碳铁复合低碳炼铁炉料制备与应用研究

在未来相当长一段时期内，高炉-转炉流程仍是钢铁生产的主导流程。高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键环节。碳铁复合炉料新技术是当前最可能实现的低碳高炉炼铁技术。阐明了高炉使用碳铁复合炉料低碳冶炼的原理，系统研究了碳铁复合炉料的制备、冶金性能优化、对含铁炉料还原过程的影响以及对高炉综合炉料熔滴性能的影响及其机理，形成了完整的竖炉法碳铁复合炉料制备和应用技术。结果表明，碳铁复合炉料制备工艺优化条件为15%铁矿B、55%烟煤A、10%烟煤B、20%无烟煤C，压块温度为300℃，1000℃炭化4h，此条件下碳铁复合炉料抗压强度达4970N，反应性为61. 08%，反应后强度达51. 23%；混装10%碳铁复合炉料，1100℃还原时球团还原率提高7. 69%；随着碳铁复合炉料添加量的增加，综合炉料软化区间从206. 3℃增加到218. 9℃，熔化区间从171. 1℃降低到124. 8℃，滴落率先升高后降低，透气性改善，综合炉料中碳铁复合炉料添加量不宜超过焦炭的30%。     

铁焦制备与高炉应用的研究进展

 钢铁工业长期面临着资源短缺和环境污染的的发展现状,实现节能减排和绿色冶金是钢铁工业实现可持续发展的重点。而高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键,急需研发低碳高炉炼铁新技术。复合铁焦是实现低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料。高炉使用铁焦后可降低热储备区温度,提高冶炼效率,降低焦比,从而实现CO₂减排。综述了国内外铁焦制备与应用的研究进展,主要包括铁焦的制备工艺和高炉应用。归纳了各种铁焦制备工艺的特点。同时提出并研究了矿煤压块-竖炉炭化-高炉应用的冷压型铁焦制备与应用新技术。重点进行了冷压型铁焦的制备及冶金性能优化、高炉应用冷压型铁焦等试验研究。冷压型铁焦制备适宜的工艺条件为,质量分数为30%铁矿粉、45%烟煤1、10%烟煤2、10%烟煤3、5%无烟煤、5%沥青类黏结剂B混合加热至60 ℃,并进行冷压成型;成型压块再经竖炉1 000 ℃炭化4 h;获得抗压强度3 977 N、I型转鼓强度77.7%、反应性69.7%、反应后强(固定气化溶损量20%)42%的优质铁焦。高炉综合炉料中添加质量分数20%~30%冷压型铁焦,综合炉料熔滴性能明显改善。以上研究为铁焦实现工业化生产与低碳高炉炼铁应用提供了参考。     

铁焦新型碳铁复合炉料研发现状

高炉炼铁是钢铁工业节能降耗的关键工序。目前,低碳高炉是高炉炼铁研究热点。低碳高炉炼铁技术研究目前主要集中于炉顶煤气循环,喷吹含氢物质和使用碳铁复合炉料。铁焦是一种新型碳铁复合炉料,高炉使用铁焦后可降低热储备区温度,提高冶炼效率,降低焦比,从而实现CO_2减排。本文介绍了高炉使用铁焦低碳炼铁的原理,重点总结了国内外铁焦研发现状,同时对目前铁焦主要生产工艺进行了分析对比,以期为铁焦研究提供参考依据,促进铁焦在我国高炉炼铁的实际应用和我国低碳高炉炼铁技术的进步。     

高炉使用铁焦的㶲分析

 中国钢铁生产主要以高能耗和高排放的高炉-转炉长流程为主,节能减排压力较大。因此,积极研发高炉低碳炼铁技术,促进高炉工序CO₂减排尤为重要。铁焦是将含铁原料加入适宜的煤中,经焦化或炭化后成型的新型碳铁复合炉料,其高反应性可以显著降低热储备区温度、降低碳消耗,高炉使用适量的铁焦可实现一定程度的节能降碳。基于现场生产数据,采用㶲分析理论,建立高炉使用铁焦的㶲平衡模型,探索铁焦添加量对高炉物料消耗及能量利用效率的影响。结果表明,高炉使用铁焦后,炉内间接还原得到发展,碳利用率提高,炉内灰分量降低,冶炼单位生铁的碳素消耗和炉渣量均会降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg铁焦后,吨铁碳素消耗降低25.95 kg,渣量降低11.28 kg。此外,铁焦内部的金属铁仅需熔化,节省还原所需的㶲量,焦炭和鼓风带入㶲会显著降低,因此高炉冶炼吨铁消耗的总㶲量降低,同时,炉内传热也得到改善,内部㶲损失有效降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg/t铁焦后,目的㶲效率由46.14%提高至48.87%,热力学完善度由87.46%提高到88.02%。在此条件下,高炉吨铁的内部㶲损失降低192.63 MJ,实现节能6.57 kg(标煤)。     

碳循环氧气高炉内软熔带上部炉料反应行为

近年来，在中国“碳达峰”“碳中和”战略背景下，低碳高炉炼铁已成为中国低碳冶金技术发展的重要方向。在高炉炼铁工序，由于大量使用化石燃料及炉顶煤气利用率低，导致CO₂排放量过多。为降低高炉炼铁的碳排放，提出富氢碳循环氧气高炉新工艺。以碳循环氧气高炉为研究对象，通过数值模拟与实验室试验相结合的方式，对高炉内软熔带上部含铁炉料的还原行为和焦炭气化行为进行了研究。通过SEM-EDS对烧结矿和球团矿的还原程度及渣铁分离现象加以分析，同时采用矿相显微镜对焦炭气化后的微观形貌进行表征。通过数值模拟和实验室试验得到的高炉内含铁炉料还原度变化规律基本一致，验证了数值模拟与实验室试验相结合方法的可行性。研究表明，在高炉的同一竖直方向上，随着位置的降低，含铁炉料的还原度和金属化率不断升高，焦炭的气化率不断上升。在高炉中心位置软熔带上方，含铁炉料的还原度为0.91,金属化率为67.58%,焦炭的气化率为20.91%。在高炉边缘位置软熔带上方，含铁炉料的还原度为1,金属化率为96.91%,焦炭的气化率为21.36%。并且，随着炉料下行，还原后含铁炉料的金属铁面积越大，渣铁分离越明显，观察到的...     

《低碳炼铁技术》出版发行北大核心

《低碳炼铁技术》已于2021年5月由冶金工业出版社出版发行。该书概述了低碳炼铁背景和主要技术方向,详细阐述了高炉喷吹焦炉煤气富氢还原炼铁技术,复合铁焦和含碳复合炉料制备及高炉低碳冶炼技术,气基竖炉直接还原短流程及其应用于高铬型钒钛磁铁矿高效清洁冶炼技术,不锈钢粉尘、硼泥和铝业赤泥等典型冶金二次资源高效高值化利用技术的最新研究成果。     

高炉内添加半焦对料柱熔滴特性及焦炭溶损的影响

随着“碳达峰”“碳中和”政策的推进，钢铁企业面临着超低碳排放的压力，降低焦炭消耗是实现高炉低碳冶炼的重要举措之一，半焦具有与焦炭相近的理化性质，且能满足高炉炼铁的基本需要，可作为焦炭的替代品。模拟高炉实际工况对添加半焦后的炉料进行了熔滴特性及焦炭溶损程度的相关研究，进而探讨半焦替代焦炭用于高炉炼铁的可行性。结果表明，矿焦混装比未混装时的熔滴性能更优，当添加半焦比例从30%降低到10%时，熔滴特征值S由774 kPa·℃下降至597 kPa·℃,最大压差ΔP_MAX由13.66 kPa降低到11.79 kPa,软化区间变宽且位置下降，熔融区间收窄变小，软熔区间大小和位置逐渐接近于混装焦炭时的情况，料柱的透气性良好；添加半焦后的熔滴物相中渣相成分更为稳定，且Fe的还原度更高；添加半焦能够在一定程度上减小焦炭的孔隙率，降低焦炭的溶损程度，对焦炭起到良好的保护作用，改善料柱的透气性。本研究证明半焦替代冶金焦炭有效可行，为高炉使用半焦提供理论基础和技术指导。     

钢铁工业低碳炉料及绿色冶炼技术进展

低碳绿色发展是推动钢铁工业转型升级的重要途径。我国钢铁生产以“烧结—高炉—转炉”长流程为主,且短期内难以被替代。烧结和高炉工序碳排放占钢铁工业总排放量的80%以上,是钢铁工业低碳绿色发展的关键环节。本文系统介绍了低碳烧结、低碳球团、新型炉料等关键技术研发及应用现状,深入阐述了低碳炉料制备技术在减污降碳方面的重要作用;围绕高炉冶炼工序绿色低碳发展,从风温、富氧、富氢燃气及生物质喷吹等多维度探讨了降低高炉工艺碳素消耗、提升冶炼水平的技术效果;此外,本文对气基直接还原和熔融还原等非高炉炼铁技术在国内外发展现状进行了比较分析,为钢铁工业绿色发展和转型升级提供重要参考。     

高炉使用含碳复合炉料的原理

 高炉炼铁正朝着高产、低污染、低能耗的方向发展,为了实现这一目标,包括高炉使用含碳复合炉料等一些革新的炼铁技术已经被提出或实际应用。铁焦、热压含碳球团是将铁矿粉和煤粉按一定比例混合后制成的新型含碳复合炉料。研究结果指出,含碳复合炉料相比于传统的高炉炉料（烧结矿和球团矿）具有高温强度高、还原性能好以及原料适应性强等优势。阐明了高炉使用含碳复合炉料的基本原理,介绍了铁焦制备的工艺流程及应用情况,重点进行了热压含碳球团制备工艺流程、冷态冶金性能、高温冶金性能、高炉使用热压含碳球团等试验研究,最后利用多流体高炉数学模型对高炉使用热压含碳球团操作进行了模拟研究。研究表明,高炉使用一定量的含碳复合炉料可以降低热空区温度,增加产量,降低焦比,高炉热利用效率明显提高,操作性能得到有效改善。     

炼铁系统低碳技术发展前景与途径

 现代高炉炼铁是以人造矿石和焦炭为物质基础的。现代高炉实现绿色低碳炼铁,需要从炼铁工序的层次优化工艺流程和关键技术,实现烧结、球团、高炉等多工序的协同优化。面向未来,在提高资源和能源利用效率的同时,基于现有技术推进采用低碳节能技术和先进工艺。对于烧结、高炉等传统工艺技术,要进一步研究并应用先进技术,提高生产效能、降低能源消耗和碳排放。持续研究推广绿色低碳烧结技术,如低碳厚料层烧结技术、烧结料面富氢气体喷吹技术、烧结返矿高效回收利用技术、低温烧结技术和热风循环烧结技术等,有效降低烧结过程的能源消耗和CO₂排放。充分利用中国精矿粉资源生产球团矿,提高球团矿产能和产量,进而提高球团矿入炉比率和炉料综合品位,有效降低碳素燃料消耗。提高高炉富氧率和喷煤量,持续提高风温、降低燃料消耗,提高高炉顶压和煤气利用率。有条件的高炉喷吹富氢气体以减少焦炭消耗,开发应用高炉炉顶煤气循环及CO₂脱除再利用(CCUS)等技术。研究解析了高炉炼铁工艺碳-氢耦合还原的热力学机理,讨论了在高炉内不同温度区域固体碳、CO和H₂的还原能力,提出了直接还原与间接还原的耦合匹配是实现最低燃料比的技术核心,探讨了高炉炼铁喷吹全氢/富氢气体的技术可行性和经济性。这些综合技术措施对于进一步降低高炉工艺流程的碳素消耗、减少CO₂排放具有显著效应。与此同时,设计先进合理的流程系统和耗散结构,优化工序界面技术,构建信息物理系统(CPS)实现炼铁工序协同高效、动态有序运行,这也是高炉炼铁工艺实现绿色低碳的关键共性技术之一,具有广泛的适用性和显著的应用效果。     

高炉炉料软熔滴落性能的研究现状与展望

高炉生产能耗高、CO₂排放量大,在国家“双碳”背景下,稳定顺行是高炉节能减排的重要前提。高炉软熔带的形状、厚度、位置决定着炉内煤气流的二次分布,对高炉顺行起决定性作用。含铁炉料的软熔滴落性能试验在一定的负载和还原条件下模拟高炉内渣铁形成过程,是目前表征高炉软熔带矿石软化熔融过程的最直接手段。综述了高炉炉料软熔滴落性能的研究现状及影响因素,指出改善炉内矿石还原条件及炉料造渣过程是优化炉料软熔滴落性能与软熔带分布的根本。在不影响高炉炉渣性能的前提下,适当调整炉料化学成分、调整炉料结构、增加球团矿比例、向焦炭中添加CaO等碱性物质以及使用富氢气体还原等均能改善矿石在高炉内的还原条件,优化软熔滴落性能。高炉富氢冶炼是未来高炉发展的重要方向,对高炉炼铁节能减排及高炉顺行具有重要意义。     

低碳炼铁技术创新

<正>a.预还原炉料技术。日本高炉使用预还原烧结矿,可大大减少还原剂比,使炼铁工序的碳耗量减少。如果烧结矿预还原率为70%,整个炼铁工序的耗碳量可减少约10%以上。针对现有铁矿资源,为降低高炉还原剂比而开发的强化制粒等技术已经进行了工业应用。高炉使     

低碳绿色炼铁技术发展动态及展望

 当前,为积极应对气候变化等一系列问题,世界各国纷纷提出了绿色减排计划。与此同时,中国相应提出了“碳达峰、碳中和”节能减排目标,并以“1+N”等政策体系作为实现可持续发展战略、积极应对气候变化、履行大国义务的核心支持。钢铁工业作为31个制造业门类中碳排放量最大的行业,自然而然成为节能减排战役中的“排头兵”。目前,复杂的高炉生产工艺仍然以煤、焦等化石资源作为主要燃料,使得其成为钢铁流程中的碳耗大户、碳排放大户、污染排放大户,因此高炉炼铁工艺的绿色低碳转型升级已迫在眉睫。从背景介绍、发展动态以及未来发展展望这3大部分对低碳绿色炼铁技术进行论述,其中对绿色低碳炼铁技术发展动态部分进行了详细阐述。首先就优化节能低碳操作和构建循环经济环保圈两个层面,从精细炉料操作、提升生产技术等多个角度讨论了如何实现高炉工艺低碳绿色炼铁;其次从非高炉领域入手,对直接还原工艺和熔融还原工艺的国内外发展现状进行阐述,并进行了相应的比较与分类汇总;之后从创新型炼铁工艺(氢冶金、智能化炼铁)角度探讨了此类技术的发展态势。最后,综合当前绿色低碳炼铁技术发展最新动态进行了5个方面的展望,明确了“绿色低碳为方向,节能减排是目标”的任务方向。     

高镁铁精矿复合造块法制备中低碱度炉料研究

酒钢酸性炉料短缺,酸、碱炉料不平衡问题成为高炉炼铁降本的制约因素之一。酒钢烧结主料(综合精矿简称综精)因含有50%的磁化焙烧磁选精矿和氧化镁含量高导致其制粒与烧结焙烧性能差。本文采用常规烧结和复合造块工艺开展了酒钢自产劣质铁精矿制备中低碱度炉料的可行性及其造块产品的性能进行了研究。试验结果表明,采用复合造块法可以利用自产劣质原料解决酒钢高炉酸性炉料不足的问题,成功制备出机械和冶金性能俱佳的碱度为1.5的炉料。相比于高碱度1.8的常规烧结,碱度为1.5的复合造块产品成品率提高16.7%,转鼓强度提高17.1%,造块固体燃耗下降18.4%。复合造块产品的冶金性能良好,还原粉化率和还原度分别高达95.2%、80.53%。     

控制炼铁系统CO_2排放量配料研究

在原有炉料成分、特性要求优化配料成本基础上,增加了影响高炉燃料比、进而影响炼铁系统CO_2排放量的配料后入炉炉料成分和高炉工艺参数变化控制等因素。以炼铁系统CO_2排放量为优化目标,根据最优化原理与方法、原燃料条件、物化性能和炉料特性与高炉工艺控制等,利用模糊线性规划原理建立炼铁系统CO_2排放量控制配料数学模型,便于指导生产获取更多效益。通过一家炼铁厂模拟优化配料计算,在烧结碱度降低0.19、入炉品位降低0.42个百分点、炉渣镁铝比降低0.20、炉顶压力增加10kPa,煤气CO_2利用提高0.5个百分点等条件下,优化配料比计划预测:炼铁系统CO_2排放量降低9.35%,成本降低5.65%。     

低碳高效高炉的设计研究

高炉炼铁的物理本质是铁素物质流在碳素能量流的驱动和作用下,按照设计的流程网络和运行程序,经过一系列复杂物理化学冶金反应过程,将铁矿石转变/转化为液态生铁的过程。碳素不仅是铁矿石还原过程的能量驱动源,也是生成铁水的重要非金属合金元素。面向全球“碳达峰”“碳中和”的发展形势,传统高炉必须在已有工艺技术的基础上进行改进、优化和创新,努力实现低碳化、高效化、绿色化、智能化等多重目标。提出了未来高炉在实现高效低碳的同时,必须从功能设计、装备设计和流程设计入手,遵循节能减排、低碳绿色新的发展理念,通过工艺优化、结构优化和技术开发,使传统高炉更加适应于炉料结构和燃料结构的变革,减少焦炭消耗和对其依赖,在碳素能量输入降低的条件下,形成新的耗散结构体系,进而实现高炉低碳高效炼铁的工程演进和技术发展。     

喷吹煤与废塑料时矿石的还原粉化性能

以首钢炼铁原料为基础,对高炉喷吹煤与废塑料条件下的矿石还原粉化性能进行研究。结果表明:温度是影响炉料低温还原粉化的主要因素,500℃时粉化最为严重,900℃时炉料的低温还原粉化基本结束,在500~900℃,炉料粉化率随温度的升高而降低;相同温度条件下,炉料的低温还原粉化率随H2含量的增加而增加,随CO2含量的增加而减少;喷吹煤与废塑料后,炉料的低温还原粉化性能不会影响高炉的顺行;烧结矿的低温还原粉化率较大,球团矿、块矿较小。     

"双碳"背景下我国炼铁碳减排路径

结合我国高炉炼铁生产现状,从优化炉料结构、提升高炉操作水平、关键节能降碳技术创新、能源高效回收利用、突破性的低碳新技术等方面,分析了"双碳"背景下我国炼铁工序的碳减排路径.认为,应在保持炼铁生产绿色、高效、智能的前提下,发挥多种措施和手段,降低碳排放强度,实现低碳转型发展;实现炼铁系统本身的"碳中和"依靠现有工艺技术难...     

复合镁质添加剂对球团生产影响的试验分析

球团矿作为一种优质的高炉炼铁原料,其配比不断增加。试验采用复合镁质添加剂代替膨润土,提高球团矿中的MgO含量,考察其对生球质量和球团冶金性能的影响规律和作用机理。试验结果表明,采用复合镁质添加剂代替膨润土后,生球抗压强度略有降低,落下次数变化不大,爆裂温度均高于600 ℃;球团矿的低温还原粉化指数(RDI_+3.15)变化不大,均高于92%,完全能够满足高炉冶炼要求;还原度和还原膨胀性能显著提高,MgO质量分数由0.2%增加到2.0%,球团矿还原度RI由67.58%增加至91.47%,还原膨胀指数RSI由23.51%降低至19.25%。为高炉优化炉料结构、进一步增加球团矿的配比提供支撑。     

高炉喷吹煤气后固体炉料的还原与变化

模拟高炉喷吹含氢煤气条件下炉料的变化过程,结果表明,炉料的低温还原粉化率随氢含量增加而增加.随着温度的升高炉料的低温还原粉化率降低.氢含量升高有利于铁氧化物的还原、CO的析碳,温度为900 ℃时氢对还原矿的碳含量无影响.氢含量升高,焦炭的反应后强度大幅度降低.