余热余压利用是国家重点节能工程,典型长流程钢铁烧结能耗占比高,余热难以有效利用,回收潜力巨大。烧结显热高效回收是钢铁节能的关键,为掌握烧结矿冷却气固高效换热规律,实现高温粒料气固协同匹配高效冷却,研究基于将炉窑概念耦合烧结冷却工艺发明的竖炉冷却技术,开展了高温烧结矿竖炉冷却换热特性及优化研究。构建了竖式炉内气固传热计算的数学模型以及烧结矿余热回收效果的评价方法;采用数值方法研究了竖炉冷却传热过程,揭示了炉内气体流动特性及气固换热规律;探究了单一参数对烧结矿冷却特性及余热回收效果的影响;确定了竖炉冷却工艺的最优设计参数。烧结矿冷却换热计算模型及余热回收评价方法构建。对炉内多种换热方式进行分析,揭示了炉内以冷却风和烧结矿对流换热为主导的多种传热方式共同作用的传热过程,以牛顿冷却定律为基础推导了冷却风与烧结矿之间的气固传热系数;基于质量守恒、动量守恒和能量守恒定律,提出了烧结矿冷却过程中需满足的连续性方程、运动方程,以局部非热力学平衡双能量方程更准确的描述了炉内气固传热过程;对比分析了烧结矿冷却炉余热回收效果的热效率和（火用）效率评价指标,构建了（火用）分析法可实现对烧结矿余热回收效果的准确定量评价。竖式烧结矿冷却炉换热模型建立及数值模拟。建立了竖式烧结矿冷却炉内包括冷却段、预存段、环形风道在内的耦合一体化几何模型;采用非结构化网格对几何模型计算区域离散化,并对网格模型进行了无关性验证;基于几何模型及网格模型对冷却风与烧结矿的气固传热过程进行了数值模拟,研究发现:冷却风在预存段速度较低,流动性差,烧结矿在预存段温度较高;冷却段更好的实现了烧结矿的冷却以及空气的加热,冷却风接近入口处速度最大,此部分换热最为强烈,冷却段内处于局部非热平衡状态,相同位置冷却风温度要低于烧结矿;风帽下方矿料出口段内冷却风速度接近于滞止,烧结矿冷却效果差;受烧结矿矿料多孔区域内阻力影响,冷却风压力于风帽至环形风道入口处均匀下降;同一高度下炉内温度沿径向呈“M”型分布,炉内速度沿径向呈中间高两侧低的分布趋势,炉内压力径向分布与速度分布相匹配,趋势接近。单一参数对竖式烧结矿冷却炉换热效果的影响研究。为探究冷却炉结构参数及运行参数对烧结矿冷却效果的影响,以气固比、进口风温、冷却段高度、冷却段直径作为影响因素,在改变单一参数情况下对烧结矿冷却炉的换热过程进行了模拟,研究发现:增大炉内气固比,同一水平下烧结矿温度降低,冷却风速度增大,压力升高,炉内中心部分变化大于两侧,冷却段受气固比影响较大,空气速度明显增大;且炉内气固比增大时,烧结矿冷却效果增强,冷却风出口温度降低,出口气体（火用）值增大,但（火用）效率减小。提高空气进口风温,同一水平下烧结矿温度升高,冷却风速度增大,压力升高,主冷却段受进口风温影响较大,轴向速度分布基本无变化;且空气进口风温提高时,烧结矿冷却效果减弱,冷却风出口温度升高,出口气体（火用）值增大,（火用）效率也增大,但料层阻力损失增加。提升冷却段高度,同一水平下烧结矿温度与冷却风速度无变化,压力升高,轴向主冷却段不受冷却段高度变化影响,但次冷却段受影响较大,次冷却段内换热速率降低,冷却风速度增大;且冷却段高度提升时,烧结矿冷却效果增强,冷却风出口温度升高,料层阻力损失增加,出口气体（火用）值增大,但（火用）效率减小。扩大冷却段直径,同一水平下烧结矿温度降低,冷却风速度与压力均降低,沿轴向温度变化较小,冷却风速度降低;且冷却段直径扩大时,烧结矿的冷却效果加强,冷却风出口温度增大,料层阻力损失降低,出口气体（火用）值升高,（火用）效率减小。正交法确定炉冷最优参数设计。为实现烧结矿最优冷却及余热回收效果,选用5L16（4）正交表设计试验工况,以冷却风所携带的（火用）值作为正向指标,料层阻力损失作为反向指标,对炉冷余热回收效果进行评价。研究发现:气固比为1200 m3/t,进口风温为50℃,冷却段高度为6 m,冷却段直径为13.25 m的加权极差化值可达0.962,为理论最高,此时可满足烧结矿冷却需求的同时获得最优的余热回收效果。竖式炉冷却过程的参数中,气固比、冷却段高度、冷却段直径、进口风温对换热效果的影响程度依次降低。