高炉炼铁过程的数学模拟研究

高炉是存在多相多场耦合作用的复杂高温冶金反应器。现代化钢铁生产要求实现对高炉的全面掌控和冶炼的高效化，而高炉数学模型是理解、控制和改进复杂高炉炼铁过程的有效工具。.全高炉反应动力学模型在国外已有实际应用，但其全面性和合理性尚需改进，而国内鲜见全高炉数学模型的研究和应用。本项目基于多相流理论，开发全高炉二维数学模型，在从料面到渣面的整个区域，将炉内物质区分为气、固、铁水、熔渣、粉相，每相由多个独立组元组成，充分考虑相间动量、能量及质量的同时相互耦合作用，故模型由大量强烈耦合的偏微分方程组组成。.本项目进行数字化高炉的基础研究，目标是创建更全面的高炉过程模拟系统，科学描述炉内复杂耦合现象，合理预测操作指标；进行高炉炉型合理化、操作制度最优化以及冶炼效率最大化解析，实现现代高炉冶炼和炉型设计的优化；并应用于解析面向高产、低耗和低环境负荷的高炉炼铁新技术，促进新一代炼铁技术的应用。 2100433B

《钢铁冶金过程数学模型(精)/现代冶金与材料过程工程丛书》共分六章：第1章介绍数学模型的理论基础，包括数学模型基本原理及数学模型的求解方法；第2～6章重点介绍钢铁冶金相关操作单元数学模型的建立和求解、典型反应器解析以及计算结果的分析讨论，包括炼铁过程数学模型、铁水喷粉预处理过程数学模型、复吹转炉冶炼过程数学模型、精炼过程数学模型和连铸过程数学模型，对工艺数学模型、反应动力学数学模型以及反应器解析数学模型的建立方法和求解过程进行详细介绍，对计算结果进行分析讨论。

高炉炼铁高炉炼铁现状

中国的高炉炼铁行业以近于饱和，尽管有着世界最高的产量，但不论是生产成本还是经济收益都差于世界水平，从而导致在世界市场的竞争力不足，对高炉炼铁的可持续发展铺满障碍。其中先进的高炉炼铁厂与落后的高炉炼铁厂共存，并且中小型高炉过多，存在着不符合规定的高炉炼铁厂，在生产上无法做到低成本、低消耗、低污染，无视市场的饱和状态，最终导致供大于求，成品低廉。由于这种不良的市场环境，使得中国的高炉炼铁在环保能源问题上存在缺陷。而我国也作出了相应的对策：为化解过剩的产能，在 2016 年各种政策方案相继颁布，大力推进供给侧结构性改革，使钢铁价格稍有回升，不过并未能解决产量过剩这一问题，在经济收益上稍有改观，根本问题却依然存在。

高炉炼铁技术指标

由我国的行业标准规定大于 4000m3高炉为大型高炉，而大型高炉生产率是小型高炉的数倍，所以我国的大型高炉为高炉炼铁技术起到了带动作用。在其中大高炉的平均炉容约为 4568.75m3，平均利用系数约为 2.085t/(m3.d). 大高炉的平均焦比与

煤比分别为 349.4kg/t、159.76kg/t，平均富氧率为 3.36%。由于中国的矿石品位较低，因此为保证大型高炉的稳定性，大多采用外国进口的原料，其中烧结矿、球团矿和块矿的比例为约为 71.5%、19.7%、8.7%。我国包括中小型高炉在内的燃料比为 539.72kg/t 焦比和煤比分别为 361.02kg/t、141.72kg/t，风温为 1153.96℃。而国外先进水平的燃料比均低于 500kg/t。