热压铁块降低高炉CO2排放量的探究

热压块铁(HBI),品位在92%～93%,具有高纯净、低有害杂质、品质均匀、强度高、粉化率低等优点，直接装入高炉，可提高铁水产量，同时也可降低高炉单耗，节焦、增产效果明显。以国内某1 580 m³高炉为研究对象，建立了高炉工序的CO₂排放计算模型，计算出高炉工序CO₂排放量为1192.109 kg/t铁，吨铁CO₂排放量为1618.96 kg。对高炉工序CO₂排放量计算结果分析，焦炭的CO₂排放量高达73.52%,要降低CO₂的排放的关键在于减少焦炭的使用。随着加入热压铁块的量增大，吨铁CO₂减排量增大，从而实现了减少CO₂排放。     

中国钢铁工业空气污染物排放现状及趋势

 目前中国粗钢产量已经占世界总产量的一半以上,中国钢铁工业的发展对世界意义重大。中国钢铁工业主要采用以煤炭为主要燃料的“高炉-转炉”长流程冶炼工艺,因此在钢铁生产过程中排放出大量的空气污染物,主要包括二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM_2.5)等。从钢铁工业污染物的来源、污染物的排放总量变化情况、不同冶炼工序污染物排放特点、中国钢铁工业污染物排放量地域分布特点以及不同规模的钢铁企业污染物排放特点等多角度综述了近年来中国钢铁工业的空气污染物排放现状。同时简要综述了中国钢铁工业为治理空气污染物而进行的超低排放改造进展情况,据此提出了中国钢铁工业空气污染物治理存在的问题,并分析了未来中国钢铁工业空气污染物排放及减排趋势。     

钢铁联合企业CO2排放研究综述

摘 要：回顾了近年来国内外研究钢铁联合企业CO₂排放的文献,建立了钢铁生产过程碳素流模型;总结和分析了钢铁联合工业影响CO₂排放因素;介绍了国外利用reMIND和CLPEX建立的过程集成优化分析生产成本和CO₂排放量的模型;总结了钢铁联合企业CO₂排放量的估算方法和注意事项;提出我国钢铁联合企业目前应该加快建立适合本国钢铁联合企业温室气体排放计算标准和方法;展望了钢铁联合企业研究CO₂排放的研究方向。     

氢冶金基础研究及新工艺探索

氢冶金是钢铁工业减少CO₂排放的有效方法之一。但当前大规模制氢仍然依靠化石燃料,因此,即使采用氢冶金总量减排不明显。利用钢铁企业的含能气体制氢或“可燃冰”制氢可以为氢冶金提供氢源并能减少CO₂排放。探讨了低温氢冶金的关键技术。同时还研究了碳-氢熔融还原工艺。为氢冶金技术的发展奠定了一定的理论基础。     

钢铁工业减碳与CO2资源化利用技术的研究进展

在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下,钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状,以及新型CO₂资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发,重点介绍了高炉-转炉、全废钢-EAF、直接还原和熔融还原4类钢铁生产流程的碳排放强度。目前,全球钢铁制造流程主要以高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程为主,长流程吨钢碳排放强度约为电炉短流程的3倍。结合全球钢铁产量的演变值推算了2001—2022年间全球钢铁工业的CO₂排放量,阐述了减碳以及CO₂资源化利用的紧迫性和必要性。根据已有的钢铁工业减碳经验,选取日本、欧洲和中国的低碳冶炼项目进行分析,包括其在钢铁工业减碳发展中所进行的试验性技术探索和阶段发展实践。在钢铁工业减碳的基础上,推进CO₂的资源化利用是实现钢铁工业碳中和的重要任务。阐述了钢铁企业碳捕集固碳技术的研究现状与特点,系统归纳了当前助力钢铁工业CO₂资源化利用的有效方法,包括在炼钢转炉和精炼工序上采用不同模式的CO     

钢铁工业二氧化碳排放计算方法实例研究

实现钢铁生产中CO₂排放的准确量化和计算是分析评估其环境影响及各种减排技术的基础和保障.基于Y钢厂2015年的实际生产数据，分别利用国内推荐的投入产出法和国际钢铁协会推荐的生命周期法计算了Y钢厂的吨钢CO₂排放量.计算结果表明:生命周期法计算的Y钢厂的吨钢CO₂排放量为2.183 t CO₂，明显高于国内推荐的投入产出法计算的Y钢厂的吨钢CO₂排放量1.940 t CO₂，这主要是由于钢铁协会提出的计算方法统计项目更为丰富并且考虑了物料和能源的上游产生的二氧化碳排放.结合《温室气体排放核算与报告要求》计算方法和国际钢铁协会所提出的计算方法，从计算边界、排放因子、物料和能源分类以及评价基准线层面提出了一套基于全生命周期方法的符合中国钢铁企业国情的温室气体排放计算方法.      

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

CO2在炼钢工艺中的资源化利用现状与展望

将CO₂用于炼钢工艺可实现对CO₂资源化利用，是一种绿色化、低成本、高效率和易实现的冶炼技术。本文以采用CO₂炼钢工艺为立足点，介绍了近年来CO₂在转炉、电弧炉等流程的应用研究现状和发展情况。同时，结合基于钢铁企业的实际运用情况，概述了CO₂资源化利用在炼钢过程中的可行性和实际效果。CO₂可作为反应气体、保护气体、搅拌气体应用在炼钢工艺过程中，具有生产成本低、热力学条件好、搅拌能力强等优点，应用前景非常广阔。实际生产表明，采用CO₂炼钢可提高铁水脱磷率5%～7%，吨钢节约生产成本9元以上。CO₂在炼钢工艺中的资源化利用将是实现我国钢铁行业高效率、低成本减排的重点研究方向之一。以我国年产粗钢10亿t估算，采用CO₂炼钢工艺可降低钢铁行业CO₂总排放量约5%左右。     

多种铝生产方式的碳核算与减碳潜力分析

依据不同氧化铝生产工艺和电力结构,构建了6种铝的生产方式,并基于生命周期理念,对这6种方式的CO₂排放量进行核算并分析产生差异的原因;同时,设置了不同的低碳路径,挖掘铝工业的减碳潜力.结果表明：生产1 t铝的CO₂排放量,拜耳-水电法最小,为1.86×10³ kg,烧结-火电法最大,为1.20×10⁴ kg;在同种电力结构下,化石燃料、电力和阳极等原料的输入量是影响氧化铝和电解铝生产工序中CO₂排放量的主要因素;在氧化铝生产工艺一致的情况下,用水电替代火电可使铝生产过程中的CO₂排放量降低34%～43%.由减碳路径分析结果可知,绿色电力-清洁工艺(EGP-CP)路径下CO₂减排效果最好,每生产1 t铝的CO₂排放量可降低至7.75×10³ kg,比基准路径(BAU)减少15.68%.     

CO2-H2O混合气体与捣固焦和顶装焦深度反应影响

 由于全球气候变暖,CO₂的减排逐渐成为人们关注的热点。钢铁工业作为CO₂排放大户,需要严格控制其CO₂的排放量,富氢炼铁由于具有降低碳排放的特点,已经成为冶金工艺未来发展趋势,但富氢燃料的使用会在高炉内产生大量水蒸气,所以研究高炉中不同种类焦炭与CO₂-H₂O混合气体在气化溶损反应下的变化至关重要,可以为高炉富氢冶炼条件下焦炭的选择和质量的控制提供理论依据。通过研究不同含量CO₂-H₂O气体通入管式炉中与捣固焦和顶装焦发生深度气化溶损反应,分析CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量变化产生的气化反应溶损差异、焦炭有机官能团和碳素结构的变化规律以及利用未反应核模型分析气化反应过程中限制性环节。研究结果表明,两种焦炭气化反应的限制性环节为界面化学反应,通过对比顶装焦和捣固焦颗粒气化溶损过程中边缘、中间、中心隙结构和相对密度上的差异发现,随着CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量的增加,两种焦炭表面溶损反应较其他两部分更加严重,出现了明显的开孔现象,并且捣固焦的内部开裂情况更加严重。结合FT-IR分析可知,水蒸气能够加剧气化反应过程中顶装焦和捣固焦结构内脂肪族官能团和甲基的消耗,从而导致两种焦炭的芳香度升高,同时反应后捣固焦样品中芳香烃的缩合程度增加。     

Emission Mitigation of CO2 in Steel Industry: Current Status and Future Scenarios

The sustainable development against global warming is a challenge faced by societies at global level. For steel industry, the pressure of reducing CO₂ emission is likely to last many years. During the past decades, the CO₂ emission per ton steel has been reduced mainly due to the improvement of energy efficiency. Entering the 21st century, the steel manufacturing route must have three functions, namely, production of high performance steel products, conversion of energy, and treatment of waste. In the near future, it is expected that existing BF-BOF and EAF routes will be improved, in order to produce high performance steels, increase the use of scrap, and integrate steel industry with other industries for mitigating CO₂ emission. In the long term, using carbon-free energy, reducing agents, and storing CO₂ securely or converting CO₂ into a harmless substance can be presumed for tremendous reduction in CO₂ emission.     

钢铁行业“碳达峰”“碳中和”实施路径研究

概括了中国钢铁行业绿色化发展进程,即节能、减排、脱碳3个阶段;分析了中国钢铁行业的CO₂排放现状及实现“碳达峰”“碳中和”的关键时间节点、思路、切入口和技术路线图等;指出钢铁行业越早实现“碳达峰”,越有利于后续碳“下坡”和“碳中和”的实现,削减粗钢产出总量和流程结构调整发展全废钢电炉短流程钢厂是中国钢铁行业实现“碳中和”过程中两大可行的抓手。     

中国重点区域钢铁产业能耗和CO2排放趋势分析

钢铁产业是区域工业发展的重点,也是区域协调发展的重要因素。采用自下而上的方法建立了重点区域钢铁产业能耗和CO₂排放模型,分析区域特征对钢铁产业节能减排的影响。模型以2015年为基准年,基于粗钢产量预测结果,设置了与节能减排技术普及和生产结构调整相关的4个情景,用于分析2015—2030年国内重点区域钢铁产业的能耗和CO₂排放。结果表明,降低钢产量是区域钢铁产业节能和CO₂减排的根本措施。随着重点区域的粗钢产量进入峰值区,技术普及因素的节能贡献力将持续减少,生产结构调整的节能减排贡献力则逐渐增强,成为重点区域钢铁产业节能减排的关键红利来源。同时还可得出,对重点区域钢铁产业发展影响最大的区域特征是市场需求,经济产业政策和环保要求对钢铁产业发展的影响程度逐渐增强。未来重点区域钢铁产业的发展仍以市场需求为导向,新增产能更倾向于布局在水资源丰富、交通便利的地区。     

CO2在钢铁工业资源利用现状

钢铁生产过程CO₂的资源利用问题将对我国CO₂减排任务的完成起到重要作用.以CO₂在钢铁工业中的资源化利用为出发点,分析了国内外CO₂气体作为反应气体、搅拌气体及保护气体等在钢铁生产过程中的应用现状. CO₂用作反应气体主要应用在BOF转炉炼钢、不锈钢生产及钢渣碳酸化处理;CO₂用作搅拌气体主要应用于转炉底吹、钢包搅拌及LF炉精炼;CO₂用作保护气主要应用在出钢、中间包及连铸等工序.利用CO₂用于钢铁生产具有成本低、热力学条件好、密度大、搅拌能力强及实现CO₂资源利用等优点,CO₂喷吹之后反应体系中CO₂的利用率需进一步研究.      

Carbon dioxide emissions reduction technology and its application prospects in the steel industry

Fossil-fuel burning greenhouse gas induced global warming has been recognized as global environmental problems,reduce and ultimately control the energy production in the use of CO₂ emissions, global energy production will be a major challenge.As a highly intensive materials and energy,iron and steel enterprises,need to be invested to produce one ton of steel about two tons of material and 0.7 t of standard coal energy,and while producing two tons of CO₂.Therefore,reducing CO₂ emissions from iron and steel industry has become the focus of the global steel industry.This paper describes an integrated domestic and international measures to control carbon dioxide emissions research progress and future technology trends, with emphasis on the domestic steel industry emissions of carbon dioxide status of technology development and industrialization of implementation of the proposed on this basis,including dry quenching technology, gas,power generation,coal moisture control technology,blast furnace injection plastics technology,the use of coking process for treating municipal waste plastics technology,sintering heat generation,low pressure saturated steam for power generation,metallurgical slag heat recovery technology,coke oven gas hydrogen technology and the other key technologies energy saving technologies,including the development,promotion and popularization of the steel industry in China will be the CO₂ emission reduction technology direction and focus.At this stage,the Chinese steel industry can be improved the energy efficiency and recycling of waste heat and energy,reduce unit GDP,CO₂ emissions;but in the long run,should increase CO₂ capture and storage on the input of technology can possible effective control of the adverse effects of CO₂ emissions.     

Steel’s CO2 balance—a contribution to climate protection

Steel making is energy and material intensive.That is why steel is always demonized and confronted with incriminations and requirements for reduction of its environmental impact.Those pure demands-like for emission trading are short-sighted as they do not base on an integrated approach.Instead they merely consider CO₂ emissions during the production process.A forward-looking,global climate and environmental policy needs a sustainable life cycle approach.Therefore it must for example also take into account the contribution of steel towards cutting emissions in its application-in the energy.automotive and household sectors.Steel will play a key role in climate protection. One-third of the remaining CO₂ reduction target planned in Germany by 2020 can only be achieved with the help of innovative steel products and their applications.This is the conclusion of an independent study by The Boston Consulting Group（BCG） on behalf of Steel Institute VDEh,and German Steel Federation.The study compares CO₂ savings from important innovative steel applications（such as more efficient power stations,wind turbines,or lighter vehicles） with CO₂ emissions caused by steel production. By adopting this comprehensive perspective,the study for the first time provides a CO₂ balance for the material steel by comparing the CO₂ reductions made possible through innovative steel applications with the CO₂ emissions resulting from steel production.The balance was calculated on the basis of eight selected innovative steel applications in Germany for the period 2007 to 2020,whereby the CO₂ emissions caused by steel production were considered throughout the entire life cycle of the particular steel use.For the selected examples,the use of innovative steels resulted in a total savings potential of 74 Mt of CO₂ in 2020.The calculations are based on conservative assumptions;for example without counting of potentials by exported steel or by comparison with competitive materials. The production of steel in Germany,including the extraction of raw materials,transports and further processing, causes annual emissions of approx.67 Mt CO₂ This can be more than compensated by the above mentioned CO₂ savings.The balance is even more positive if one only considers the emissions of about 12 Mt/a CO₂ caused by the selected eight steel applications.Innovative steel use thus saves six times as much CO₂ as is generated by its production. Steel is part of the story and helps to achieve CO₂ reduction targets.On this basis the steel industry should start up with a new global approach to be accepted as a CO₂ killer,too,instead of being the devil.This needs a political discussion on an integrated approach taking into account the whole life cycle,which finally can lead away from stringent emission caps or incompatible emissions trading systems for the different regions.     

CO2作为RH提升气的冶金反应行为研究

钢液真空循环脱气法（RH）精炼能够利用高真空和钢液循环流动有效脱气和去除夹杂物。同时,炼钢环境下 CO₂可与钢液中[C]反应生成CO提高搅拌强度。因此,本文提出将CO₂作为RH提升气进行真空精炼。针对CO₂在RH精炼过程的冶金反应行为特性,通过热力学理论分析了极限真空条件下CO₂脱碳的有利条件及限度,同时搭建了CO₂作RH提升气工业试验平台,通过工业试验对比研究了CO₂/Ar分别作提升气时对钢液精炼过程的影响。结果表明,若单纯考虑CO₂与碳反应,则当钢液中[C]低于1.8×10?6,CO₂仍然具有氧化碳元素的能力。然而,CO₂对钢液中碳铝元素存在选择性氧化,当铝含量低于一定程度时,CO₂主要参与脱碳反应;反之,CO₂则会造成一定铝损,因此若采用新工艺需考虑铝合金加入时机以及加入量。此外,CO₂用作RH提升气可获得与Ar效果相当甚至更优的脱氢效果,喷吹同等量CO₂并未造成钢液的大幅温降,因此CO₂完全有潜力作为RH提升气,进而完成精炼。      

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。     

钢铁行业碳排放管理与服务平台的设计与开发

通过对国内外钢铁行业低碳发展形势、CO₂排放数据基础、CO₂排放因子、“双碳”工作存在的问题等方面进行分析，指出构建具有公益属性的钢铁行业碳排放管理与服务平台对提高钢铁行业“双碳”服务能力具有重要意义，且符合国家“双碳”战略导向。以钢研碳云平台的建设为例，介绍了钢铁行业碳排放管理与服务平台的系统架构及其在碳排放核算管控与产品碳足迹计算方面的应用，并验证了平台应用的可靠性；针对钢铁行业碳排放数据存在的痛点，提出了基于区块链技术建设钢铁行业可信碳排放数据存证管理与服务平台以及3类应用场景开发的设想。