D0I:10.13374/i.issn100103x.2010.12.014 第32卷第12期 北京科技大学学报 Vol 32 N9 12 2010年12月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing De92010 环冷机内球团矿热过程数学模型 冯俊小》梁凯丽) 张材)徐景海) 张永明)杨金宝) 1)北京科技大学机械工程学院.北京1000832)首钢矿业公司.迁安064404 摘要根据能量守恒，流动和传热传质等原理及定律，建立了球团矿冷却和氧化过程的数学模型，采用三对角矩阵算法对 模型进行了求解，基于Visual Basic6.0开发了仿真计算软件.依据现场实测数据对建立的数学模型进行了验证，计算值与实 测值之间的最大相对误差为4&%，说明模型正确可信.利用开发的计算软件对球团矿在环冷机内的热过程进行了仿真计算， 得到了环冷机内球团料层的温度分布.仿真研究表明，冷却一段风速、料层厚度、球团粒度和环冷机机速是影响环冷机内部球 团料层冷却过程的主要因素.在本文研究条件下，合理操作条件为：料层厚度550~800mm球团粒度7~16四冷却一段风 速12~2.5ms1,环冷机机速10-15mmr 关键词球团：冷却系统：热过程；数学模型：温度分布 分类号TF0466 Mathematicalm odel of the pellet thermal process in an annu lar cooler FENG Jun xiao).LIANG Kai Zhang Ca P.XU Jing ha ZHANG Yong ming.YANG Jinbao) 1)SchoolofMechancal Engneerng University of Sc ience and Technokgy Beijing Be ijng 100083 Chna 2)ShougngMining Company Qir an064404 Chna ABSTRACT Based on he princple or kws of energy conservaton fluid flow and heat andmass transer a mathematicalmodel of Pellet cooling and oxidation was established and solved by a three diagnalmatrix agoritlm Its num erical smu lation sofware was de vepped wih VisualBasic 6 0 A fied testwas perpmed and he established model was verified by practicalmeasured results The m amu reative errorbeween compuntpnal and measurng resu lts s48 ndicating hat he developed model is correct and rela ble A numerical sinultion of the pellet themal process in an annular coor was conducted with the deve pped omputaticnal sofware and he temperature distribution of the pellet bed was gained The smulaton results show that the man nfluencing facprs on the cool ing pocess of he pellet bed in an annular cooler are air velocit in the first cooling one peletbed hickness pellet sige and he an nuar cooeer s velocity Under the research condition the reasonable operaton parameters are the plpwing he range of pellet bed thickness is fiom 550 p800mm the range of pellet sige is fiom 7 p16mm the range of air vepcity n he first cooling aone s fiom 1 2 to2 5m s.and the range of he annu lar cooer s vepcity is firom 1 0 o1 5m mir. KEY WORDS pelltizing coolng systems hem alpocess mathe aticalmodels tmperature distrbution 球团矿作为一种优质的高炉原料被广泛应用于 却设备相比.环冷机具有设备投资少、占地面积小、 现代高炉炼铁中回.生产方法有竖炉法，带式焙烧 对原料适用性强、单机产能大、冷却效率高、冷却质 法和链篦机回转窑法.后者由链篦机、回转窑和环 量好、生产适应性强以及球团无相对运动碎裂少等 冷机三部分组成，分别实现球团矿的干燥预热、焙烧 优点，还可实现余热回收利用和节能降耗60 和冷却.球团矿的冷却设备有鼓风带冷机、环冷机 此外，冷却初期球团矿进一步氧化，这对降低FO 以及竖式冷却器等几种形式，环冷机主要用于链篦 含量、提高球团矿质量具有重要作用，鉴于上述优 机回转窑系统的球团矿冷却.与其他两种冷 点，国外大中型球团厂基本上都使用环冷机对球团 收稿日期：2010-04-01 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(N92007AA0515) 作者简介：冯俊小(1960-)，男，教授，博士生导师，Em叫en购used由m第 32卷 第 12期 2010年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.12 Dec.2010 环冷机内球团矿热过程数学模型 冯俊小 1) 梁凯丽 1) 张 材 1 ) 徐景海 2) 张永明 2 ) 杨金宝 2) 1)北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 2 )首钢矿业公司, 迁安 064404 摘 要 根据能量守恒、流动和传热传质等原理及定律, 建立了球团矿冷却和氧化过程的数学模型, 采用三对角矩阵算法对 模型进行了求解, 基于 VisualBasic6.0开发了仿真计算软件.依据现场实测数据对建立的数学模型进行了验证, 计算值与实 测值之间的最大相对误差为 4.8%, 说明模型正确可信.利用开发的计算软件对球团矿在环冷机内的热过程进行了仿真计算, 得到了环冷机内球团料层的温度分布.仿真研究表明, 冷却一段风速、料层厚度、球团粒度和环冷机机速是影响环冷机内部球 团料层冷却过程的主要因素.在本文研究条件下, 合理操作条件为:料层厚度 550 ～ 800mm, 球团粒度 7 ～ 16 mm, 冷却一段风 速 1.2 ～ 2.5m·s-1 , 环冷机机速 1.0 ～ 1.5m·min-1. 关键词 球团;冷却系统;热过程;数学模型;温度分布 分类号 TF046.6 Mathematicalmodelofthepelletthermalprocessinanannularcooler FENGJun-xiao1) , LIANGKai-li1) , ZhangCai1) , XUJing-hai2) , ZHANGYong-ming2) , YANGJin-bao2) 1) SchoolofMechanicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2) ShougangMiningCompany, Qian' an064404, China ABSTRACT Basedontheprincipleorlawsofenergyconservation, fluidflow, andheatandmasstransfer, amathematicalmodelof pelletcoolingandoxidationwasestablishedandsolvedbyathree-diagonalmatrixalgorithm.Itsnumericalsimulationsoftwarewasde￾velopedwithVisualBasic6.0.Afieldtestwasperformedandtheestablishedmodelwasverifiedbypracticalmeasuredresults.The maximumrelativeerrorbetweencomputationalandmeasuringresultsis4.8%, indicatingthatthedevelopedmodeliscorrectandrelia￾ble.Anumericalsimulationofthepelletthermalprocessinanannularcoolerwasconductedwiththedevelopedcomputationalsoftware andthetemperaturedistributionofthepelletbedwasgained.Thesimulationresultsshowthatthemaininfluencingfactorsonthecool￾ingprocessofthepelletbedinanannularcoolerareairvelocityinthefirstcoolingzone, pelletbedthickness, pelletsizeandthean￾nularcooler' svelocity.Undertheresearchcondition, thereasonableoperationparametersarethefollowing:therangeofpelletbed thicknessisfrom550 to800mm, therangeofpelletsizeisfrom7 to16mm, therangeofairvelocityinthefirstcoolingzoneisfrom 1.2 to2.5m·s-1 , andtherangeoftheannularcooler' svelocityisfrom1.0 to1.5m·min-1. KEYWORDS pelletizing;coolingsystems;thermalprocess;mathematicalmodels;temperaturedistribution 收稿日期:2010--04--01 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目 ( No.2007AA05Z215) 作者简介:冯俊小 ( 1960— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:jxfeng@ustb.edu.cn 球团矿作为一种优质的高炉原料被广泛应用于 现代高炉炼铁中 [ 1--2] .生产方法有竖炉法 、带式焙烧 法和链篦机 --回转窑法.后者由链篦机、回转窑和环 冷机三部分组成, 分别实现球团矿的干燥预热 、焙烧 和冷却 .球团矿的冷却设备有鼓风带冷机 、环冷机 以及竖式冷却器等几种形式, 环冷机主要用于链篦 机 --回转窑系统的球团矿冷却 [ 3--4] .与其他两种冷 却设备相比, 环冷机具有设备投资少 、占地面积小、 对原料适用性强、单机产能大 、冷却效率高 、冷却质 量好 、生产适应性强以及球团无相对运动碎裂少等 优点 [ 5] , 还可实现余热回收利用和节能降耗 [ 6 -10] . 此外, 冷却初期球团矿进一步氧化, 这对降低 FeO 含量 、提高球团矿质量具有重要作用 .鉴于上述优 点, 国外大中型球团厂基本上都使用环冷机对球团 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.12.014