基于数值模拟的不同氢碳比气基直接还原竖炉操作策略

摘要：

为降低CO2排放,缓解温室效应,中国提出了"碳中和"、"碳达峰"的双碳战略,钢铁工业虽然是全球工业化进程中的重要支柱,但也是CO2排放的主要来源之一,传统冶炼过程主要依赖于高炉炼铁,使用焦炭、煤粉等还原铁氧化物,导致大量CO2被释放到大气中.因此,为实现双碳战略,钢铁工业亟需开发低碳氢冶金技术.气基竖炉工艺因其自身特点,采用天然气或焦炉煤气等富氢气体作为原料气,通过重整反应生成的还原气来还原铁氧化物,不仅取代了传统的化石燃料,同时还产生无污染的水蒸气.因此,气基竖炉工艺作为一种低碳氢冶金技术,能够显著降低钢铁生产过程中的CO2排放,在未来钢铁行业的绿色、低碳发展中具有巨大的潜力.建立了涉及还原反应和渗碳反应的气基竖炉二维CFD数值模拟模型,研究了还原气氢碳比、还原气温度以及炉顶压力等对气基竖炉的影响.结果表明,提高还原气氢碳比(体积分数比)和炉顶压力有利于降低炉内温度,抑制炉料黏结;氢碳比由1.75提高至100％H2(体积分数),DRI金属化率由0.93降低至0.84,提高还原气温度、流量和炉顶压力均可以提高DRI金属化率;同时,提高还原气温度和炉顶压力还可以提高H2利用率,但提高还原气流量会导致H2利用率降低.

关键词：炼铁、气基竖炉、数值模拟、氢碳比、氢冶金

所属期刊栏目：58

分类号：TF533;TQ062;TD98

资助基金：国家自然科学基金52174291

在线出版日期：2023-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：42-50