目前,我国废钢资源的短缺,并且钢铁行业对环境污染日益严重,不符合我国可持续发展战略。直接还原铁技术具有有害气体排放少、能源利用率高等特点,对我国钢铁行业的发展有非常大的促进作用。在这个背景下,本文通过数值模拟对含铁物料的变化过程以及不同竖炉炉型对温度场、压力场的影响进行了研究。本文从化学反应平衡和热平衡两个角度计算出了当还原气体为氢气和一氧化碳条件下的还原气量。通过实验,当还原气为氢气和一氧化碳时,在不同温度下分别得到了含铁物料的还原度随时间变化曲线,通过计算得出化学反应的不同阶段的指前因子和活化能。通过Fluent软件建立气基直接还原竖炉的二维模型,将含铁物料设简化多孔介质,通过滑移网格的形式来模拟物料在竖炉内下行运动。当温度T>570℃时,含铁物料的还原过程为:Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。通过数值模拟,得出了在不同的还原气氛条件下含铁物料的变化过程以及在不同温度和不同颗粒直径条件下对还原过程的影响。结果表明:在相同的条件下,氢气与含铁物料的反应速率大于一氧化碳与含铁物料的反应速率;随着温度的升高,化学反应速度越快;颗粒直径越小,化学反应速率越快,并且金属化率越高。合理竖炉炉型的设计是提高生产效率的重要因素,当还原气体为氢气时,通过设计不同高径比的竖炉模型,研究了在不同竖炉炉型条件下海绵铁的分布情况以及对竖炉内的温度场、压力场的影响。结果表明:含铁原料在竖炉中心处的还原率低于竖炉边缘处的还原率,随着竖炉直径的增加,在同一高度处,竖炉中心的还原率减小;竖炉直径越小,沿径向方向含铁原料的还原率的梯度越小,还原效果越好。不同的竖炉直径条件下,竖炉还原段内的温度在竖炉高度方向差别不大,沿径向方向温度逐渐减低,温度梯度较大;竖炉还原段的直径越小,竖炉沿径向方向温度梯度越小,竖炉内的温度场越理想;随着竖炉直径的增大,通气量增大,炉内的压差越大,不利于炉料的顺行。