ取值范围为2～5。

根据本发明的第二种实施方案，提供一种分层布料烧结及冷却的系统。

一种分层布料烧结及冷却的系统，该系统包括烧结机1、烧结台车2、布料装置3、点火装置4、烟气处理装置5、烧结矿分离装置6以及环冷机7。所述烧结台车2设置在烧结机1上，布料装置3以及点火装置4均设置在烧结台车2的上方。烧结机1下方设有大烟道8，烟气处理装置5与大烟道8相连通。根据烧结台车2的运动方向，所述布料装置3设置在点火装置4的上游。烧结机1的物料出口与烧结矿分离装置6的物料入口相连通，烧结矿分离装置6的物料出口与环冷机7的物料入口相连通。所述烧结机1上铺设有至少2层烧结原料单元层，相邻的烧结原料单元层之间铺设有隔料层。其中，该系统共包括2～6个环冷机7，所述烧结矿分离装置6设有与环冷机7个数相同的物料出口。优选，所述间隔料层中的间隔料为煤矸石、高炉渣、钢渣、石灰石、块矿中的任意一种或多种。

优选的是，所述烧结机1上铺设有3层烧结原料单元层以及2层间隔料层，烧结原料单元层和间隔料层交替铺设。该系统还包括烧结成品仓9。所述环冷机7包括高温环冷机701以及低温环冷机702。所述烧结矿分离装置6设有高温物料出口、中温物料出口以及低温物料出口，低温物料出口与烧结成品仓9相连通，中温物料出口与低温环冷机702相连通，高温物料出口与高温环冷机701相连通。

实施例1

一种分层布料烧结及冷却的系统，该系统包括烧结机1、烧结台车2、布料装置3、点火装置4、烟气处理装置5、烧结矿分离装置6以及环冷机7。所述烧结台车2设置在烧结机1上，布料装置3以及点火装置4均设置在烧结台车2的上方。烧结机1下方设有大烟道8，烟气处理装置5与大烟道8相连通。根据烧结台车2的运动方向，所述布料装置3设置在点火装置4的上游。烧结机1的物料出口与烧结矿分离装置6的物料入口相连通，烧结矿分离装置6的物料出口与环冷机7的物料入口相连通。所述烧结机1上铺设有至少2层烧结原料单元层，相邻的烧结原料单元层之间铺设有隔料层。其中，该系统共包括2个环冷机7，所述烧结矿分离装置6设有与环冷机7个数相同的物料出口。所述间隔料层中的间隔料为煤矸石。

实施例2

重复实施例1，只是该系统还包括烧结成品仓9。所述2个环冷机7为高温环冷机701以及低温环冷机702。所述烧结矿分离装置6设有高温物料出口、中温物料出口以及低温物料出口，低温物料出口与烧结成品仓9相连通，中温物料出口与低温环冷机702相连通，高温物料出口与高温环冷机701相连通。

应用实施例1

一种分层布料烧结及冷却的方法，采用实施例2所述的系统进行，该方法包括以下步骤：

1)将烧结原料和间隔料依次交替铺设在烧结台车上，得到烧结原料自上而下被2层间隔料层分隔形成3层烧结原料单元层结构的混合烧结料层，从上至下依次为烧结原料上单元层、第一间隔料层、烧结原料中单元层、第二间隔料层以及烧结原料下单元层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到从上至下的烧结矿上单元层、第一间隔料层、烧结矿中单元层、第二间隔料层以及烧结矿下单元层。

2)烧结矿上单元层的平均温度为85℃，烧结矿中单元层的平均温度为402℃，烧结矿下单元层的平均温度为1037℃，将各烧结矿单元层独立破碎后，烧结矿上单元层输送至烧结成品仓，烧结矿中单元层送入低温环冷机，烧结矿下单元层送入高温环冷机，冷却完成后得到650t/h的成品烧结矿。将低温环冷机得到1811Nm³/h温度为265℃的低温废气，高温环冷机得到1321Nm³/h温度为718℃的高温废气、2241Nm³/h温度为530℃的中温废气和2514Nm³/h温度为252℃的低温废气。将低温废气用于烧结点火，中温废气用于热风烧结，高温废气用于发电。

其中，第一间隔料层和第二间隔料层中的间隔料为煤矸石，煤矸石的粒径为7mm，且第一间隔料层和第二间隔料层中均掺有焦炭，第一间隔料层的厚度为4cm，碳含量为27％，第二间隔料层的厚度为4cm，碳含量为23％。

根据式1～式3计算各料层占总料层厚度的百分比：

L₂＝1-L₁-L₃＝41.43％

式中，r为烧结原料平均粒度，取值为5mm；M为烧结原料含湿量，取值为9.6％；C为烧结原料配碳量，取值为3.5％；L为料层总厚度，取值为100cm；d为两个隔料层的总厚度，取值为8cm；α、β、γ、δ为调节系数，α取值为0.4，β取值为0.3，γ取值为1.8，δ取值为2.8。

烧结原料上单元层的厚度为18cm；烧结原料中单元层的厚度为36cm；烧结原料下单元层的厚度为38cm。

重复应用实施例1，只是改变第一间隔料层和第二间隔料层的厚度及其中的含碳量，具体参数如表1。

表1

应用实施例14

重复应用实施例1，只是将第一间隔料层和第二间隔料层中的间隔料改为高炉渣，高炉渣的粒径为8mm，且第一间隔料层和第二间隔料层中均掺有焦炭，第一间隔料层的厚度为6cm，碳含量为4.5％，第二间隔料层的厚度为7cm，碳含量为3.5％。

重复应用实施例14，只是改变第一间隔料层和第二间隔料层的厚度及其中的含碳量，具体参数如表2。

表2

应用实施例23

重复应用实施例1，只是将第一间隔料层中的间隔料改为石灰石，第二间隔料层中的间隔料改为块矿，石灰石和块矿的平均粒径为8mm。第一间隔料层的厚度为2cm,含碳量为1％。第二间隔料层的厚度为7cm，含碳量为3.5％。

重复实施例23，只是改变第一间隔料层和第二间隔料层的厚度及其中的含碳量，具体参数如表3。

表3

应用实施例32

重复应用实施例1，只是改变烧结原料上单元层、烧结原料中单元层和烧结原料下单元层的厚度，具体参数如表4。

表4

对比例1

一种烧结及冷却的方法，该方法包括以下步骤：

1)将烧结原料铺设在烧结台车上，得到烧结料层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到烧结矿单元层。

2)烧结矿层的平均温度为750℃，将烧结矿单元层送入环冷机，冷却完成后得到650t/h成品烧结矿。环冷机得到2328Nm³/h温度为351℃的中温废气和3519Nm³/h温度为179℃的低温废气。将低温废气用于烧结点火，中温废气用于热风烧结。

对比例2

一种分层布料烧结及冷却的方法，该方法包括以下步骤：

1)将烧结分为3层铺设在烧结台车上，相邻烧结原料单元层之间通过隔板分开，得到包括3层烧结原料单元层结构的混合烧结料层，从上至下依次为烧结原料上单元层、烧结原料中单元层以及烧结原料下单元层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到最上层的烧结矿上单元层，但烧结原料中单元层和烧结原料下单元层几乎没有烧结，烧结失败。

2)烧结矿上单元层的平均温度为93℃，将烧结矿上单元层破碎后得到281t/h成品烧结矿。

其中，隔板的厚度为3cm，且隔板上开设有透气孔。烧结原料上单元层的厚度为22cm；烧结原料中单元层的厚度为28cm；烧结原料下单元层的厚度为33cm。

统计应用实施例1～27以及对比例1、2的烧结能耗、余热发电量以及环冷机负荷，结果如表4。

表4

根据上述实验数据，本发明提供的一种分层布料烧结及冷却的方法，设置多个烧结原料单元层进行烧结，设置间隔料层，同时限定了间隔料层中的含碳量，并针对间隔料的不同限定间隔料层的厚度，将烧结完成后得到的不同温度的烧结矿分别冷却，提高了冷却效率和烧结矿热能回收率，同时降低了环冷机的工作负荷，节省环冷机的一次投资。

Claims (20)

1.一种分层布料烧结及冷却的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1) 将烧结原料和间隔料依次交替铺设在烧结台车上得到烧结原料自上而下被至少一层间隔料层分隔形成多个烧结原料单元层结构的混合烧结料层；启动烧结机对混合烧结料层进行烧结处理，得到至少2个温度不同的烧结矿单元层；

2) 根据各个烧结矿单元层温度的不同，将各个烧结矿单元层分别独立地进行破碎及冷却处理后得到成品烧结矿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤1）中，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为1~5层；任一层间隔料层的上侧和下侧均有一层烧结原料单元层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤1）中，在混合烧结料层中，间隔料层的数量为2~3层。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：各个间隔料层的层厚相同或不同；各个烧结原料单元层的层厚相同或不同。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述间隔料层中的间隔料为煤矸石、高炉渣、钢渣、石灰石、块矿中的任意一种或多种组成的混合料。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述间隔料层的厚度为1~10cm；和/或

所述间隔料的粒径为5~10mm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述间隔料层的厚度为2~8cm；和/或

所述间隔料的粒径为6~9mm。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述间隔料层为3~5cm厚的煤矸石层、5~8cm厚的高炉渣层、5~8cm厚的钢渣层、1~3cm厚的石灰石层以及5~8cm厚的块矿层中的任意一种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述间隔料层中还掺有燃料。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述燃料为焦炭。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：控制间隔料层中掺入的燃料量，使得煤矸石层中的碳总含量为20%~30%，高炉渣层、钢渣层、块矿层中的碳总含量为3%~5%，石灰石层中的碳总含量为0.5%~2%。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：下方间隔料层中的碳含量少于上方间隔料层中的碳含量。

13.根据权利要求1-4、7-12中任一项所述的方法，其特征在于：所述将各个烧结矿单元层分别独立地进行冷却为：将得到的各个烧结矿单元层按温度的不同，送入不同的环冷机分别进行冷却，并将不同的环冷机收集到的不同品质的余热进行分别利用。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：根据烧结后得到的各个烧结矿单元层的温度，将不同的烧结矿单元层分划分为中温层和高温层，以及任选地包括或不包括低温层；低温层的烧结矿输送至烧结成品仓，中温层的烧结矿送入低温环冷机进行冷却，高温层的烧结矿送入高温环冷机进行冷却。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述低温层的烧结矿的温度为50~200℃；所述中温层的烧结矿的温度为150~800℃；所述高温层的烧结矿的温度为700~1200℃。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述将不同环冷机收集到的不同品质的余热进行分别利用具体为：低温环冷机得到低温冷却废气；高温环冷机的前段得到高温冷却废气，高温环冷机的中段得到中温冷却废气，高温环冷机的后端得到低温冷却废气；将得到的低温冷却废气用于烧结点火或热风烧结，高温冷却废气用于发电。

17.根据权利要求1-4、7-12、15-16中任一项所述的方法，其特征在于：在混合烧结料层中，间隔料层的数量为2层，通过2层间隔料层将烧结原料自上而下分隔为烧结原料上单元层、烧结原料中单元层以及烧结原料下单元层；其中，烧结原料上单元层的厚度为L₁，%；烧结原料中单元层的厚度为L₂，%；烧结原料下单元层的厚度为L₃，%；其中，L₁、L₂、L₃均为各料层的厚度占料层总厚度除去间隔料层厚度的百分比；各料层占总料层厚度的百分比由下式决定：

；

；

；

式中，r为烧结原料平均粒度，mm；M为烧结原料含湿量，%；C为烧结原料配碳量，%；L为料层总厚度，cm；d为两个隔料层的总厚度，cm；α、β、γ、δ为调节系数，α取值范围为0.2~0.8，β取值范围为0.2~0.8，γ取值范围为1~3，δ取值范围为2~5。

18.一种用于权利要求1-17中任一项所述方法的系统，其特征在于：该系统包括烧结机（1）、烧结台车（2）、布料装置（3）、点火装置（4）、烟气处理装置（5）、烧结矿分离装置（6）以及环冷机（7）；所述烧结台车（2）设置在烧结机（1）上，布料装置（3）以及点火装置（4）均设置在烧结台车（2）的上方；烧结机（1）下方设有大烟道（8），烟气处理装置（5）与大烟道（8）相连通；根据烧结台车（2）的运动方向，所述布料装置（3）设置在点火装置（4）的上游；烧结机（1）的物料出口与烧结矿分离装置（6）的物料入口相连通，烧结矿分离装置（6）的物料出口与环冷机（7）的物料入口相连通；所述烧结机（1）上铺设有至少2层烧结原料单元层，相邻的烧结原料单元层之间铺设有隔料层；其中，该系统共包括2~6个环冷机（7），所述烧结矿分离装置（6）设有与环冷机（7）个数相同的物料出口。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：所述间隔料层中的间隔料为煤矸石、高炉渣、钢渣、石灰石、块矿中的任意一种或多种。

20.根据权利要求18或19所述的系统，其特征在于：所述烧结机（1）上铺设有3层烧结原料单元层以及2层间隔料层，烧结原料单元层和间隔料层交替铺设；该系统还包括烧结成品仓（9）；所述环冷机（7）包括高温环冷机（701）以及低温环冷机（702）；所述烧结矿分离装置（6）设有高温物料出口、中温物料出口以及低温物料出口，低温物料出口与烧结成品仓（9）相连通，中温物料出口与低温环冷机（702）相连通，高温物料出口与高温环冷机（701）相连通。