论文摘要
COREX预还原竖炉为典型的气固逆流反应器,其内部合理的煤气流分布将有助于获得低料柱压差、低煤气单耗和高煤气利用率,从而获得高DRI金属化率。为了更好地理解和掌握COREX工艺,本文首先通过建立COREX静态工艺模型对其进行了工艺分析,然后对COREX预还原竖炉进行数学和物理模拟。主要工作如下：（1） COREX静态工艺模型在质量—能量平衡方程组以及约束条件的基础上建立了COREX静态工艺模型,工艺模型中增加原料优化模块和数据库操作功能。COREX工艺模型的计算值和工厂生产数据的相对误差均小于3%,说明模型有较高的可信度。利用工艺模型进行物料平衡和热平衡分析,计算结果为物理和数学模拟提供必要的边界条件。（2） COREX竖炉冷态物理模拟依据相似原理推导出模拟COREX预还原竖炉物理模型的相似准数,建立了与实际COREX-C3000预还原竖炉1：20相似比的半周冷态物理模型,并确定了实验方案。测定了不同气体流量、不同床层高度、不同下料速度、不同填充料、不同中心粉料配比条件下炉内气体压强的分布情况,了解了预还原竖炉内部气流分布的一些规律。对预还原竖炉内固体物料运动进行了可视化实验,考察了竖炉内不同位置的下料情况,得到了炉内固体物料在径向和轴向运动变化的规律。利用硅胶吸水变色的特性,对预还原竖炉内气固反应进程进行了可视化实验,分析了预还原竖炉内气固反应进程的趋势及规律。（3）布料模式对煤气流分布影响的数学模拟采用竖炉内煤气流分布的三维数学模型,研究了单环布料时在不同档位下对竖炉内煤气流分布以及反窜煤气量的影响。得到了随着布料档位的外移,竖炉压差、反窜煤气量和煤气偏析程度的变化规律。当竖炉内的布料档位超过2.0m后,竖炉压差、反窜煤气量和煤气偏析程度显著增加。因此,竖炉单环布料时,档位不易超过2.0m,较合适的布料档位为1.6m。（4） COREX预还原竖炉全过程的数学模拟建立了COREX竖炉预还原全过程的数学模型,得到了典型操作条件下的气固两相速度、温度、浓度等变量在二维柱坐标系下的分布情况,分析了速度场、温度场和浓度场中变量变化规律。固料在炉身上部运动呈活塞流形式,在炉身下部由于死料堆存在出现偏流现象；气固两相温度在炉身上部与下部呈现相反的情况,上部区域中心温度高,下部区域边缘温度高；浓度场中还原率与气体还原势与温度场呈类似的分布规律；而煤气利用率则呈现出与气体还原势相反的趋势,在预还原竖炉下部,煤气利用率较低且径向梯度较大,炉壁处的利用率低于中心处；在预还原竖炉上部,煤气利用率较高,在径向上梯度不大,中心处略高于炉壁处。