摘要：我国的钢铁产量连续多年居世界第一,但是钢铁生产过程的能耗量和排放水平均远高于世界先进水平,节能减排潜力巨大。而铁矿石烧结在我国的钢铁企业生产过程中能耗居第二,排放居第一,对钢铁工业的节能减排起着决定性作用,因此,研究开发能降低铁矿石烧结过程的能源消耗量和烟气排放量的烧结改进工艺对我国钢铁行业的可持续发展具有重要意义。烟气循环烧结技术通过对烧结烟气的循环使用,可以提高料层温度的稳定性和降低烟气排放量,燃料分层布料技术通过对烧结料层内固体燃料的合理分布,可以降低固体燃料的消耗,使料层温度分布更加合理。目前国内外对这两种铁矿石烧结过程节能减排技术的研究和应用处在起步阶段,研究方式也多是半工业化试验,而随着计算机仿真技术的发展和对铁矿石烧结过程各种机理研究的不断深入,使得利用数值仿真技术对铁矿石烧结过程节能减排的研究更方便和直接。论文通过对铁矿石烧结过程的流动、传热、传质、料层结构变化机理的深入分析,建立了完整的铁矿石烧结传输过程的非稳态数学模型和数值方法。利用此模型对常规烧结工艺过程进行了模拟计算,根据料层温度在深度方向上的分布以及烧结烟气随时间的变化,提出了以部分烧结烟气和烧结矿冷却过程产生的废气相混合的烟气循环烧结改进工艺以及燃料分层布料烧结改进工艺。在烟气循环烧结工艺的研究过程中,根据对烧结系统的余热利用以及减量排放侧重点的不同提出了三种烟气循环烧结方案,并首次提出了基于料层温度的烧结矿质量评价指标；在燃料分层布料烧结工艺的研究过程中,提出了以料层最高温度为控制目标的基于深度单元的燃料分层分布工艺。并基于这两种烧结改进工艺,创新性地提出了基于燃料分层分布的烟气循环烧结综合优化工艺。对文中提出的各种烧结工艺均进行了模拟计算和效益分析。研究发现,烟气循环烧结工艺对烧结过程的改善主要体现在降低烧结烟气的排放处理量和提高料层上部温度两方面；燃料分层布料烧结工艺对烧结过程的改善主要体现在使料层的最高温度在深度方向上分布更均匀和促进燃料的合理利用两方面；基于燃料分层布料的烟气循环烧结综合优化工艺则能全面提高烧结矿质量评价指标,增加烧结系统余热利用量,降低烧结周期、固体燃料使用量、烟气排放处理量以及SO2总排放量。本文所提出的三种烧结改进工艺中,在提高质量与节能减排效益方面综合优化工艺最优,在提高产量方面烟气循环烧结工艺最优。该研究有助于理解铁矿烧结传输过程的机理,为铁矿石烧结过程节能减排的研究提供了参考依据,并且对于提高铁矿石烧结过程的生产效率,降低烧结系统运行成本,提高企业竞争力具有重要意义。