目前,由温室气体排放造成全球变暖的问题已引起世界关注,且钢铁工业的CO₂排放量占其他工业部门的19%,所以在缓解全球变暖的问题上迫切需要钢铁企业寻找低碳、环保的绿色可持续发展之路。故本文采用纯H₂做还原剂生产海绵铁,实现温室气体的零排放。但纯H₂做还原剂时还原气利用率仅为23%左右,主要是由于H₂在参与还原时为吸热反应,导致热平衡需求量远大于化学平衡需求量,即炉内物理能（物理热）和化学能严重不匹配。故在竖炉上部增加吹氧装置燃烧掉部分未参与还原反应的H₂,且燃烧放出的热用来加热上部炉料,达到提高还原气利用率的目的,为此进行了如下研究。计算H₂和CO还原铁矿石过程中各阶段的平衡常数,利用平衡常数计算出各阶段不同还原气的理论利用率、最小需气量及总还原反应过程的综合利用率。根据热平衡和化学平衡计算出各还原成分下生产海绵铁的理论需气量,得出在用纯H₂还原时,传统竖炉理论需氢量和吹氧竖炉理论需氢量、相应的吹氧量。建立传统竖炉还原段的一维传热模型,利用热平衡得出还原气和炉料在还原段任意高度L处的温度。为进一步研究还原段在轴向和径向的温度变化,建立传统竖炉和吹氧竖炉还原段的二维轴对称模型,根据质量、动量、能量守恒方程,利用Fluent软件采用多空介质的热平衡模型和滑移网格技术进行仿真模拟,得出传统竖炉和吹氧竖炉稳态时的温度场、压力场、炉内气体成分,将模拟的结果进行对比分析,得出吹氧竖炉的优势。在还原段得到的高温海绵铁为避免再次氧化需经冷却段进行冷却后排出,进而对冷却段的传热进行研究。首先建立了冷却段一维传热模型,利用热平衡得出冷却气和海绵铁在冷却段任意高度L处的温度。为进一步研究冷却段在轴向和径向的冷却情况,以及炉身角对冷却情况的影响,基于体积相等的原则建立了六种不同炉身角的冷却段三维模型,利用Fluent软件采用多空介质的非热平衡模型进行仿真模拟,得出稳态时的温度场、压力场、速度场,对模拟的结果进行分析计算得到冷却段合适的炉身角。