中文摘要：

高炉是存在多相多场耦合作用的复杂高温冶金反应器。现代钢铁生产要求实现对高炉的全面掌控和冶炼的高效化，而高炉数学模型是理解、控制和改进复杂高炉炼铁过程的有效工具。全高炉反应动力学模型在国外已有实际应用，但其全面性和合理性尚需改进，而国内鲜见全高炉数学模型的研究和应用。本项目基于多相流理论，开发了全高炉二维数学模型，在从料面到渣面的整个区域，将炉内物质区分为气、固、铁水、熔渣、粉相，每相由多个独立组元组成，充分了考虑相间动量、能量及质量的同时相互耦合作用，故模型由大量强烈耦合的偏微分方程组组成。通过"数字化高炉"的基础研究，创建了更全面的高炉过程模拟系统。运用"数字化高炉技术"对新一代低碳炼铁技术进行系统解析，阐明了低碳冶炼条件下高炉过程的反应动力学机制，科学评价了新工艺的优劣和预期效果，把握了新工艺的关键问题和优化途径。同时创建了炼铁系统的能量评价模型，全面阐明了低碳冶炼条件下高炉系统的能量转换机制，获取了能量利用效率最大化的技术途径。本项目的研究，科学描述了高炉炉内机理、解析了炉内复杂现象，为炼铁操作进步提供了参考，同时为我国钢铁工业应对节能减排，抢占低碳炼铁前沿阵地，提供技术储备