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摘要
钢铁工业是中国国民经济发展的重要基础产业，在中国“碳达峰、碳中和”的背景下，低碳生产已成为钢铁行业新的竞争力。环境意识的日益提高迫切需要开发创新技术，氢冶金在炼铁环节利用清洁和可再生能源，是全世界公认的最清洁环保的冶金技术。H2的利用可以减少炼铁过程产生的温室气体，从源头上减少碳还原剂带入的排放。氢冶金竖炉的数值模拟是研究钢铁冶金流程内部特性的一种重要方法，其目的是设定合理的氢直接还原反应器的炉型参数及还原条件，可为实现平稳运行提供有效策略。依据逆流还原竖炉规律和安全可靠、稳定顺行、高效节能的方针，充分发挥H2还原优势，利用现有竖炉设计和生产经验，借助Ansys软件对氢冶金竖炉还原域进行数值模拟分析，重点研究纯氢在高温还原条件下的工艺优势。结果表明，还原反应沿着氢还原竖炉进行时，呈现出气态反应物含量降低而气态产物含量增加的变化趋势；同时，还原反应主要集中在还原域的中下部，即0.5～2.0 m的高度范围。合理设置还原条件及还原域参数可显著提高整个工艺流程的还原度，减缓原料的消耗，达到最优效率，为远期结合可再生能源廉价化趋势过渡到全氢竖炉提供合理化建议，支持氢冶金尽早实现工业化应用，为氢冶金工业设计提供理论支撑。
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