随着经济结构调整的深入、环保约束的加强,我国钢铁行业已全面步入高质量发展时代,绿色高效成为新时期钢铁企业共同追求的主旋律。铁矿粉烧结是一个涉及许多物理和化学反应的复杂过程,同时也是钢铁生产过程的关键上游工序。因此,对铁矿粉烧结过程的建模与优化对钢铁行业来说具有重大意义。目前过程建模与仿真的平台多采用商业软件,其优点是操作简便且技术文档丰富,其不足是:开发性较弱,其过强的封装性导致融合其他优化算法时拓宽性弱,难以满足对特定问题的开发需求。本文以烧结台车为研究对象,以开源计算流体力学类库OpenFOAM为平台,对铁矿粉烧结过程的建模与优化进行了研究。本文的主要内容如下:(1)对铁矿粉烧结过程进行了分析,建立数学模型。重点研究了烧结过程中铁矿粉与空气的热交换,通过分析铁矿粉的烧结过程,本文将其简化为气-固传热模型,以内热源代替燃烧放热,并基于流体力学方程、湍流模型、多孔介质模型实现烧结过程的数学描述。(2)利用开源流体计算力学类库OpenFOAM建立仿真模型。分析了 OpenFOAM代码结构和算例,实现了烧结过程数学模型的自定义求解器开发。仿真模拟了烧结台车温度场分布,分析了风速、风温和含碳量对温度场的影响,开展了模型验证。(3)基于粒子群算法建立烧结温度场优化模型。通过高温下溶剂在颗粒中的扩散行为实验,提出了温度场的评价指标,并通过实验研究证明了该评价指标对烧结矿成品率的影响。根据温度场评价指标,采用粒子群算法提取仿真模型的温度场信息,对原料含碳量、入口风温以及入口风速进行了优化,结果表明烧结过程温度场得到了明显改善。本文运用开源流体计算力学类库建立了烧结过程模型和数值模拟求解器,融合粒子群算法构建了参数优化框架,实现了烧结过程温度场的参数优化。本研究建立的求解器和优化框架,有助于烧结生产过程的操作优化,是对钢铁智能制造和智慧烧结实现途径的一次有益探索。