的 JFE 钢铁公司，2000 年开始（研究）。

以上所述，世界新炼铁流程，至此高炉法是两者相对论，跨世纪、混为一体化。此结

果，新炼铁法及高炉法两者全球化不断变化。因此，日本炼铁流程的偶像是以高炉为主体
硬性原料流程和溶融型的软性流程两极化，两者中，被重视的重心向有创造力方向移动。
1.12 降低 CO

2

新技术发展

1.12.1 变化现象定量化和新高炉操业法评价

分解确认流程是对流程内部生成的物理、化学变化定量的理解，同时，对流程的评

价及控制成为可能。达到此目的是得到用流程生成现象的机理变化速度式，及记录流程状
态方程式的数据和实现仿真的必要性。另，利用模型的高效率、低环境污染的新流程或新
操作法的设想操作，实现仿真模拟，记录要因现象的速度式预想的流程内状况对策处理
的必要性。

高炉的变化现象论研究约有半个世纪的历史，历来，实际流程的解析的主要点，最

近 10 年随模型化和仿真技术及要素现象解明的进步，仿真设想操作已实现化。

（1） 有关多流体理论的数学模型

考察高炉作为解析对象，记录流程状态方程式由运动量、能量、质量的收支平衡成立。

设定连续物体的多流体模型，一般表达式能表达。

ǝ （

ε

i

ρ

i

ψ）/ ǝt+div（ε

i

ρ

i

u

i

ψ-ε

i

г

ψ

gradψ）＝S

ψ                      

（1）

i 由以下 6 项组成（气体、填充粒子、熔铁、渣、煤炭粉体、铁矿石粉体），从属变量 ψ

求解变量，表达了各项的流速、能量（温度）、质量分率。T 为时间独立变量；ε 为空隙率；
ρ 为密度；u 为流速，S 为求解出项，包含各相之间的运动量、热量及物质的移动量、其生
成量。数值仿真，由于高炉状况复杂，BFC 法（Boby Fitted Coordinate）较适宜。

以高炉现象开发的模型，铁矿石还原、焦炭燃烧和气体化的气固反应以外，热溶或

溶渣过程的固液、液液、气液的反应，更多地考虑固体间、气体间反应等多数化学反应的速
度，在加固液相变态、气固液粉 4 相间的传热、运动量移动、粒子粉化、粉体的积蓄等的综
合考虑。另，煤气量、溶融渣的溢流等流程界限的记录的必要性是很重要的工作。

（2）高炉超高效率、低环境污染操业仿真
实现高炉的超高生产、低燃料比、低环境污染操业如图 1.10 所示，低温化和高速还原

化是很重要的。另，为了减少 CO

2

放出量，使用氢系的还原材料和炉顶煤气的循环使用等

被认为可行方法。这些可行性由数学模型和仿真定量研究。为使还原高速化，改善烧结矿
还原性，含炭球团（CCB）使用是很有效的。另，为了低温化，由 CCB 的装入使热保存
带温度有效下降，促进铁的渗炭和渣低温溶融化是不可缺少的。低温溶融的机理及速度是
十分明确的，使用数学模型后，由低温化可预测高效率的程度。使用氢系还原剂，从降低
环境污染观点考虑，希望喷吹废塑料。另，炉顶煤气再利用是减少煤气排出量的有效方法，
同时能提高生产性能，期望对将来展望作开发。以下这些设想操业所示的模型和仿真结果。

图 1.11 以烧结矿 100％装入为操业基准（1）、装入 20％CCB 为（2）、低于还原铁的

溶融温度 100℃（3）、低于渣表面溶铁温度 50℃（4）的不同状况，由仿真所得的生产性