碳中和背景下我国低碳炼铁技术发展现状与前景

我国钢铁生产工艺长期以“高炉—转炉”长流程为主,能源结构高碳化特征明显。作为钢铁流程中的碳排放大户,炼铁系统深度减碳成为我国钢铁行业实现碳中和目标的关键。本文分别从高炉炼铁和非高炉炼铁两个角度出发,梳理总结了各主要低碳炼铁工艺技术的研究进展和主要问题,并对其应用前景进行了展望。我国钢铁工业应把技术创新作为降碳的核心要素,结合行业发展趋势和自身特点,加大力度开发适合我国国情的低碳炼铁新技术;综合考虑资产保值、技术成熟程度和降碳潜力,短期内应以基于现有高炉工艺的深度脱碳技术创新为主要方向,从而为远期零碳钢铁的发展提供过渡方案和缓冲空间;中长期以富氢气基竖炉直接还原技术为发展重点,不断提升其技术成熟度和经济适用性,逐步提高氢气比例直至全氢冶炼;氢基熔融还原技术和电解还原铁技术的发展任重道远,未来有望成为实现我国钢铁行业碳中和目标的解决方案之一。     

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。     

超低碳炼钢项目中改造型炼铁工艺研发进展

对国际钢铁业目前最大的低碳节能减排项目—UlCOS中改造型炼铁工艺:顶部煤气循环高炉(Top Gas Recycling)和先进的直接还原工艺(ULCORED)研发情况进行了介绍。指出了UlCOS改造型炼铁技术的开发对今后炼铁技术发展的指导作用。对UlCOS相关炼铁技术进行了简要说明和适当评述,为钢铁厂,特别是长流程钢铁厂结合自身发展和定位,具体规划技术改造部分的低碳炼铁技术路线提供了参考。     

"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...     

低碳绿色高炉炼铁技术发展方向

低碳环保是当今时代发展的主题,更加注重自然环境保护,走可持续发展道路.高炉炼铁可以生产出经济发展所需材料,但随着社会环境的变化,高炉炼铁技术要转变理念,向着低碳绿色方向发展.文章对低碳绿色高炉炼铁技术功能进行介绍,再分析流程集成与结构优化,最后论述关键共性技术,加快高炉炼铁的转型升级.     

节能减排 低碳炼铁 实现中国高炉生产的科学发展

介绍了中国近年来高炉炼铁的概况,侧重介绍在节能降耗、高风温、装备大型化等方面的技术进展。进而深入论述炼铁技术科学发展观的内涵,主要包括：加强炼铁工业结构调整,认真转变发展方式,转变观念,以精料为基础;以低碳炼铁为目标,寻求与冶炼条件相适应的合适冶炼强度,合理富氧喷煤、提高风温、大力降低焦比;重视高炉煤气流分布及能量利用,降低风耗、电耗乃至所有能耗;重视环境保护,努力降低排放,并加强其无害化处理;从而实现高炉炼铁在低耗、高效、优质、长寿和环保诸方面新的突破;与此同时,要采取坚决措施整顿炼铁的无序生产,不能让落后产能复出或继续生产。节能减排,低碳炼铁,是实现中国高炉炼铁生产科学发展的中心环节。     

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。     

用评价高炉生产效率的新方法落实低碳炼铁方针

以精料为基础,高效、低耗、优质、长寿、环保的炼铁技术方针符合低碳炼铁、节能降耗及降低成本的要求。这是当前高炉炼铁发展的必然趋势,符合国家的长远目标。可是必须采用科学的方法来评价才能发挥作用,采用评价高炉炼铁的新方法具体落实低碳炼铁的方针。     

节能降耗 低碳炼铁 实现我国高炉生产的科学发展

介绍了我国近年来高炉炼铁的概况,着重介绍了节能降耗、高风温、装备大型化等方面的技术进展。深入论述了炼铁技术科学发展观的内涵,主要包括:加强炼铁工业结构调整,认真转变发展方式,转变观念,以精料为基础,以低碳炼铁为目标,寻求与冶炼条件相适应的合适冶炼强度,合理富氧喷煤,提高风温,大力降低焦比,重视高炉煤气流分布及能量利用,降低风耗,电耗乃至所有能耗,重视环境保护,努力降低排放,并加强其无害化处理;从而实现高炉炼铁在低耗、高效、优质、长寿和环保诸方面新的突破;同时,要采取坚决措施整顿炼铁的无序生产,不能让落后产能复出或继续生产。节能减排,低碳炼铁,是实现我国高炉炼铁生产科学发展的中心环节。     

2011年全国中小高炉炼铁学术年会征文通知

中国金属学会炼铁分会中小高炉炼铁学术委员会拟定于2011年9月在内蒙古包头市召开"2011年全国中小高炉炼铁学术年会"。会议的主题是:"坚持科学创新,推进低碳炼铁"。征文重点范围与要求如下:1.低成本炉料结构的探索与研究;2.低燃料比技术探讨;3.高炉操作技术探讨;4.高炉长寿技术进步;5.新材料、新技术、新工艺在炼铁方面的应用;6.节能减排技     

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。     

高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义

中国钢铁工业规模巨大,主要由高炉 转炉长流程生产,其能源结构中90%为煤炭,是国家兑现2030年降低碳排放强度承诺的主战场之一。基于当前低碳炼铁技术的研发进展、中国面临的碳减排任务、中国钢铁工业的生产模式、中国钢铁工业碳排放现状等基本事实,提出了以高炉为主体、以炉顶煤气循环耦合富氢还原为技术特征的钢铁工业低碳发展的可行路径,分析了该工艺研发所面临的关键问题,以期引起钢铁行业的重视,为中国钢铁工业进一步深度降低碳排放提供参考。     

国内外钢铁行业低碳发展策略分析

在绿色化、低碳化发展的时代背景下，全球钢铁行业纷纷开展低碳研究工作，各类低碳技术层出不穷。首先概述了全球钢铁行业CO₂排放现状，以及主要产钢国家的碳减排目标，并对其低碳策略进行详细的分析，指出国际钢铁行业的低碳发展方向主要聚焦于发展电炉流程、氢冶金、碳捕集利用与封存和清洁能源利用等方面。随后聚焦我国钢铁行业碳排放现状，梳理了中国钢铁行业实现“双碳”目标的应对策略，指出减量化发展、流程结构调整是未来我国钢铁行业低碳发展的主攻方向。最后，为了使前文所提的宏观策略更加具体化，又选取我国某一典型钢铁企业，以其技术特点、地理位置、资源禀赋、发展规划为主要依据，针对性地分析并提出了7条适合该企业的减排路径，为其绿色低碳发展指明方向。      

高炉能耗现状及降耗技术展望

摘要：近年来,为贯彻落实国家“双碳”战略目标,针对冶金等重点行业,提出了严格的能效约束以推动节能降碳。目前,在以长流程为主的钢铁生产过程中,如何降低高炉炼铁工序能耗,以实现钢铁企业节能降耗仍是亟待解决的问题。首先介绍了高炉炼铁工序的能耗现状以及计算标准,并基于工业代谢的用能分析,详细阐述了高炉工序主要的节能降耗手段。最后,对高炉工序节能新技术做了相关的展望,以期为冶金行业节能降耗提供建议性方向。     

近零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望

 中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个层面开展技术创新,以实现炼钢工序碳近零。在能量来源碳近零方面,提出利用太阳能、风能及谷电等能源昼夜交替补充,能量有效存储及释放、微型智能电网及电弧炉优化供电,实现绿色能源的直接高效利用;在冶炼过程碳近零方面,提出利用氢能烧嘴、无碳发泡剂、CO₂-Ar动态底吹脱氮、熔池内O₂-CaO喷吹脱磷及系统能效评价等关键技术实现非涉碳冶炼;在原料生产碳近零方面,提出利用绿氢直接还原炼铁及相关配套技术、绿电等离子热风窑炉配合碳捕集工艺等大幅降低原辅料生产过程碳排放。对电弧炉炼钢过程能量输入、冶炼涉碳及原料带碳的吨钢坯二氧化碳排放进行了衡算,并结合上述关键技术减碳能力分析,计算预测该近零碳排电弧炉炼钢新工艺最终极限碳排放可降低到64 kg/t(钢)。因此,开展近零碳排电弧炉炼钢工艺研究,加速其工业落地应用,将有助于促进中国钢铁工业创新发展和绿色低碳发展。     

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)。     

关于中国钢铁企业炼铁系统减碳路线的思考

节能减排是目前钢铁企业面临主要任务之一,结合中国钢铁企业炼铁系统的情况,对传统高炉炼铁流程实 现减排的技术优化措施进行了分析,介绍了以降低高炉燃料比为核心的减碳技术和低碳能源的开发利用情况;根 据气基直接还原工艺技术的要求并依据国内现有能源、资源分布状况和结构特点,展望了国内钢铁行业炼铁系统 减碳工作的前景。     

“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。      

转底炉珠铁工艺及其在中国的应用前景

新的历史阶段,资源短缺和环保压力对钢铁企业的生存和钢铁工业的可持续发展提出了严峻挑战,开发炼铁新工艺成为必然。转底炉珠铁工艺是近十几年来兴起的一项煤基非高炉炼铁新工艺,并已经实现了商业化应用。该工艺能实现渣铁快速分离,得到高品质珠铁,且在能源、成本、环保、原料适应性等方面有较强的竞争力。综述了该工艺发展历程、基本特点和应用潜力,进而结合中国钢铁工业节能减排要求和资源现状,指出了该工艺在中国钢铁冶金和资源利用领域可持续发展中的意义。最后,简要介绍了针对该工艺课题组已有的研究基础。