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高炉炼铁仍然是世界上最主要的炼铁生产工艺,但面临严重节能减排压力。氧气高炉工艺是用冷态氧气代替传统热风操作的一种新型炼铁工艺,其在冶炼效率和节能减排等方面具有显著优势。结合碳捕集与贮存技术的氧气高炉工艺流程可以比现在C02排放最少的炼铁工艺减少50%以上,其中炉顶煤气循环-氧气高炉流程是最有希望实现工业化的工艺流程。但是现有关于氧气高炉的数学模型大部分假定直接还原度,因为缺少经验数据,选择具有一定的盲目性,而且针对不同的操作需要选择不同的直接还原度,所以选择的直接还原度难以和实际生产相符。根据高炉的冶炼特点,本文将高炉分为风口回旋区、高温区和低温区三个部分。在物料平衡和热平衡的基础上,充分考虑了化学平衡对冶炼的影响,建立了氧气高炉多区域约束工艺模型,并用Visual Basic进行编程。模型结果与生产数据十分接近,用来分析氧气高炉工艺流程具有很高的可信度。模型不仅可及分析传统热风高炉操作,还可以分析不同操作条件下的氧气高炉工艺。根据循环煤气喷吹的位置和温度的不同,炉顶煤气循环-氧气高炉主要有三个流程,本文详细分析了煤比和风口喷吹煤气对三种高炉流程的影响,并得到了以下主要结论。(1)传统热风操作的风中含氧率小于0.353时,通过调整操作条件可以使传统高炉流程仍能够正常运行。风中含氧率超过这个界限后,高炉不能够正常运行。(2)在炉顶煤气循环-氧气高炉工艺中,从炉身喷吹预热循环煤气,主要是为了补充低温区的热量,循环煤气的成分对低温区的矿石还原影响不大。(3)当采用工业室温氧气代替传统热风且炉身风口喷吹预热煤气时,对于炉缸风口喷吹冷态循环煤气流程,煤比为150kg/thm,炉缸风口喷吹冷煤气400.5Nm3/thm,炉身风口喷吹163.1Nm3/thm时,燃料中碳素消耗为383.1kg/thm,比传统热风操作减少12.9kg/thm;对于风口喷吹预热循环煤气流程,煤比为162kg/thm,炉缸风口喷吹预热煤气535.4Nm3/thm,炉身风口喷吹预热煤气10.5Nm3/thm时,脱除CO2后的炉顶煤气恰好能满足使用,燃料中碳素消耗为305.5kg/thm,比传统热风操作减少90.5kg/thm。(4)当采用工业室温氧气代替传统热风,且仅炉缸风口喷吹预热煤气,煤比为200kg/thm,炉缸风口喷吹煤气量为535.3Nm3/thm时,燃料中碳素消耗为305.0kg/thm,比传统热风操作减少91.0kg/thm。(5)对于喷吹焦炉煤气-氧气高炉流程,宜采用较低的煤比,较低的理论燃烧温度。煤比为150kg/thm,炉缸风口喷吹焦炉煤气量为247.1Nm3/thm,炉料热装温度为125℃,碳素消耗为380.2kg/thm,比传统热风高炉节约15.8kg/thm。