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℃,1 000℃炭化4 h,此条件下碳铁复合炉料抗压强度达4 970 N,反应性为61.08%,反应后强度达51.23%;混装10%碳铁复合炉料,1 100℃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。     

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...     

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。     

《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。     

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)。     

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。     

Fundamental Study on Carbon Composite Iron Ore Hot Briquette Used as Blast Furnace Burden

Carbon composite iron ore hot briquette (CCB) is the product of fine iron ore and fine coal by hot briquetting process, which attracts more and more attention as a new type of ironmaking raw materials aiming to improve the operation efficiency and reduce the coke consumption of blast furnace. This paper is devoted to experimental study on metallurgical properties of CCB and numerical simulation of the BF operation with CCB charging. At first, the metallurgical properties of CCB, including cold crushing strength, RDI, RSI, reducibility, high temperature strength, and softening and dripping are experimentally tested and compared with the common burdens, which revealed that the CCB possesses the required metallurgical properties and is suitable to use as the blast furnace burden. Then, the effects of charging CCB on the dripping properties of comprehensive burdens are elucidated based on the experiments under simulated blast furnace conditions. The results showed that the maximum charging ratio of CCB in the iron burdens is 40%–50% for achieving appropriate dripping properties of the mixed burdens. Finally, a multi‐fluid blast furnace model is used to simulate BF operation with CCB charging. According to model simulations, charging CCB will cause the temperature level to decreases in the furnace and the location of the cohesive zone shifts downward. On the other hand, the productivity tends to increase while coke rate and total reducing agent rate decrease, the heat efficiency improves remarkably and the operation performance of BF is effectively enhanced.     

Fundamental research on iron coke hot briquette – A new type burden used in blast furnace

In order to improve blast furnace efficiency, reduce CO₂ emission and accelerate energy utilisation, a new preparation process of iron coke hot briquette (ICHB) based on the raw materials conditions in China, a new type blast furnace ironmaking burden, was experimentally investigated in this paper. The new preparation process was researched and optimised through single factor experiment and orthogonal experiment. Meanwhile, the reactivity and the post-reaction strength of ICHB prepared under the optimised conditions were tested and the effect of ICHB on the thermal performance of conventional coke was researched. In addition, softening and dripping properties of mixed burden with optimised ICHB charging was simultaneously investigated. The results showed that the optimised preparation parameters of ICHB include 15% iron ore, 65% bituminous coal, 350°C hot briquetting temperature, 1100°C carbonisation temperature and 4 hours carbonisation time. The reactivity and the post-reaction strength of ICHB prepared under the optimisation conditions are 62.4 and 10.6%, respectively. ICHB has protective effect on conventional coke and the protective effect is more obvious with 10% ICHB adding. With the increase of ICHB charging ratio, softening interval T₄₀–T₄ of mixed burden is widened while melting interval T_D–T_S (namely cohesive zone) is narrowed. Additionally, the permeability of mixed burden becomes better and dripping ratio is first increased then decreased. The suitable charging ratio of ICHB in mixed burden is about 30%.     

Numerical simulation on novel blast furnace operation of combining coke oven gas injection with hot burden charging

A novel blast furnace operation of coke oven gas (COG) injection simultaneously with hot burden charging has been proposed to solve the problem of insufficient heat in the BF shaft zone under the condition of COG injection and make full use of the abundant sensible heat of high temperature burden. In this paper, the novel process has been simulated with a multifluid blast furnace model. The results show that, in comparison with the operation of COG injection only, under the operation of COG injection together with hot burden charging, the temperature in the upper zone of the shaft increases while that in lower zone decreases. Furthermore, the reduction of iron bearing material is improved in the top zone, and the cohesive zone tends to descend and narrow. The coke ratio, fuel ratio and CO₂ emissions of the operation of charging hot pellet and coke with the temperature of 800°C are decreased by 4.0, 4.7 and 5.3% respectively, while the hot metal productivity is increased by 7.14%. Therefore, COG injection combined with hot burden charging operation not only increases temperature in the upper part of the blast furnace but also decreases energy consumption per tonne hot metal.     

烧结烟气脱硫脱硝活性炭粉用于高炉喷吹可行性

摘要：为了寻找新的高炉可喷吹物代替价格昂贵的无烟煤,将不同配比的烟煤与烧结烟气脱硫脱硝过程产生的活性炭粉进行混合。通过测量不同配比混煤的爆炸性和着火点,以评价其安全性,利用热重分析仪分析其燃烧性。结果表明,活性炭粉可以代替部分无烟煤进行高炉喷吹,此外,烟煤具有强爆炸性,而活性炭粉没有爆炸性,二者混合物中,当活性炭粉质量分数大于40%时没有爆炸性。烟煤的燃烧性优于活性炭粉,二者混合后会发生反协同效应,混煤燃烧性能相较于单煤变差,且混煤燃烧性能随着活性炭粉比例的增加而变差。     

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。     

煤气化竖炉直接还原工艺煤气析碳行为分析

在煤气化直接还原竖炉工艺中,还原煤气的CO体积分数较高,竖炉内部较大温度范围都存在析碳反应发生的可能性。基于竖炉操作压力和温度,分析了竖炉内不同区域的析碳行为,同时考察析碳对炉料温度的影响。理论分析表明,随着压力增加,析碳反应加剧,在竖炉中部的500～700℃范围,析碳反应所处的热力学及动力学条件均较好,发生析碳反应可能性较大,且随着析碳量增加带来的固体温度升高值也较大。     

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...     

沙钢5800m3高炉烟煤粉制备尾气自循环工艺设计

沙钢5 800 m3高炉烟煤粉制备尾气自循环工艺是国内首次在特大型高炉上采用.生产实践表明,沙钢5 800 m3高炉烟煤粉制备尾气自循环工艺是安全的、可控的、可靠的.     

矿焦混装对钒钛矿综合炉料软熔滴落的影响

 为提高高炉冶炼钒钛磁铁矿水平,系统研究了矿焦混装对高炉综合炉料软熔滴落性能和V、Cr在渣铁中迁移规律的影响,并进行了理论分析。试验过程中烧结矿和球团矿所占比例不变。研究表明,矿焦混装对高炉综合炉料的软化区间、熔化区间、滴落率和透气性等软熔滴落性能参数有显著影响。随着混装率提高,软化区间[t40－t4]稍微变宽;熔化区间[tD－tS]逐渐变窄,软熔带变薄且位置下移;熔滴性能总特征值明显减小,综合炉料透气性能显著改善;渣铁滴落率先增加后减少;V、Cr在初铁中的收得率先升高后降低。因此,一定程度的矿焦混装有利于改善钒钛磁铁矿高炉冶炼综合炉料的软熔滴落性能,其混装率以25%为宜。