炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

金鹏¹，姜泽毅^1,2，包成^1,2，陆元翔¹，张建良³，张欣欣^1,4

1. 北京科技大学机械工程学院2. 北京科技大学北京高校节能与环保工程研究中心3. 北京科技大学冶金与生态工程学院4. 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室

摘 要：结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明:氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.

关键词：高炉;数学模型;煤气;循环;稳态;传热;反应动力学;