高炉喷煤是现代高炉炼铁过程的一大技术进步,它具有节能降耗,使高炉稳定运行的优势。近年来,随着高炉喷煤比的不断增大,导致煤粉的燃尽率越来越低,而未燃煤粉的过多堆积就会导致料柱的透气性和透液性变差,使高炉不能正常运行。因此,在保证高炉节能运行的基础上,有效地增大喷煤比,已成为高炉炼铁领域的研究热点。采用数值模拟方法对高炉回旋区内气-固两相的流动及燃烧过程进行分析研究,进而优化喷煤工艺参数,这对提高高炉运行效率有着重要的指导意义。本文根据喷煤工艺的特点并基于流体力学软件,采用Euler-Lagrange法描述离散相运动,采用Realizable k-?湍流模型、双平行竞争模型、涡耗散模型、动力/扩散-限制速率模型以及P-1辐射模型实现了高炉回旋区煤粉燃烧的数值模拟,分析了不同操作参数对煤粉燃尽率的影响,并采用正交试验法以及效应值分析法对关键工艺参数进行了优化,最后应用相似理论进行了冷态物理模型实验,为热态燃烧场的设计和运行提供了实验依据。在对高炉内喷煤燃烧过程的研究中,研究的内容包括以下几个方面:首先,根据实际工况,建立系统的几何模型和数学模型,采用CFD数值模拟进行回旋区气-固流场以及燃烧场的研究,并利用单一变量法分析鼓风温度、富氧率、喷煤比以及鼓风湿度对回旋区温度和气体组分的影响。其次,通过极差分析法和方差分析法对所选取的四个工艺参数进行各因素最优水平的选取以及显著性分析。找出各因素对指标值的影响趋势及规律,结合效应值分析法确定出最佳优化工况。最后,以相似理论为基础,设计并加工出1:15比例的缩小模型,进行单个风口回旋区内部空气动力场的冷态实验研究,对CFD冷场仿真模拟结果的正确性与可靠性进行验证,并对实验结果进行对比分析。