随着我国钢铁工业的持续快速发展,钢铁生产的能源消耗总量持续上升。在整个钢铁生产系统中,烧结工序能耗约占15%。研究降低烧结工序能耗的基础理论与新技术对降低我国钢铁生产综合能耗,节约生产成本,提高企业竞争力具有重要意义。在烧结工序能耗中,固体燃料消耗占75%-80%。本文从降低烧结固体燃耗的目的出发,以宝钢股份公司含铁原料、燃料及烧结工艺为对象,通过气体运动和传热规律的研究,揭示了烧结料层的蓄热规律;开发了利用蓄热实现均热烧结的新技术—分层布料和气流辅助布料均热烧结技术,达到显著降低燃料消耗的目的,其中气流辅助布料均热烧结技术在宝钢实现了工业应用。对烧结蓄热现象进行的研究发现,烧结过程中料层蓄热量自上而下不断升高。若将料高为700mm的宝钢烧结料层平均分为七个单元,获得第二至第七单元料层的总蓄热率依次为40.37%、54.07%、61-39%、66.60%、70.30%、72.99%。由于烧结饼离开烧结机时自上而下各单元热状态不同,依据总蓄热量还无法确定料层合理的燃料分布,本研究首次提出了可利用的蓄热量概念。可利用蓄热量是从总蓄热量中扣除烧结饼所带走的物理热后的蓄热量,是利用蓄热实现均热节能烧结的依据。通过研究烧结饼各单元的热状态和物理热的计算,获得了第二至第七单元可利用蓄热率依次为38.18%、50.80%、56.84%、60.33%、60.92%、58.39%,从而为均热烧结新技术的开发提供了可靠依据。在理论研究的基础上,首先开发了分层布料均热烧结技术。采取分层布料技术,能够在不降低烧结矿产、质量指标的前提下显著降低固体燃耗。烧结试验表明,若将混合料分为三层,上层焦粉用量为4.9%,中层焦粉用量为4.3%,下层焦粉用量为3.4%,混合料平均焦粉用量为4.2%,所得烧结矿转鼓强度62.13%,成品率80.02%,利用系数1.85t/(m2·h),固体燃耗53.85kg/t-s。分层布料均热烧结比普通烧结可节约固体燃耗3.69kg/t-s。鉴于分层布料烧结技术的生产实施受现有厂房布局的限制,本论文进一步研究开发了气流辅助布料均热烧结技术。通过研究烧结混合料在气体流场中的运动规律,查明了不同颗粒在气体流场中运动轨迹的差异性,建立了气流辅助布料实现与原料粒度和燃料分布偏析的理论依据。结合现行烧结生产工艺,在实验室中设计和制造了烧结混和料气流辅助布料试验装置,利用该布料装置,查明了气体流速、喷嘴结构、喷吹位置和倾角等对混合料粒度和燃料分布的影响,获得了优化的偏析布料工艺参数,开发出实现粒度和燃料分布合理偏析的气流辅助布料均热烧结新技术。以宝钢原料为对象,采用气流辅助烧结技术在实验室进行的烧结试验可将混合料燃料配比降低约8.7%(由4.6%降低至4.2%)此外,烧结矿的成品率由73.26%提高到78.26%,利用系数由1.40t-(m2·h)-1提高到1.46t·(m2·h)-1。试验结果充分表明气流布料烧结技术能实现烧结料层蓄热的高效利用,不仅显著降低了固体燃料消耗,而且明显提高了烧结矿产量和质量。本研究为降低烧结工序能耗提供了新的方法和技术。气流布料均热烧结技术已在我国宝钢烧结厂实现工业应用,单台烧结机每年效益达602.85万元。