铁矿石烧结过程是钢铁生产中过程中的重要一环,关系到高炉生产的质量、产量及能耗。近年来,随着我国钢铁工业的迅速发展,为满足高炉的正常生产需求,越来越多的钢铁企业在原有烧结设备的基础上进行系统改造,借助增加料层厚度来提高烧结矿的产量,厚料层烧结技术逐渐成熟,但料层厚度的提高也导致料层内温度场的波动和烧结终点延迟等问题。烧结过程中料层内温度场分布直接影响烧结矿产量和质量,因此,在保证烧结产量和烧结矿质量的前提下,提高烧结料层厚度才有实际意义。针对此问题,本文运用数值模拟的方法对烧结机料层内温度场进行模拟分析,研究提高料层厚度对烧结过程的影响,以及双层烧结技术对烧结终点及料层内温度场等因素的影响。研究过程中以某烧结厂360m2烧结机为研究对象,选用该厂工艺条件并使用流体力学软件FLUENT模拟烧结过程中料层内温度分布及变化,将料层近似看做多孔介质;通过研究烧结过程反应机理,基于基本守恒方程,建立烧结过程传热、传质数学模型;引入厄根方程来表示气体通过料层时引起的压力变化,将化学反应引起的质量、动量、能量等变化作为自定义函数(UDF)导入FLUENT软件进行求解计算,主要考虑对温度场影响较大的相关反应及参数,如焦炭燃烧、碳酸钙分解及一氧化碳的生成等化学反应,计算烧结过程中料层内温度场、浓度场及烧结终点的变化。(1)对比模型计算结果与烧结生产结果,验证模型正确性。模拟结果中料层内温度场变化与实际生产一致,烧结终点与实际测量终点误差4.17%,误差较小,认为所建模型正确;使用模型分析料层厚度增加后,料层内温度场及烧结终点变化,分析料层厚度对烧结生产指标的影响,当料层厚度由600mm提高至1000mm时,结果显示1473K～1673K温度区间内料层厚度及烧结矿产量有先增加后减少的趋势,均在800mm时达到最大值。(2)针对料层厚度提高时产生的料层底部温度过高及烧结终点延迟的问题,选择1000mm料层为模拟对象,改变料层配碳量及透气性,分析其对厚料层烧结工艺实施的影响。模拟结果表明:料层配碳量在4.0%时可最大程度的提高烧结矿产量,1473K～1673K温度区间料层厚度最高,有利于提高烧结矿质量;随着料层孔隙度增加,透气性提高,垂直烧结速度增大,上、下部料层温度差别降低,料层内温度场趋于均匀。(3)为了在提高料层厚度的同时,缩短烧结时间,获得合理的温度场分布,对双层烧结工艺(双层布料和双层点火工艺)进行了模拟。研究结果表明:双层布料工艺有效均匀了料层内温度分布,1473K～1673K温度区间内料层厚度提高了 57.84%,小于1473K温度的料层厚度减少约57.61%。双层点火烧结工艺料层内存在上下两个燃烧带,节约烧结时间约950s,烧结终点提前42.6%。双层点火工艺中,自动蓄热作用削弱,料层内温度较低,通过调整氧气含量的措施,可改变焦炭反应速率,进而改变料层内温度分布,随着料层内氧气含量的增加,焦炭燃烧速率提高,1473K～1673K温度区间内料层厚度增大。