转炉炼钢工艺极限碳排放研究进展

中国钢铁行业发展取得长足进步,年钢产量连续多年位居全球第一,由此带来的CO₂排放等环保压力也日益凸显。降低钢铁行业CO₂排放至关重要。长流程炼钢工艺的吨钢CO₂排放量约为短流程炼钢工艺的3.5倍,如何降低长流程炼钢碳排放对钢铁工业的低碳发展具有重要意义。提出转炉炼钢极限碳排放工艺技术,从“低碳铁水”、“低碳冶炼”和“低碳原料”3个方面,研究分析长流程-转炉炼钢工艺的减排能力及潜力。在低碳铁水生产方面,依据现有可能实现的技术,铁水生产的碳排可由当前吨铁水碳排1.7 t/t降低至0.8 t/t;在低碳原料方面,转炉炼钢工序生产所需原辅料极限碳排放可由当前吨钢碳排197.5 kg/t降至61.7 kg/t;转炉炼钢工序采用低碳冶炼单元技术,吨钢碳排将显著下降,转炉采用20%废钢和50%废钢,吨钢极限碳排将降低至727 kg/t和466 kg/t。转炉炼钢工序使用50%废钢冶炼,喷吹生物质、采用绿电、低碳原料,转炉工序碳排放强度将从107 kg/t降至-186 kg/t,实现转炉工序“负碳炼钢”;精炼、连铸等工序着眼绿色低碳技术...     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

“碳达峰”和“碳中和”是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题。从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现“碳中和”需要解决的关键技术问题。分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现“碳中和”的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现“碳中和”的重要补充。高炉喷吹富氢气体、氧气高炉和全氧熔融还原炼铁等技术可以减少碳排放,但碳排放的减少量有限,必须要与末端CO₂吸附、储存和利用相结合,才能够实现“碳中和”。为了按期实现钢铁工业的“碳中和”,需要解决的关键技术问题有低成本氢气制备技术、煤气高温加热技术、炉顶煤气CO₂低成本脱除技术和CO₂的储存与利用技术。     

“双碳”背景下低碳排炼钢流程选择及关键技术

“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念,为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念。基于“双碳”目标的深度解析,中国钢铁行业处于“碳锁定”状态,只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”。结合当前钢铁工业生产结构、冶炼原材料供应、冶炼能源、节能减排水平以及CO₂排放现状,给出了合理的碳达峰时间及峰值。未来二三十年中国钢铁生产主要流程依然是长流程和短流程并存,氢冶金技术还难以进行工业生产,提升全废钢短流程炼钢的比例是降低碳排放的主要措施。从长远来看,长流程中炼铁工艺由碳还原逐渐向氢还原是大势所趋,炼铁工序的产品将由原来的高碳铁水转变为低碳铁水或直接还原铁（DRI）,具有较高脱碳的转炉炼钢就没有明显优势,发展电弧炉炼钢流程是必然选择。但实现“碳中和”还要依靠氢冶金,碳捕集、利用与封存技术的发展和应用,以及制度的变革。基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究,针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题,开发了一系列关键技术,实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制,为全废钢电弧炉的发展提供理论支持。      

150 t量子电弧炉CO2喷吹工艺的影响研究

为降低全废钢量子电弧炉出钢氮含量、优化电弧炉冶炼性能、减少电弧炉冶炼碳排放量,通过对量子电弧炉喷吹工艺进行优化改进,采用CO₂喷吹工艺替代原始喷吹工艺以实现上述目标。在150 t量子电弧炉上进行了大量CO₂喷吹工艺试验,分别对比了改进工艺前后的电弧炉出钢氮含量、冶炼电耗、冶炼周期、碳排放等性能指标的变化趋势。试验结果表明：使用CO₂喷吹工艺后,电弧炉出钢氮质量分数降低30.6×10^-6、冶炼电耗降低5.6 kWh/t、冶炼周期缩短3.2 min、平均出钢碳氧积降低了4.4×10^-4、渣中FeO质量分数降低了4.5百分点、碳排放降低8.4%。通过将CO₂载气喷吹碳粉工艺与Ar+CO₂动态混合底吹工艺结合应用于电弧炉炼钢中能够有效降低钢水出钢氮含量、冶炼电耗、碳排放量等性能指标,优化量子电弧炉喷吹工艺。     

新钢基于多元数据采集的电弧炉炼钢过程能量监控系统

电弧炉炼钢过程中能量多元且复杂,采用单一的数据采集方式不能满足对电弧炉炼钢过程各工序能量构成分析要求。通过多元数据采集方式,准确采集电弧炉炼钢过程各工序实际生产数据,并使用Visual Studio 2013、Microsoft SQL Server 2012数据库等软件建立电弧炉炼钢过程能量监控系统。该系统通过实时动态采集到的电弧炉炼钢过程各项冶炼数据,量化电弧炉炼钢过程各工序能量,实现电弧炉炼钢过程能量监控;对电弧炉炼钢过程各工序能量消耗、能量流动、能量利用等方面进行分析,为电弧炉生产过程能量高效利用提供理论依据。     

电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术

从电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术出发,结合国内外应用及研究现状,介绍并分析了废钢破碎分选、电弧炉炼钢复合吹炼、气-固喷吹、质量分析监控及成本控制、CO2在电弧炉炼钢流程的应用等洁净化冶炼关键技术的创新与发展状况。指出加快电弧炉炼钢流程技术创新,特别是洁净化冶炼技术的完善与突破,构建电弧炉炼钢流程洁净化生产平台,提升电弧炉炼钢流程产品质量和竞争力,将是未来电弧炉炼钢的发展方向。     

电弧炉炼钢成本分析及降成本研究

根据国内电弧炉冶炼现状,选取4种具有代表性的冶炼方案,研究并分析了电弧炉冶炼成本的构成以及各因素对冶炼成本的影响;从钢铁料消耗,冶炼电耗及电极消耗的成本因素出发,介绍了电弧炉冶炼降成本技术的创新与发展状况。指出加快电弧炉炼钢流程技术创新,实现电弧炉高效低成本冶炼,提升其产品竞争力,将成为我国电弧炉炼钢技术的发展方向,推动我国钢铁工业的转型升级。     

电弧炉炼钢过程的系统工程思考

随着系统科学体系的逐步完善，钢铁生产方式由于科技创新和发展也经历了从经验模式转变为科学生产模式，对具有过程系统特征的钢铁工业，可以应用系统工程的方法整体进行思考和分析，借助系统科学的技术手段对复杂的电弧炉炼钢过程进行抽象描述，将复杂的涉及多物态多能态的电弧炉炼钢过程抽象为以物质和能量转化为约束的单元系统，全面理解电弧炉炼钢生产中能量和物质转化过程，对约束条件附加过程时序因素，可以建立过程模型对生产过程进行模拟，针对实际工况下电弧炉冶炼过程的系统解析和抽象，能够建立以工艺操作为控制因素的过程控制模型，对实际生产炉料结构产生的问题，准确分析影响技术经济指标的关键工艺因素，解决了目标温度和碳含量“同步”问题，取得了将单炉冶炼周期缩短2 min的生产效果。     

现代电弧炉炼钢技术进展

对近10年来电弧炉炼钢在原料和材料应用技术、供电系统改造、多种能量综合应用技术、电弧炉冶炼纯净钢技术和整体优化技术等方面的发展进行了综述.电弧炉炼钢采用先进技术,使其生产效率和生产质量明显提高,生产成本降低,竞争力明显提升.     

三类钢铁制造流程降碳路线综述

根据对钢铁行业低碳发展的分析和设想，未来钢铁生产制造流程将在减量化发展进程中，逐渐演变为高炉-转炉长流程、全废钢电弧炉短流程和氢冶金-电弧炉流程三大类。影响三类钢铁生产制造流程碳排放水平的关键因素包括流程结构、原料结构、能源结构、产品结构、装备水平、管理水平、技术水平等。采用中国钢研构建的双碳分析模型（CISRI-CPCN），绘制了三类流程的降碳路线图。研究结果表明，三类流程碳排放量逐年降低。从2020―2060年，长流程的CO2排放量从2.0 t/t（钢）降低到0.87 t/t（钢），可通过碳汇、碳交易等手段实现碳中和。2050年短流程从0.45 t/t（钢）降低到接近0，有望实现“近零碳”冶炼。2060年氢冶金电弧炉流程（50%废钢+50%HDRI原料结构）从1.31 t/t（钢）降低到接近0，基本实现碳中和。综合考虑国民经济的发展需求，建议未来钢铁行业在减量化发展过程中，对三类流程的产品结构进行逐步调整。长流程的产品结构应逐步过渡到以生产平材产品为主，特别是高端板材，主要布局在沿海深水港地区。短流程应以建筑用长材为切入口，逐步替代中小高炉-转炉流程，部分生产合结钢等优特钢或不锈钢...     

电炉炼钢钢铁原料的现状分析与展望

 电炉炼钢作为短流程的核心工艺,具有铁元素循环利用率高、能源消耗低及环境效益良好的特点,推动电炉炼钢健康发展符合中国实现“碳达峰”、“碳中和”目标对钢铁绿色发展的要求。电炉炼钢入炉的钢铁原料种类较转炉多且结构灵活,并且对电炉冶炼的工艺过程控制有直接的影响。为创造充分挖掘和发挥电炉炼钢优势的良好起始条件,针对目前电炉炼钢的主要入炉钢铁原料的情况和特点,从其生产储备、工艺过程操作、能源消耗、环境保护等方面入手,分析了废钢、铁水和直接还原铁作为主要原料的使用现状及优缺点,并着重对比分析了直接还原球团特点和技术指标,为探究和优化合理的电炉炼钢入炉钢铁原料结构提供了理论依据。从资源消耗、环境保护等方面考虑,废钢和直接还原球团将成为今后短流程炼钢的主要原料。结合钢铁循环利用技术和产业专业化的逐渐成熟,以及更加绿色环保的氢冶金技术的发展,废钢综合回收利用技术、高品位洁净球团生产技术、氢气竖炉直接还原技术将会是未来电炉入炉钢铁原料生产技术的发展方向,配套新型高效智能电弧炉冶炼技术将会是未来短流程炼钢的发展方向。     

钢铁行业碳减排技术应用与展望

论述了中国钢铁行业推行碳减排技术的重要意义,从多角度阐述了钢铁行业各类高效碳减排技术在国内外的应用情况及效果。首先分析了短流程炼钢工艺电弧炉炉容大型化趋势、烟气余热回收技术、废钢预热工艺和废钢供应情况;然后分别剖析了高炉富氢冶炼、富氢-气基竖炉和纯氢-气基竖炉工艺3个主要的氢冶炼工艺;之后介绍了碳捕集、利用与封存技术。最后,结合中国钢铁企业现状,展望了钢铁行业在大力推进直接还原铁技术和短流程炼钢生产工艺的情况下,未来高品质钢材低碳化、绿色化冶炼的发展之路。     

电弧炉炼钢技术的发展趋势

 电弧炉炼钢在环保、投资以及效率方面优势明显,为了重点推行该节能环保型炼钢工艺流程,近年来电弧炉炼钢技术得到快速发展。综述了国内外电弧炉高效化冶炼技术、绿色化生产技术和智能化控制技术的发展现状,其中绿色化和智能化是电弧炉炼钢技术的未来发展趋势。集操作、工艺、质量、成本以及环保于一体,进一步提升电弧炉炼钢技术的绿色化和全流程监测与控制的智能化,是推动整个钢铁行业向智能化和绿色化转型升级的重要举措。     

电弧炉炼钢绿色及智能化技术进展

  为推动钢铁工业转型发展，从绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的应用出发，介绍并分析了近年来电弧炉炼钢在高效洁净化冶炼、绿色清洁化生产和智能检测与控制等领域的技术发展状况。结合国内外研究现状，指出绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的作用将日益突出，更先进的绿色清洁化生产技术以及更可靠全面的流程智能化检测与控制将成为今后电弧炉炼钢技术的发展趋势。     

高炉-转炉钢铁制造流程低碳技术发展与认识

在全球“碳达峰”“碳中和”发展形势下，研究高炉-转炉流程低碳技术发展战略、目标和路径，大幅度降低CO₂排放对钢铁工业实现可持续发展具有重要意义。面向未来，钢铁仍是重要的基础材料、结构材料和功能材料，钢铁工业仍是经济社会发展的重要基础产业。研究分析了日本钢铁工业发展现状及其特征，介绍了高炉-转炉流程减碳关键技术研究及其进展。针对日本钢铁工业减碳技术开发研究，论述了高炉矿焦混装技术、高比率球团矿冶炼技术对于常规高炉降低燃料比的机理和应用效果。讨论了含碳团矿和预还原烧结矿的制备工艺流程，分析了新型炉料制备的关键技术难点，论述了新型炉料在高炉冶炼过程的减碳机理。介绍了SCOPE 21新型炼焦工艺的构成、技术特点和应用效果；针对铁焦制备的工艺过程、冶金机理和使用效果进行了评述。重点论述了新一代高炉炼铁工艺COURSE 50的工艺组成、技术路线和流程特征，阐述了核心技术难点和关键技术构成以及工程应用前景。分析了构建智能化高炉信息物理系统对高炉减碳的支撑作用，指出了高炉智能化与低碳化协同发展的重要性。结合日本高炉-转炉流程减碳技术发展现状及未来方向，提出了制定可行的减碳技术战略...     

“十三五”中国炼钢关键技术进步及思考

 “十三五”时期,中国炼钢技术快速发展,在机理创新、关键工艺技术和装备研发、高品质钢高效生产、智能化控制、低碳绿色发展等方面都取得了长足的进步。中国粗钢产量持续增加,达到了世界产量的56.49%,在发展的同时逐步实现炼钢结构优化,高品质钢的高效绿色生产为中国经济高速发展提供很好的支持作用。通过回顾和分析“十三五”期间中国炼钢共性关键技术取得的科技成果,对“十三五”期间炼钢科技进步进行了总结。代表性关键技术成果总结为两个方面,即“高品质钢炼钢-连铸关键技术开发与应用”和“洁净钢高效、低碳绿色炼钢-连铸技术研发”。“高品质钢炼钢-连铸关键技术开发与应用”技术主要的发展表现在高品质不锈钢脱氧及夹杂物控制技术,薄板坯连铸连轧生产电工钢技术,重载车轴钢冶金技术,高速和重载铁路钢轨用钢炼钢技术,特殊高合金钢品种冶炼及连铸关键技术;“洁净钢高效、低碳绿色炼钢-连铸技术研发”的主要发展体现在大型转炉高效、绿色冶炼关键技术,绿色电炉高效冶炼技术,高品质特殊钢绿色高效电渣重熔关键技术,高品质钢高效连铸技术。同时,炼钢-连铸智能化控制技术的应用取得了进展。实现关键钢铁材料的自主保障和前沿技术的突破是“十四五”钢铁行业实现创新发展的重要任务,结合“十四五”时期发展需求及定位,今后炼钢技术的重点发展方向包括洁净钢炼钢-连铸高效、协同生产技术创新和应用;炼钢-连铸智能控制技术的集成和应用;低碳绿色生产技术创新应用;近终形连铸连轧技术。     

中国现代电弧炉炼钢废钢快速熔化技术进展

在钢铁行业结构转型关键时期,提高电弧炉短流程工艺比例是降低钢铁行业温室气体排放、脱碳化的有效措施。为了推动短流程炼钢工艺发展,近年来电弧炼钢在废钢快速熔化方面取得明显进展。在回顾前人对废钢熔化速率研究的基础上,全面概述了废钢熔化机理以及影响因素,并结合近年来国内电弧炉炼钢在装备、工艺以及技术上就废钢快速熔化方面取得的进展,探讨了制约电弧炉废钢快速熔化的限制性环节,为废钢快速熔化在电弧炉炼钢装备、工艺、技术方面未来发展提供可行方向。     

中国钢铁生产“碳中和”解决方案探讨

根据某工程各工序碳素流计算出全流程吨热轧钢材的直接CO₂排放量为1.786 t。以此为基数,就高炉-转炉长流程工艺的几种主要减碳技术的减碳效果进行了定量评估,发现减碳效果有限,只能作为从“碳达峰”到“碳中和”的过渡方案或最终解决方案的补充。从“碳中和”要求的角度看,以全废钢或气基还原铁+废钢为原料的电炉炼钢短流程无疑是最佳解决方案。结合中国资源条件就几种典型短流程组合方案进行了适应性分析,提出了以“氢基竖炉直接还原铁+电炉炼钢方案”为主、以“高炉-转炉长流程工艺减碳技术+碳捕集与封存(CCS)方案”和“全废钢电炉炼钢方案”为补充的“碳中和”解决方案,最后给出了安全低成本获取氢基竖炉直接还原铁所需的“绿氢”方案建议。