铁矿粉烧结过程是一个复杂的多场态的耦合热工过程,不仅包含多种物理化学反应,还涉及多级工艺操作流程,是钢铁生产中的关键上游工序。在新时期经济战略转型的背景下,如何结合智能制造发展趋势提升智能化生产水平是钢铁行业的重要任务。广泛开展烧结生产过程建模与仿真等优化工作,是减少能耗与经济成本并提高智能生产水平的重要途径。本文选择烧结过程原料粒度场为分析对象,结合烧结过程机理,从宏观和微观角度,对烧结过程进行建模仿真研究。本研究采用数值建模构架过程模型,基于湍流模型、多孔介质模型、内热源模型、孔隙变化模型等模型刻画烧结过程。采用局部非热力平衡的双网格和用户自定义函数等方法,实现模型的细化。将烧结料层按高度分为5层,在燃料、熔剂和水分沿高度方向分布不变的前提下,研究了典型粒度场态下料层的温度、速度以及透气性,主要内容如下:(1)构建1组基准模型和5组对照模型进行对比分析。其中基准模型、模型Ⅰ和模型Ⅱ的热量逐层递增较明显,这表明连续的上细下粗粒度分布的粒度场更有利于料层维持高温状态,并产生明显的蓄热能力。而粒度场表观孔隙率的改变则明显地决定了料层内部流场的变化趋势。(2)结合拟合公式与Ergun方程设置流动阻力系数,对6组实验模型的不同孔隙率与粒度分布所形成的粒度场透气性进行探究。其中基准模型和模型Ⅰ负压中间发展过程较缓和,这表明连续的上细下粗粒度分布或者上下相同均匀分布的粒度场结构,其透气性的变化趋势更稳定。并结合实验数据分析了计算结果。(3)结合Fluent和EDEM开展耦合计算。设置4组仿真模型,模拟了冷态的烧结料层颗粒不同粒度场的流场分布,并分析了影响因素。本文从粒度场的颗粒尺度分析了烧结料层高度方向上不同粒度场态对烧结过程的影响,仿真研究与评价了几种典型的粒度场对应的温度、速度和透气性。可以对合理的分布结构以及研究方法提供思路,这对烧结生产实践具有一定的参考指导作用。