氧氣高爐工藝因其低碳耗、高生產率的特點受到廣泛關注。其技術的特點是風口處部分或全部使用常溫氧氣代替熱風，同時吹入大量煤粉。然而氧氣高爐也有理論燃燒溫度過高，爐缸煤氣量減少，爐身熱量不足等問題，歷年已有研究人員進行探討。歐盟的高爐頂部煤氣循環（TGR-BF）工業試驗，以及寶武近年擴大試驗規模的富氫碳循環氧氣高爐（HyCROF）均證明了氧氣高爐的可行性和優勢。
本論文深入探討循環煤氣參數對氧氣高爐冶煉行為的影響。目前大多數相關研究偏向純理論分析，較少結合工業數據。本文基於機器學習的預測數學模型，結合實際高爐生產數據和真空變壓吸附(VPSA)的工業試驗結果，對此進行了深入探討。本文考慮的氧氣高爐工藝流程特點如下：
- 缸風口噴吹常溫氧氣和煤粉，氧氣體積分數為98%；
- 另設一排爐缸風口，爐頂煤氣經VPSA後從該風口噴入；
- 爐缸循環煤氣溫度可調節。
模型控制方程包括物質平衡方程、能量平衡方程和間接還原度方程。高爐煤氣中約含有體積分數20%的CO₂壓力高達200~300kPa，使用VPSA對煤氣中的CO₂進行捕集是一種有效的方法。本研究將經VPSA處理後的高濃度還原氣從爐缸風口噴入高爐，以彌補氧氣高爐爐身熱量不足。捕集到的CO₂含量較高的氣體可用於製備甲醇等化工產品。模型假設VPSA環節中CO₂脫除效率設定為12%，H₂脫除效率設定為89%。
最終本研究得到結論如下：
- 隨著循環煤氣溫度提高，碳素消耗和爐腹煤氣量降低，理論燃燒溫度和CO利用率提高，爐腹煤氣各組分體積分數變化較小。當循環煤氣溫度為1200°C時，碳素消耗降低56 kg/t，CO利用率提高1%。
- 未經預熱的煤氣噴入高爐會導致能耗升高。從熱量收支、高爐能耗及能量利用率來看，循環煤氣需要加熱到900°C以上。
- 當循環煤氣溫度為1200°C時，提高循環煤氣量會使碳素消耗和理論燃燒溫度降低，CO利用率先增加後減小。當循環煤氣量增加到500 m3/t時，碳素消耗降低4 kg/t，理論燃燒溫度降低230°C。
當循環煤氣溫度和循環煤氣量一定時，降低CO₂脫除效率會導致碳素消耗增加，理論燃燒溫度降低。當循環煤氣溫度為1200°C、循環煤氣量大於300 m3/t且CO₂脫除效率大於80%時，碳素消耗相比基準期降低。