由于高炉喷煤有着显著的经济效益,故近年来煤比正在不断提高。高炉内焦炭在高温下的骨架作用是其他燃料(例如煤粉)不能替代的,因此煤比的提高或焦比的降低必然有一个极限。极限煤比问题是高炉喷煤的重要课题之一。焦炭负荷和焦炭在风口前的失碳率随着煤比的提高而增大,而焦炭强度则随着失碳率的提高而降低。很明显,只有在焦炭强度能够承受在高炉内的负荷时才能避免严重破碎,为高炉提供有效的骨架作用。本课题的主要任务是研究焦炭在高炉内各部位所承受的压力,作为进一步研究极限煤比的基础。本研究根据高炉炉料的散料特性,采用微元平衡法,对散料体中的任意微元体应用守恒定律,建立连续方程和运动方程,并结合状态方程,建立了二维炉料压力数学模型。然后采用数值差分法对流函数和压力函数进行差分推导,设定流场和压力场的边界条件,对高炉内各点进行迭代计算。考虑高炉炉料结构特性,软熔带上下部炉料的物理、化学性质的区别和风口区的尺寸及深度等对模型的影响,用VC++进行了程序代码设计得出压力场分布规律。最后对程序进行了数据核算,讨论了程序的加速因子(松弛因子的选取),对程序进行了优化。通过以上的研究,提出了以下两个新观点:其一,高炉炉型的几何特性,决定其静压力必然有两个峰值存在。高炉炉身的压力分布由中心向边缘降低,但接近炉墙时压力又有所升高。其二,在软熔带以上的区域内压力随着深度的增加而增加。压力随深度的变化在软熔带以下则不明显。当到达炉腹时,压力开始迅速降低,直至炉缸底部。此外,本研究还验证了Sami Alex ZA?MI等人的固体料流模型结论(固体料流速度高处其压力值相对较低,相反固体料流速度低处其压力值相对较高)和“中心焦柱在炉缸内沉入而造成的机械力是造成炉缸内铁水环流的主要原因”等观点。