未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展思考

作为钢铁冶金行业炼铁工艺应用的重要环节,高炉炼铁技术的应用对于我国工业现代化发展具有深刻影响;出于高炉炼铁能源消耗大、污染物排放多等问题,在新时期的炼铁技术应用中应注重生产过程的低碳化、绿色化控制。本文在阐述高炉炼铁技术功能的基础上,就低碳绿色理念下高炉炼铁技术的应用要求展开分析,并指出面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术创新要点,期望能实现高炉炼铁技术的系统转变,继而降低炼铁过程的能源消耗和污染物排放,促进高炉炼铁产业的绿色化、可持续发展。     

碳中和背景下的低碳冶金初探与工业实践

"碳中和"、"碳达峰"背景下,钢铁企业实现节能减排以铁前工序最为关键,低碳冶金现存多种工艺路径,主要分为非高炉炼铁和低碳高炉炼铁两大门类.高炉喷吹焦炉煤气的工业化应用为高炉富氢冶炼实现了良好的开端.未来,高炉仍将作为炼铁工业的核心装备,高炉低碳冶炼、全氧高炉、氢冶金的发展将为我国实现碳达峰碳中和作出积极贡献.非高炉炼铁...     

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。     

本钢高炉智能管理系统的研发与应用

结合本钢高炉基础监测及信息化基础条件，应用工业传感器、数据采集、工业建模等技术构建高炉智能系统，打破了高炉生产现场数据孤岛，推动了炼铁技术从“经验式炼铁”向“数字化炼铁”的转变，提高现场高炉异常工况的诊断、预判、处理能力，促进了板材数字化、标准化、智能化的炼铁技术体系建立，为炼铁行业智能制造落地应用树立了一个标杆。     

大数据赋能高炉炼铁智能应用

大数据是具有获取、存储、整理、分析数据等功能的合集,大数据分析挖掘数据规律能够帮助企业制定科学的发展战略,推动产业发展创新驱动模式。本文探讨了大数据对于企业发展信息化、数字化的推动作用,指出了发展大数据分析技术融入高炉炼铁生产应用的时代需求,简要概述了大数据分析技术的重心和应用于高炉炼铁的分析挖掘流程,剖析了大数据分析在高炉炼铁中的应用价值。在炼铁智能平台构建、高炉炉温预测、高炉铁水质量预测、高炉炉缸侵蚀判断方面,阐述了大数据在高炉炼铁中的多项应用。展望了大数据赋能后高炉炼铁在炼铁大数据分析模式、炼铁数据仓库融合架构、算法与炼铁智能控制结合、炼铁数据资源平台化、炼铁工业互联网的发展趋势。通过先进的大数据信息技术与高炉炼铁产业深度融合,高炉炼铁行业将朝着智能化、绿色化、数字化、一体化的发展方向实现新突破。     

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。      

非高炉闪速炼铁研究进展

 非高炉炼铁是钢铁工业实现低碳冶金的重要方向之一,在国外已进行了近百年的研究,出现了“直接还原”和“熔融还原”等十余种新工艺,但迄今都尚未能成功取代高炉,表明其创新难度很大。介绍了基于钢铁冶金与有色冶金“学科交叉”思维所提出的将有色工业成熟的“闪速冶金”工艺拓展用于炼铁在基础理论与试验研究方面所做的工作与进展,提出了以“煤基常压气化-飘浮闪速炼铁”为技术特征的非高炉炼铁新工艺,并介绍了其产业化的初步设计方案。     

高炉低碳低成本炼铁技术的探讨

在介绍近年来我国炼铁工业的进步的基础上,对高炉低碳低成本炼铁技术进行了较为全面的探讨。认为要实现低碳低成本炼铁,必须从低硅生铁冶炼技术、高风温技术以及精料技术入手,认真推广低碳生铁冶炼技术,建立科学发展的高炉理念。     

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。     

高炉炼铁智能化发展的研究现状与展望

长期以来,传统的高炉炼铁工艺存在着能源消耗高、污染严重等问题。随着“双碳”目标政策的提出,如何利用智能制造技术实现高炉冶炼高效、环保的可持续发展已经成为高炉工作者的研究重点。从高炉炼铁智能化发展现状作为切入点,详细地从智能预测、模拟仿真、专家系统以及互联网平台几个方面进行了阐述。即以高炉炼铁现场数据为基础,分别探讨高炉运行状态预测和模拟仿真在高炉中的应用,为高炉炼铁智能化控制提供决策支持;建立高炉炼铁工业可视化平台,实现高炉炼铁生产过程的全面监控和管理;最后,综合当前研究现状,结合大数据技术和炼铁工艺,从高炉炼铁数据治理、专家知识库的建立、智能化平台的建立等几个角度进一步展望了高炉炼铁智能化的发展。     

适应高比例球团冶炼的高炉系统设计与生产实践

 当前中国钢铁工业面临着节能减排、绿色发展等多重压力,呈现出减量化和创新性发展的新形态。在非高炉炼铁关键技术取得重大突破及大规模应用前,以高炉为主的炼铁工艺在一段时间内仍将保持主体地位。而高比例球团冶炼是当前中国高炉炼铁的发展方向,是未来钢铁工业实现减污降碳的必然趋势。为了进一步推动高比例球团技术的研发与应用,从球团矿的物理化学性质出发,阐述了球团矿在高炉内的行为,分析了限制球团矿比例提高的因素,从冶金反应机理到工程实践总结了未来高比例球团冶炼的高炉系统设计发展方向,提出以低碳绿色为前提、以资源和能源利用为基础、以智能化装备为支撑的高炉设计理念。通过对比分析国内外多种高炉炉型、冷却系统、炉缸炉底设计方案,重点分析了多段式炉身、全铸铁冷却壁、串罐无钟炉顶在高比例球团冶炼中的优势,归纳了矿焦槽、热风炉及自动化检测与模型控制等技术特点,给出了适应高比例球团冶炼的高炉系统设计建议。根据球团矿在高炉内的反应机理以及操作炉型对强化冶炼的影响,提出合理的炉料结构的确定方法,最佳的炉料碱度控制标准,以及装料、送风、出铁、热、渣等操作制度。最后,通过高炉冶炼实践,验证了高比例球团冶炼技术经济指标的进步,为今后高比例球团冶炼高炉系统设计及优化方向奠定了基础。     

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...     

未来炼铁技术发展方向探讨以及宝钢探索实践

 准确把握未来炼铁技术发展方向,对钢铁企业实现转型升级和可持续发展具有重要意义。通过系统总结、对比分析当前中国钢铁行业和炼铁工艺面临的形势、国内外炼铁生产技术现状及进展、钢铁行业的一般发展规律,判断今后炼铁技术发展方向短期为厂城共融技术的研发与应用,中长期为低碳、低成本的工艺技术以及智慧制造装备技术的研发与应用。为此,宝钢炼铁厂已经开展了一些尝试与实践,并对未来发展进行了远景规划,以尽快探索出一整套自己独有的、有核心竞争力的未来炼铁工艺技术,助推宝钢炼铁成为行业内最好的炼铁企业。     

首钢绿色低碳炼铁技术的发展与展望

 进入新世纪以来,首钢进行了搬迁调整和结构优化。按照新一代可循环绿色低碳钢铁制造工程理念,在河北唐山地区相继建成了首钢股份和首钢京唐两个现代化钢铁制造基地。阐述了首钢炼铁技术绿色低碳发展理念,提出了发展途径和目标,总结了近年来首钢炼铁技术进步和创新实绩。重点论述了烧结料面喷吹蒸汽技术、复合球团制备技术、高比率球团矿高炉冶炼技术以及冶金烟气综合治理与深度净化技术的研究和应用效果。面向未来,结合首钢炼铁技术的发展现状以及绿色低碳发展目标,对首钢炼铁技术的发展趋势进行了探讨和展望。     

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。     

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。     

人工智能在钢铁工业智能制造中的应用

 钢铁工业是国民经济的基础工业,是决定国家发展水平的最基本要素之一。中国已经成为世界第一钢铁制造大国,但在整体创新能力、素质和产品竞争力方面存在“大而不强”的问题。加快钢铁工业的转型升级,向钢铁强国转变,已成为新时期中国经济社会发展的重大战略任务。智能制造将先进的制造技术与新一代信息技术深度融合,贯穿于制造过程的各个环节,是中国钢铁工业创新发展的一个新机遇。钢铁工业未来重点发展方向将是基于新一代人工智能技术的智能制造。深入分析了智能制造的特征以及人工智能技术在智能制造中的应用及其发展的趋势,对如何在智能制造中推动人工智能相关技术创新应用给出建议,提出了国内钢铁企业在利用人工智能发展智能制造的路径规划,为钢铁行业智能制造在中国的发展提供借鉴。     

“绿色、智能、高效”的新一代电炉短流程特钢厂——河钢石钢新区

 河钢石钢新区是河钢集团全面贯彻落实习近平总书记关于“坚决去、主动调、加快转”指示精神和河北省钢铁产业转型升级的具体实践,也是河钢坚决贯彻落实新发展理念,全力推动钢铁产业高质量发展的行动体现。河钢致力于将石钢新区打造成为生产绿色、产线智能、流程高效、产品高端的现代化特钢梦工厂。河钢石钢新区是以“绿色、智能、高效”的设计理念,以冶金流程工程学理论为指导,运用冶金制造流程动态有序、协同连续的物理系统及流程界面技术规划设计的新一代电炉短流程特钢示范项目,是全球特钢企业智能制造、中国钢铁产业转型升级之由钢铁长流程转变为短流程的生动写照。河钢石钢新区在短流程工艺革新、全工序超低排放、智能制造等各方面,汇集了当今世界最卓越的设计元素和理念。项目集成应用了70多项行业最先进的短流程前沿工艺和绿色钢铁制造技术,定位3大系列高端产品,实现超低排放。项目涵盖了国内首台套大型双竖井废钢预热型超高功率直流电弧炉以及国际上断面最大、建造深度最深的特钢大方坯立式连铸机,有力地推动了中国高端装备制造用钢材的均质化水平和国产化替代步伐。河钢石钢新区带动了京津冀区域特钢品牌升值,代表了双碳目标下钢铁行业新一代绿色智能高效的电炉短流程钢厂发展方向,也为中国钢铁工业电炉短流程的发展做出了示范。