金鹏等：炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型 ·505· ·--80% ---909% -99% 6 5 4 3 0 500 10001500 200030405060708090020406080100 T/K x/% f1% 图5氧气摩尔分数对炉内过程变量的影响 Fig.5 Effect of oxygen concentration on internal process variables -300m.r ---400m3.r1 …500m3rl 7 6 5 4- 3 2 04 500 10001500 200030405060708090020406080100 T/K u/% Lyc% 图6上部循环煤气流量对炉内过程变量的影响 Fig.6 Effect of upper gas volume on internal process variables 提高10%，风口燃烧温度会升高55K,炉项煤气温度 热量损失方面考虑，上部循环煤气流量不宜过大.因 可以降低7K.上部循环煤气流量提高100m3·t,风 此，在综合考虑全炉还原速度和热量损失下，选取鼓风 口燃烧温度几乎不变，炉顶煤气温度会升高46K. 氧气摩尔分数为99%，上部循环煤气流量为300m3· 通过研究发现，氧气鼓风和煤气循环技术的应用 t作为该氧气高炉工况的较优参数组合 可以大幅降低炉内直接还原度，有效减少直接还原反 2.3氧气高炉工艺与传统高炉对比 应消耗碳量，降低氧气高炉系统所需焦炭.提高氧气 选取炉顶煤气循环氧气高炉的较优参数组合工况 含量可以有效加强全炉气体的还原性，大幅提高铁矿 (x。,=99%,Vm=300m31),并与传统高炉进行对 石还原速度，同时降低炉顶煤气温度，减少热量损失， 比，如图8.可以看出：氧气高炉内气体质量流量远低 但会提高风口燃烧温度，必要时需采取调整下排风口 于传统高炉，在高炉下部气体质量流量明显低于固体 处煤粉和煤气喷入量等手段，以防止风口燃烧温度过 质量流量，仅为传统高炉气体质量流量的44%：通过 高引起高炉下部区域过热.提高上部循环煤气流量在 炉身处喷入循环煤气，氧气高炉的气体质量流量得到 一定程度上提高上部区域气体还原性和全炉还原速 有效补充并超过固体质量流量，但只占传统高炉质量 度，但会显著提高炉顶煤气温度，从减少外排炉顶煤气 流量的61%左右.氧气高炉内气体C0含量在全炉范金 鹏等: 炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型 图 5 氧气摩尔分数对炉内过程变量的影响 Fig． 5 Effect of oxygen concentration on internal process variables 图 6 上部循环煤气流量对炉内过程变量的影响 Fig． 6 Effect of upper gas volume on internal process variables 提高 10% ，风口燃烧温度会升高 55 K，炉顶煤气温度 可以降低 7 K． 上部循环煤气流量提高 100 m3 ·t － 1，风 口燃烧温度几乎不变，炉顶煤气温度会升高 46 K． 通过研究发现，氧气鼓风和煤气循环技术的应用 可以大幅降低炉内直接还原度，有效减少直接还原反 应消耗碳量，降低氧气高炉系统所需焦炭． 提高氧气 含量可以有效加强全炉气体的还原性，大幅提高铁矿 石还原速度，同时降低炉顶煤气温度，减少热量损失， 但会提高风口燃烧温度，必要时需采取调整下排风口 处煤粉和煤气喷入量等手段，以防止风口燃烧温度过 高引起高炉下部区域过热． 提高上部循环煤气流量在 一定程度上提高上部区域气体还原性和全炉还原速 度，但会显著提高炉顶煤气温度，从减少外排炉顶煤气 热量损失方面考虑，上部循环煤气流量不宜过大． 因 此，在综合考虑全炉还原速度和热量损失下，选取鼓风 氧气摩尔分数为 99% ，上部循环煤气流量为 300 m3 · t － 1作为该氧气高炉工况的较优参数组合． 2. 3 氧气高炉工艺与传统高炉对比 选取炉顶煤气循环氧气高炉的较优参数组合工况 ( xO2 = 99% ，Vup = 300 m3 ·t － 1 ) ，并与传统高炉进行对 比，如图 8． 可以看出: 氧气高炉内气体质量流量远低 于传统高炉，在高炉下部气体质量流量明显低于固体 质量流量，仅为传统高炉气体质量流量的 44% ; 通过 炉身处喷入循环煤气，氧气高炉的气体质量流量得到 有效补充并超过固体质量流量，但只占传统高炉质量 流量的 61% 左右． 氧气高炉内气体 CO 含量在全炉范 · 505 ·