·1598 北京科技大学学报 第32卷 业公司球团厂进行了现场测试.表1为模型的计算 3.2环冷一段风速变化对料层温度的影响 结果与实际测试结果的对比.结果表明，环冷机三 环冷一段风速变化对料层温度的影响如图3所 段烟气出口温度的模拟值与计算值的相对误差最 示.从图可以看出，随着环冷一段风速的增大，料层 大，仅为48%，其他误差均较小；说明建立的环冷 降温速率逐渐加快，球团的出料温度越来越低.这 机内热过程数学模型正确可靠，可以用来进行仿真 是因为风速的提高意味着进气量增大，不仅可以增 研究1 强料层与空气之间的换热系数，也有利于物料中亚 表1模型计算结果与实测结果的对比 铁的充分氧化.为此，提高环冷一段的鼓风风速可 Tabe1 Conparion be weenm easiring and computing esults 以缩短球团料层的冷却时间，达到迅速冷却球团的 计算测试绝对 相对 目的，提高生产率。但是，风量的提高会增加电耗 测试位置 温度C温度℃误差心误差% 在本研究范围.环冷一段风速应控制在1.2~25m 环冷一段出口气体温度1107.31091.8 155 1.4 s为宜. 环冷二段出口气体温度 849.4 823.0 264 3.2 1400 环冷三段出口气体温度 161.2 153.8 7.4 48 1200 一风速12m.s 环冷四段出口气体温度 142.6 137.6 50 36 1000F …风速1.4mg1 -风速1.6ms 球团出口温度 321 31.3 08 26 2800 一风速2.0ms1 i 600 3数值仿真结果及分析 400 3.1料层温度在厚度方向上的分布规律 200 环冷机内料层温度分布的数值仿真结果如图2 10 20 3040 5060 所示.从图可以看出，球团料层随着鼓风冷却过程 时间min 的进行，料层厚度方向上各层温度在逐渐降低.其 图3环冷一段风速对料层温度的影响 E ffect of air vebcity in the first segm ent on pelletbed temper 中料层底部的降温最快，料层中部降温次之，料层顶 F路3 ature 层的降温最慢，出现了下低、上高的温度分布，上下 料层温差随着冷却过程的进行呈现先增大后减小的 3.3料层厚度变化对料层温度的影响 分布.在冷却10~15m时段，上下料层最大温差 料层厚度变化对料层温度的影响如图4所示. 超过900℃.当冷却45m以后，上下料层温差减 从图可以看出，随着料层厚度的增加，球团矿料层的 小到20℃以内，可以满足冷却质量的要求.料层的 降温速率在减小，在冷却7~20m时段影响较大， 这种降温规律是由冷却风从料层下部鼓入，底部物 当料层厚度由550mm增加到760mm时，降温最大 料与空气最先接触，对流换热强烈，随冷却气体上升 相差达到120℃，而当冷却时间大于35m时对球 其温度逐渐升高，与球团的温差减小，换热条件恶化 团料层的出料温度影响较小.薄料层虽然冷却效果 造成的.可见，上部料层的冷却条件差，冷却速度 好，冷却质量高，但减小料层厚度意味着要降低产 慢，控制不当会影响产品质量 量，所以在保证产量的基础上，适当减小料层厚度有 1400 1400 1200 一料层底部 1200 一料厚550mm ==“料层中部 1000H …料层上部 1000 ---料厚650mm …料厚760mm 800 800 600 600 400 400 200H 200 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 时间/min 时间fmin 图2环冷机料层温度分布 图4料层厚度变化对料层温度的影响 Fig 2 Temperaure distrbution of the pellet bed in an amu ar cooler F4 Effect of pe llet bed hickness on pe lletbed tempemture北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 业公司球团厂进行了现场测试, 表 1为模型的计算 结果与实际测试结果的对比 .结果表明, 环冷机三 段烟气出口温度的模拟值与计算值的相对误差最 大, 仅为 4.8%, 其他误差均较小;说明建立的环冷 机内热过程数学模型正确可靠, 可以用来进行仿真 研究 [ 18] . 表 1 模型计算结果与实测结果的对比 Table1 Comparisonbetweenmeasuringandcomputingresults 测试位置 计算 温度 /℃ 测试 温度/℃ 绝对 误差 /℃ 相对 误差 /% 环冷一段出口气体温度 1 107.3 1 091.8 15.5 1.4 环冷二段出口气体温度 849.4 823.0 26.4 3.2 环冷三段出口气体温度 161.2 153.8 7.4 4.8 环冷四段出口气体温度 142.6 137.6 5.0 3.6 球团出口温度 32.1 31.3 0.8 2.6 3 数值仿真结果及分析 图 2 环冷机料层温度分布 Fig.2 Temperaturedistributionofthepelletbedinanannularcooler 3.1 料层温度在厚度方向上的分布规律 环冷机内料层温度分布的数值仿真结果如图 2 所示.从图可以看出, 球团料层随着鼓风冷却过程 的进行, 料层厚度方向上各层温度在逐渐降低.其 中料层底部的降温最快, 料层中部降温次之, 料层顶 层的降温最慢, 出现了下低、上高的温度分布, 上下 料层温差随着冷却过程的进行呈现先增大后减小的 分布.在冷却 10 ～ 15 min时段, 上下料层最大温差 超过 900 ℃.当冷却 45 min以后, 上下料层温差减 小到 20 ℃以内, 可以满足冷却质量的要求 .料层的 这种降温规律是由冷却风从料层下部鼓入, 底部物 料与空气最先接触, 对流换热强烈, 随冷却气体上升 其温度逐渐升高, 与球团的温差减小, 换热条件恶化 造成的 .可见, 上部料层的冷却条件差, 冷却速度 慢, 控制不当会影响产品质量. 3.2 环冷一段风速变化对料层温度的影响 环冷一段风速变化对料层温度的影响如图 3所 示.从图可以看出, 随着环冷一段风速的增大, 料层 降温速率逐渐加快, 球团的出料温度越来越低 .这 是因为风速的提高意味着进气量增大, 不仅可以增 强料层与空气之间的换热系数, 也有利于物料中亚 铁的充分氧化 .为此, 提高环冷一段的鼓风风速可 以缩短球团料层的冷却时间, 达到迅速冷却球团的 目的, 提高生产率 .但是, 风量的提高会增加电耗. 在本研究范围, 环冷一段风速应控制在 1.2 ～ 2.5m· s -1为宜 . 图 3 环冷一段风速对料层温度的影响 Fig.3 Effectofairvelocityinthefirstsegmentonpelletbedtemper￾ature 图 4 料层厚度变化对料层温度的影响 Fig.4 Effectofpelletbedthicknessonpelletbedtemperature 3.3 料层厚度变化对料层温度的影响 料层厚度变化对料层温度的影响如图 4所示. 从图可以看出, 随着料层厚度的增加, 球团矿料层的 降温速率在减小, 在冷却 7 ～ 20 min时段影响较大, 当料层厚度由 550 mm增加到 760 mm时, 降温最大 相差达到 120 ℃, 而当冷却时间大于 35 min时对球 团料层的出料温度影响较小.薄料层虽然冷却效果 好, 冷却质量高, 但减小料层厚度意味着要降低产 量, 所以在保证产量的基础上, 适当减小料层厚度有 · 1598·