氢气直接还原竖炉还原段内温度场及流场研究

摘要

传统高炉炼铁具有能耗高、污染严重、流程长等特点，非高炉炼铁如直接还原炼铁可以摆脱对焦炭的依赖，是一种短流程炼铁的良好工艺。发展电炉炼钢需要高质量的废钢，直接还原铁为竖炉炼铁的产物，是废钢的良好替代品。
　　对现有的竖炉炼铁工艺进行研究，主要是对MIDREX工艺进行了大量研究，针对竖炉内气流分布规律和反应热力学问题进行了分析探讨。主要对氢气理论最小需求量、标准自由能、平衡常数、热平衡进行了理论计算，推导出物料竖直方向、垂直炉壁方向的压力和不同化学反应阶段还原段内氢气和物料的温度分布式。
　　根据MIDREX竖炉模型，采用ANSYS软件建立还原段模型，选用FLUENT对还原段内气固相传热进行了仿真模拟，得到了还原段内温度分布、气体速率和矿石属性的变化。
　　利用FLUENT对还原段内流场进行模拟，模拟中把矿料看成多孔介质，主要从炉顶压强、炉顶直径、氢气入口温度、氢气通入量4个方面进行研究。采用响应曲面法找到各变量间的关系，根据炉顶压强、还原段入口速度与炉内压强、速度间的相互关系，得出了还原段内压强和速率的合理值，基于ANSYS遗传算法得出了还原段内气流的合理分布。