气基竖炉直接还原工艺凭借其能耗低、环境负荷小、产品质量高等优势,成为世界上生产规模最大的直接还原工艺。依托我国丰富的煤资源,发展基于煤制气的气基竖炉直接还原-电炉工艺是我国钢铁工业低碳绿色、可持续发展的主导方向之一。作为整体工艺的核心,气基竖炉的顺利高效生产受诸多因素影响,如,炉型参数、炉内温度分布、流场、炉料运动规律等。为此,本文采用CFD和DEM数值模拟的方法对气基竖炉内还原过程、冷却过程、炉顶布料、炉内物料运动行为进行了研究,主要内容包括以下几方面:（1）基于CFD采用有限体积法建立气基竖炉数学模型,对还原段内铁氧化物的还原过程进行数值模拟。考察了还原温度、还原气氛,对含铁固相质量分数分布、气相分布、温度分布等的影响,并探究了炉顶压强对竖炉内压强分布、还原气密度的影响。结果表明:在纯H2气氛下,随还原温度升高,还原气利用率升高、还原速率加快,产量增加,且吨DRI煤气量减少。当还原温度为900℃时,随还原气中H2含量增加,还原气利用率升高、还原速率加快,产量增加,但还原气量需适当增加。另外,随炉顶压强增加炉内压强整体增加,还原气密度随之增加,压强梯度减小有利于竖炉顺行,增加还原气停留时间。在实际生产中,应尽量采用高温、高压、高H2含量的操作参数,进而提高产量。但是,会增加竖炉本体及附属设备的材质要求以及性能;（2）本研究设定采用天然气将直接还原铁冷却至80℃排出炉外,基于等体积原则建立不同炉身角下的冷却段模型,对其进行了数值模拟,研究了冷却段轴向和径向的冷却情况。轴向和径向的温度分布结果表明,在冷却气通入量一定的条件下,冷却段炉身角为76～80°时,冷却效果较好。超过80°时,冷却效果明显下降。但冷却炉身角越小,冷却段高度越高,设备造价上升。（3）基于DEM建立分配管布料器和溜槽布料器的竖炉炉顶布料模型,观察两种布料制度下布料过程、料堆长大及料堆形貌,并从颗粒尺度考察了不同布料制度下颗粒的质量周向分布、大颗粒体积分数及空隙率等特征。分析结果表明,分配管布料器更适合本模拟的竖炉。（4）为了解炉内炉料的运动规律,应用DEM对不同排料速度下炉料的运动进行数值模拟。考察不同排料速度下炉料流型、停留时间,并定量研究了炉料的下降速度及炉内的空隙率分布。模拟结果表明,炉料不呈活塞流下降,心部炉料下降速度较平均速度快约1 0%～20%,其停留时间较短。在进行炉型设计时,应结合心部炉料的下降速度和必要停留时间计算还原段高度。