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%。     

《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)。     

铁焦高温冶金性能评价方法的研究进展

铁焦作为低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料,其高温冶金性能至关重要。铁焦的高温冶金性能直接关系到其在高炉内的实际应用以及高炉的冶炼效率。国内外相关学者对铁焦的高温冶金性能做了试验研究,并相继提出了评价铁焦高温冶金性能的新方法。但是,目前还没有统一的合理的铁焦高温冶金性能评价方法。总结了当前铁焦高温冶金性能评价方法的研究现状及进展。同时,采用各种方法评价铁焦高温冶金性能,并与相同条件下焦炭的高温冶金性能进行对比。通过分析比较,并结合高炉冶炼的实际情况,提出了较为科学的评价铁焦高温冶金性能的新方法。新评价方法的提出,将为铁焦的生产制备和高炉应用提供理论参考。     

铁焦高温冶金性能评价方法的研究进展

摘要：铁焦作为低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料,其高温冶金性能至关重要。铁焦的高温冶金性能直接关系到其在高炉内的实际应用以及高炉的冶炼效率。国内外相关学者对铁焦的高温冶金性能做了试验研究,并相继提出了评价铁焦高温冶金性能的新方法。但是,目前还没有统一的合理的铁焦高温冶金性能评价方法。总结了当前铁焦高温冶金性能评价方法的研究现状及进展。同时,采用各种方法评价铁焦高温冶金性能,并与相同条件下焦炭的高温冶金性能进行对比。通过分析比较,并结合高炉冶炼的实际情况,提出了较为科学的评价铁焦高温冶金性能的新方法。新评价方法的提出,将为铁焦的生产制备和高炉应用提供理论参考。     

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...     

日本炼铁近期和中长期CO_2减排项目进展

CO2减排和稳定原燃料供应是日本钢铁工业发展面对的两大问题。与后京都议定书时期强力减排CO2项目规划不同,按照日本铁钢联盟自主创新行动计划,日本钢铁工业对短期CO2减排进行了研发和投资。阐述了炼铁领域节能减排的短期措施,如矿焦混装布料控制技术等。对于中长期CO2减排,衔接项目"创新型炼铁技术的预研究"于2006—2008财年得到了"新能源和工业技术开发组织(NEDO)"的积极推进。基于通过碳与铁氧化物或金属铁的紧密结合促进C-CO2气化反应的理论思想,对铁矿-碳和金属铁-碳两种创新型炉料的制造工艺及其在高炉内的反应机理进行了研究。对于半工业试验规模的技术开发,"使用低成本矿石和煤的创新型炼铁工艺开发"项目于2009财年启动,这个项目的关键是铁-碳复合炉料(也称铁焦)的制造技术和在高炉内使用的评价,阐述了该项目的关键技术和最新进展。     

炭化工艺参数对铁焦冶金性能的影响

摘要：复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦,需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响,并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行了解析。结果表明,炭化温度的升高可以提高铁焦的抗压强度和反应性。当温度为900～1000℃时,铁焦的抗压强度和反应性较优。炭化时间的延长可以使铁焦的抗压强度提高,反应性降低。当炭化时间为3～4h时,铁焦抗压强度和反应性较优。升温速度越快,铁焦的机械强度越低。适宜的升温速度为:Ⅰ段（室温至550℃）小于7℃/ min,Ⅱ段（550℃至1000℃）小于5℃/min。为防止铁焦冶金性能因碳气化溶损反应而劣化,在CO和CO2混合炭化气氛中,CO2与CO体积比(V(CO2)/V(CO))应控制在0.11以下。在优化的炭化工艺条件下,制备的铁焦抗压强度大于3500N,反应性大于60%,反应后强度在16%左右。     

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。     

Current status and development trends of innovative blast furnace ironmaking technologies aimed to environmental harmony and operation intellectualization

Blast furnace (BF) ironmaking is dominant for reducing pollution emission and energy consumption in iron and steel industry.Under the increasingly strict environmental pressure, some innovative tech-nologies of BF ironmaking for environmental protection have been developed and applied in actual op-erating facilities.The current state of BF ironmaking in Europe, America, Japan, and China were briefly overviewed.Moreover, some innovative BF ironmaking technologies aiming at environmental harmony and operation intellectualization in the world, such as waste gas recycling sintering, BF op-eration with coke oven gas injection, ferro-coke, lime coating coke, BF visualization and intellectuali-zation, were roundly summarized.Finally, some discussion on the technologies was carried out and the development trends of BF ironmaking were pointed out.The review could provide references and supports for the progress of environment-friendly technologies of BF ironmaking, thereby promoting their practical applications and achieving sustainable development of BF ironmaking, especially for Chinese ironmaking industry.     

中国高炉实现低碳低成本炼铁问题探讨

针对当前国家制定的低碳方针及炼铁成本偏高、钢铁企业追求低成本炼铁的目标,采用Rist操作线法及C-rd两种方法分析了高炉炼铁过程中的碳消耗。对高炉炼铁成本进行系统分析得出:两种方法计算出的高炉炼铁碳消耗结果基本相同,误差范围在1%~2%;在ηCO55%~58%热消耗接近9 GJ/t的情况下,单位生铁的碳消耗是高炉炼铁的低碳目标,目前中国高炉的燃料比要比低碳炼铁的燃料比高出80 kg/t以上;原燃料价格低并不等于生铁成本低,应根据焦炭、煤粉、熔剂、矿石及烧结矿的综合成本来科学计算评估炼铁生产成本。由于当前产能过剩,高炉工作者应从追求产能转变为保证炉况顺行、稳定炉腹煤气量、实现低碳低成本炼铁。     

利用高含碳金属化团块实现高炉炼铁的节焦

 高炉炼铁是主要的铁水生产工艺,低焦比炼铁一直是高炉节能的重要指标。研究了高含碳金属化团块在高炉中的应用,以达到节约焦炭的目的。利用超细氧化铁粉和非焦煤煤粉为原料在管式加热炉中通过直接还原制备了碳质量分数为15.6%的高含碳金属化团块;在模拟高炉环境的条件下,考察了团块质量变化、团块部分反应后抗碎强度变化和团块微观结构变化;利用自制的热重装置考察了团块内碳的气化动力学;以试验结果为基础,结合高炉数学模型,对利用高含碳金属化团块实现高炉炼铁节约焦炭的效果进行了定量分析。试验结果表明,在高炉环境下,团块部分反应后抗碎强度可以保持在1 200 N/个以上,团块的反应主要为碳溶损反应,且团块有较高的CO₂反应性。对2 500 m3高炉的模拟结果表明,在高炉的含铁炉料层中添加质量分数为5%的高含碳金属化团块,生产率可以提高419 t/d,生产1 t铁水可以节约焦炭11.3 kg,且高炉的操作参数不需要进行调整。     

炼铁新技术及基础理论研究进展

从炼铁新技术及基础理论研究方面介绍了烧结球团提质降耗新技术、焦炭在高炉内行为解析研究、高炉喷吹清洁燃料技术、高炉长寿技术、高炉炼铁数据建模技术以及冶金尘泥再处理技术。从基础研究出发,提出了目前最具有潜力的炼铁新技术;然后在国家碳中和战略的大背景下,综述了目前国际上的非高炉炼铁技术研究进展,为我国低碳炼铁发展提供依据;最后从最新微观研究手段出发,介绍了目前炼铁研究领域在微观尺度的研究进展,多尺度综合调控研究高炉炼铁过程机理,为未来低碳炼铁发展方向提供思路。      

Recent Developments and Mid‐ and Long‐Term CO2 Mitigation Projects in Ironmaking

CO₂ mitigation and the stable supply of raw materials are two major issues for the steel industry. The Japanese steel industry has promoted short term developments and investments to comply with the Japan Iron and Steel Federation's voluntary action plan in parallel with developing plans for drastic CO₂ mitigation programs toward the post Kyoto protocol period. This paper describes short‐term measures in the ironmaking field such as natural gas injection technology to the sintering bed and burden distribution control with coke mixed charging. For mid and long term CO₂ mitigation, the joint project, ‘Preparatory research work for the blast furnace based innovative ironmaking technologies’ was actively promoted by the New Energy and industrial Technology Development Organization (NEDO) from FY2006 to FY2008. Based on the enhancement of carbon ‐ CO₂ reaction by close positioning of carbon and iron oxide/metallic iron, the production process and reaction mechanism in a blast furnace were studied for two innovative composites with iron oxide, metallic iron and carbon. For development at a pilot plant scale, a new project, ‘Development of innovative ironmaking process using low cost iron ore and coal’ started in FY2009. Key technologies of the project are the production process and evaluation in a blast furnace of a hybrid composite of metallic iron and carbon, so called ‘Ferro‐coke’. This paper describes key technologies and recent developments of the project.