摘要：在“双碳”战略驱动下，高炉炼铁工艺的低碳化革新成为钢铁行业转型核心。聚焦高炉炼铁工艺的富氧-氢跃升路径，通过热质衡算与关键约束量模型，理论分析了传统高炉、喷吹循环煤气及喷吹焦炉煤气3种工艺的富氧上限和工作窗口，以及富氧率、循环煤气量和焦炉煤气量对低温区热平衡、理论燃烧温度、焦比及炉腹煤气量的影响规律。研究结果表明，传统高炉在煤比为150 kg/t条件下，富氧率阈值需控制在7.9%以内，可维持理论燃烧温度(tf)在（2150±50）℃的顺行区间，同时保证低温区热通量不小于2.8 GJ/t。采用喷吹循环煤气工艺时，富氧率上限提升至52.23%，焦比显著降低至207.44 kg/t，较基准工况下降18.6%。而喷吹焦炉煤气工艺在低煤比条件下，富氧率上限达35.67%，焦比最低值降至183.91 kg/t，较循环煤气工艺再降11.3%，展现出更优的碳减排潜力。研究进一步发现，在tf稳定控制范围内，富氧率每提升1%，风口循环煤气量可增加9.15 m3/t，最大喷吹量达458.26 m3/t；焦炉煤气喷吹量则随富氧率呈非线性增长，上限值为293.27 m3/t。低温区热平衡呈现非对称变化特征：当富氧率从5%增至35%时，热需求下降22.4%，而热供给降幅达31.7%，这种供需失衡现象为高炉热管理提出了新的调控要求。研究结果揭示了喷吹焦炉煤气工艺的三重协同效应，通过富氧率提升实现工艺窗口扩展，借助H2：CO（质量分数比值）来优化降低焦比，并利用煤气重整反应调节热平衡。为构建“富氧-富氢-低焦比”的新型高炉炼铁体系提供了理论支撑，对推动钢铁行业低碳转型具有重要应用价值。
文章目录
1 热质衡算及关键约束量模型
1.1 质量衡算
1.2 热量衡算
1.3 风口回旋区约束量——理论燃烧温度
1.4 高低温区界面约束量——炉腹煤气量
1.5 碳循环约束量——煤气循环量
2 模型计算
2.1 计算条件
2.2 计算流程
3 计算结果与分析
3.1 传统高炉以煤代焦的富氧上限和工作窗口
3.2 风口循环煤气喷吹的影响
3.3 焦炉煤气喷吹的影响
3.4 3种工艺对比分析
4 结论
