中文摘要：

烧结工序是传统钢铁生产流程的基本工序，其能耗约占吨钢能耗的10%，且废气、粉尘等污染物的排放量较大，节能、降耗、增产是烧结工序的研究重点。现代烧结生产所采用厚料层低温烧结技术的关键制约因素是料层透气性，目前改善料层透气性的方法很多，然而，由于原燃料条件差、投资成本高、改造量大等因素导致其实际工业应用困难。新型减荷烧结工艺的研发和应用可有效改善烧结料层透气性，实现超厚料层烧结，改善烧结矿质量，大幅提高烧结机的生产率；还可以提高燃料燃烧率，有效降低烧结工序的固体燃耗和电耗，并减少CO2等有害气体的排放。该项目拟通过烧结杯实验和工业试验等手段，从以下三方面展开研究（1）烧结减荷作用的机理研究；（2）减荷烧结支撑板的材质设计及热处理制度研究；（3）减荷烧结支撑板的设计优化与应用研究。该项目的实施符合节能减排的政策，有助于钢铁工业的可持续发展。

结论摘要：

目前我国钢铁行业进入微利时代，同时面临着国家经济结构调整、行业节能减排和环境保护等多重压力。烧结工序是钢铁生产流程的基本工序，现代烧结生产所采用厚料层低温烧结技术的关键制约因素是料层透气性，目前改善料层透气性的方法很多，然而由于原燃料条件差、投资成本高等因素导致其工业应用困难。超厚料层减荷烧结新工艺对传统烧结工艺而言是一次技术变革，将极大地优化和改善烧结工艺过程。该项目通过采用可视化石英烧结杯实验、烧结床层温度场模拟、支撑板热应力模拟以及烧结工业试验等研究手段，成功开展了如下研究工作首先，进行了超厚料层烧结条件下多物相与能量的迁移规律研究。随着烧结的进行，燃烧带下移速度减慢且宽度变宽，燃烧带到达底部时其宽度是烧结初期宽度的近2倍；料层厚度与燃料配加量是影响燃烧带厚度的主要因素，料层厚度从700mm增加到1000mm，最大燃烧带宽度增大40%以上。然后，进行了超厚料层条件下减荷烧结作用机理研究。实验室研究结果表明减荷烧结可明显缩短烧结时间，烧结利用系数提高20%以上。加装支撑板的烧结矿>40mm的粒级含量减少，16～10mm粒级的含量有所增加，粒度分布更加趋于均匀。利用工业CT检测发现采用减荷烧结后，下部烧结矿饼宏观孔隙率增大12%，有利于改善烧结矿质量，提高烧结生产率。其次，对支撑板材质与破损机理进行了研究。选取4种耐热合金钢进行实验，1~4#合金在0~1300℃的线膨胀系数相差不大，3#合金无明显的相变，升温过程中整体的表现稳定；随着热疲劳循环周次增加，4种合金热裂纹扩展速率不断增加，在一定的热循环次数下，3#合金裂纹长度最短，是理想的支撑板材质。最后，进行了支撑板结构设计优化研究。矩形支撑板所受应力较梯形支撑板大，支撑板形状应选梯形；支撑板内分布在支撑面和支撑板窄面的应力最大，支撑面中心应力最大达到700MPa以上，并且此时温度高，达到500℃以上，是最容易破坏的地方；当选用二体式和三体式支撑板时，3#合金适宜作为本体材料。通过项目研究，最终形成了大型烧结机超厚料层减荷烧结的技术原型。该项技术对于今后超厚料层烧结技术发展是一项重要的技术储备，未来应用前景广阔。