1、豎爐是生產(chǎn)直接還原鐵的主要反應器。目前，豎爐生產(chǎn)中存在煤氣還原勢未能充分利用的問題。表現(xiàn)為豎爐出口具有較高還原勢化學能，造成這一現(xiàn)象的根本原因在于上升煤氣分布狀態(tài)的熱力學和動力學條件嚴重不匹配，從而造成豎爐內(nèi)煤氣利用率低、煤氣消耗量高。
　　針對以上問題，設計出一種上部增設吹氧裝置的豎爐。在豎爐上部適當位置，燃燒少量含有CO和H2的混合煤氣，以此提高豎爐上部的溫度，從而滿足還原反應發(fā)生條件、提高還原反應發(fā)生速率，盡可能在煉鐵反應器

2、內(nèi)部高效利用還原勢化學能，從本質(zhì)上提高煤氣利用率，降低能耗?？蔀闊掕F工藝的優(yōu)化設計及操作改進提供參考建議，并為進一步開發(fā)新型煉鐵工藝提供理論和計算基礎。為此本文以豎爐為研究對象，并進行了如下研究。
　　(1)基于物料平衡熱平衡建立了豎爐的靜態(tài)模型，并根據(jù)此模型研究了傳統(tǒng)豎爐各項熱量收支情況和上部吹氧豎爐還原煤氣量、吹氧量以及各項熱量收支情況。在還原煤氣溫度為905℃、爐頂煤氣溫度為350℃、金屬化率為93％的條件下，上部吹氧豎爐還

3、原煤氣量為1404.67 Nm3·(tDRI)-1。吹氧量為20.32 Nm3·(tDRI)-1。煤氣出口還原勢降至0.56，排碳量減少26.92％，能耗減少19.56％。
　　(2)根據(jù)氣相和固相的質(zhì)量和能量守恒方程，建立了豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的數(shù)值模型，并針對美國Gilmore廠的MIDREX豎爐的還原段進行了數(shù)值模擬，解析了其內(nèi)部的溫度場、濃度場和煤氣盈余程度。模型計算結果和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，模型能基本反映還原豎爐的真實過

4、程。在還原煤氣流量為37083 Nm3·h-1的條件下，豎爐內(nèi)部盈余大量煤氣，且在豎爐6.5 m高度處，煤氣盈余較大。
　　(3)在豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的數(shù)值模型基礎上，建立了上部吹氧直接還原鐵豎爐的一維數(shù)學模型，并針對上部吹氧豎爐的還原過程進行了數(shù)值模擬，得到了其內(nèi)部各物料的溫度場、濃度場和煤氣盈余程度。在還原煤氣量為37083 Nm3·h-1和吹氧量為536.40 Nm3·h-1，吹氧位置為豎爐6.5 m高度處的條件下，上部吹氧