氧气高炉炼铁工艺指的是用全氧鼓风代替传统的预热空气鼓风操作的高炉炼铁工艺。氧气高炉相比于传统高炉具有很多优点,比如高喷煤量、高生产率、煤气热值高、环境污染小等。虽然氧气高炉炼铁工艺能够获得良好的经济效益和环境效益,但它也面临着诸多问题。由于采用全氧鼓风,势必会导致鼓风量的减少,这可能造成煤气流分布和炉料运动不合理,不利于高炉生产。合理的操作炉型是高炉炼铁的基础,是炉内煤气流合理稳定分布以及炉料运动合理的基础。因此有必要对氧气高炉合理的炉型进行研究。为此本文主要进行了以下研究。(1)氧气高炉物理模拟以钢铁研究总院设计的容积为2100 m3的三个氧气高炉炉型为研究对象,依据相似原理推导出模拟氧气高炉物理模型的相似准数,建立与实际氧气高炉相似比为1:20的冷态物理模型。考察了炉内只含聚乙烯颗粒时气体流量对物料运动产生的影响;考察了聚乙烯颗粒和麦饭石球分层布料时,模型在不同气体流量下炉内的物料运动和在相同气体流量下不同炉型炉内的物料运动。结果表明,炉内物料运动流型基本呈直线型→倒梯形→W型变化。气量对物料运动产生一定的影响,气量越大,炉壁处物料运动越慢,炉内死区面积越大。在相同气量下,三个模型底部都出现死区,炉型1和炉型2底部死区面积较小,而炉型3底部死区面积最大。(2)氧气高炉数值模拟考虑炉内炉料粒度的大小和空隙度分布的特点,建立了计算氧气高炉煤气流动的数学模型。计算得到氧气高炉煤气流动的速度场、料柱全压差和料柱透气性指数,并通过示踪剂求得不同速度和不同炉型下氧气高炉内煤气停留时间分布和停留时间分布的无因次方差。模型计算结果表明,三个炉型在245 m/s的鼓风速度下,炉内的流动都接近活塞流。炉型1的料柱透气性指数最大为18.04 m2/(min·kPa),炉型3的料柱透气性指数最小为17.28m3/(min·kPa),即炉型1的料柱透气性最好,炉型3的料柱透气性最差。当鼓风速度由184 m/s增大到306 m/s时,煤气平均停留时间从3.091s降低到2.326 s。炉型1的煤气停留时间最长为2.711 s,炉型2次之为2.486 s,炉型3的最短为2.281s。