清洁能源冶金的技术分析

冶金生产技术的发展非常紧密地依存于能源技术,清洁能源冶金将促使冶金生产技术发生全面深刻的变化,清洁能源-感应炉熔炼-近终形连铸的超短流程的清洁钢厂将有可能形成。清洁能源不仅能够提供冶金过程所消耗的能量,使用清洁能源制氢和电解也能够为冶金过程提供所需的还原介质-电子。冶金生产对清洁能源提出了新的要求：一是功率和总能量消耗大,二是供能连续稳定,为此清洁能源的发电、蓄能、供能等环节都是应研究开发的重要技术问题。     

清洁能源炼钢前景的分析及探索

 钢铁生产的节能减排问题可以通过能量消耗的减量化、能量的回收利用和清洁能源替代等途径解决。提出了“太阳能光伏炼钢”概念,其重要特点一是光电转化,二是“脱网”,即不与常规的输供电电网相搭接,尝试完全以清洁能源替代炼钢过程所需的传统涉碳能源。研究工作包括太阳能光伏炼钢概念实验的工艺设计、概念炉的系统设计和技术设计。第一台容量为1 kg的光伏炼钢概念炉于2006年12月26日在北京科技大学冶金与生态工程学院成功地完成了首次炼钢实验,实现了“无碳”炼钢从理念到实践的跨越。     

钢铁冶金清洁生产中的新技术和新工艺初探

随着我国经济的发展,我国钢铁企业的发展规模逐渐扩大,为了促进钢铁企业的健康发展,提高能源的利用率,钢铁冶金行业的清洁工作逐渐引起了人们的广泛关注,在科学技术飞速发展的今天,在钢铁冶金清洁生产不断开发新技术和新工艺,从而有效的提高企业的经济效益,实现经济效益、社会效益、环境效益的相统一。基于此,本文首先以钢铁冶金清洁生产为切入点,对能源结构调整进行了分析,然后对钢铁冶金清洁生产中的新工艺进行探讨,最后提出一些具体的清洁生产技术,希望为相关人士带来有价值的参考。     

基于富氢焦炉煤气零重整的氢冶金工程技术

氢能是21世纪最具发展力的清洁能源，是中国未来能源体系的重要组成部分。构建“以氢代碳”的钢铁用能新体系是中国钢铁行业实现“双碳”目标的重要方向。针对以氢能源为基础的氢冶金技术原理和工艺流程，对氢冶金流程工程化、关键技术、技术经济指标、运行成本估算及CO₂减排情况等进行探讨，全面论述了氢冶金工程的系统组成和关键设备、工厂布局等情况。工程实践表明，以富氢焦炉煤气为还原气源的氢冶金工艺，采用气体零重整和气基直接还原炼铁技术，以氧化球团为原料，完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿，从源头减少碳素使用，污染物产生和排放大幅减少；无烧结、焦化工序，总图布置紧凑，大幅节约用地；以焦炉煤气为气源的氢冶金，生产成本具有一定优势；根据技术经济指标估算，基于富氢焦炉煤气的氢冶金与高炉炼铁流程相比，可实现吨铁碳排放降低58.8%左右。氢冶金工艺可为后续电炉炼钢提供优质的高纯铁质原料，对提升中国钢铁产品质量具有重要意义，为未来钢铁行业实现绿色、低碳、高质量发展奠定了坚实基础。     

非碳冶金理念和探索试验

通过新疆巴州太阳能资源调研、碳冶金碳素作用及其温室气体排放分析,提出了"太阳能光伏非碳冶金"理念,实现"太阳能光伏非碳冶金"的技术难点在于建立独立的能量-冶金体系。为此,自主研发进行试验研究的条件,设计制造了公称容量1 kg、1.2 kW级别的非碳冶金平台。太阳能光伏非碳冶金技术包括4项单元技术及1项系统集成技术,通过技术集成创新,具体地进行了4类非碳冶金探索试验,成功实现了太阳能光伏发电技术与钢铁冶金技术的相互渗透和合作融合。在此基础上,深化思考,明确给出了非碳冶金理念的含义、内涵。通过其生产特点的讨论,展望了非碳冶金的未来。     

业界动态

中国钢铁业首次商业化应用"发酵法制乙醇"全国特大型钢铁企业唐钢和全球知名钢铁服务企业哈斯科集团签订乙醇项目合作框架协议,这开创了国内钢铁企业利用生物技术把钢铁气体作为乙醇燃料的先河。乙醇是一种可部分取代汽油的清洁低碳能源,其燃烧碳排放量仅为传统化石燃料的一半。     

新一代钢铁流程运行实践

 以《冶金流程工程学》为指导,描述了新一代钢铁流程工序能力匹配、布局衔接紧密、物流短捷顺畅、运行动态有序、能源高效利用、资源充分利用的特征。结合首钢京唐钢铁厂建设与运行实践,围绕新一代钢铁流程“产品制造、能源转换、消纳社会废弃物”3大功能,对流程采用的单元技术、界面技术和系统集成运行情况进行了系统介绍。通过翔实的数据证明：首钢京唐钢铁厂新一代钢铁流程采用的单元技术成熟先进,界面技术高效可靠;全流程高效率、低成本、低能耗、绿色环保地生产高品质钢材的优势凸现。最后探索性提出了流程进一步完善优化的方向。     

有色金属工业碳排放现状与实现碳中和的途径

本文通过分析有色金属工业的碳排放现状,指出碳排放主要发生在冶炼环节,尤其是铝冶炼环节,并提出了有色金属工业实现碳中和的三个主要途径:使用清洁能源、提高能源利用率和发展CCUS技术.其中,氢能是有色金属工业清洁能源的首选;提高能源利用率可通过开发新工艺和淘汰落后工艺、提升关键设备设计制造水平、发展热能梯级利用技术来实现....     

钢铁冶金流程中节能技术探讨

过去几年,我们国家为了促进经济的发展,开始大力发展工业,钢铁冶金技术便是其中的一项.为了能够提高钢铁冶金技术的生产量,国家没有考虑到环保与节能这两个方面,导致能源越来越少,环境也遭到破坏.近几年,国家开始提出节能环保的理念,对钢铁冶金技术在节能方面提出要求,需要在确保钢铁冶金需求量的前提下,尽可能的减少能源的消耗.     

烟气脱硫技术在首钢京唐的应用实践与研究

为了应对日益严格的环保排放要求和能源节约需求,冶金企业烟气治理项目迫在眉睫。首钢京唐钢铁联合有限责任公司焦化、球团、烧结、300 MW机组烟气治理等项目采用了脱硫技术,既降低了污染物排放,又节约了能量。     

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。      

氢冶金竖炉还原域的数值模拟分析

钢铁工业是中国国民经济发展的重要基础产业,在中国"碳达峰、碳中和"的背景下,低碳生产已成为钢铁行业新的竞争力.环境意识的日益提高迫切需要开发创新技术,氢冶金在炼铁环节利用清洁和可再生能源,是全世界公认的最清洁环保的冶金技术.H2的利用可以减少炼铁过程产生的温室气体,从源头上减少碳还原剂带入的排放.氢冶金竖炉的数值模拟是...     

氢冶金基础研究及新工艺探索

氢冶金是钢铁工业减少CO₂排放的有效方法之一。但当前大规模制氢仍然依靠化石燃料,因此,即使采用氢冶金总量减排不明显。利用钢铁企业的含能气体制氢或“可燃冰”制氢可以为氢冶金提供氢源并能减少CO₂排放。探讨了低温氢冶金的关键技术。同时还研究了碳-氢熔融还原工艺。为氢冶金技术的发展奠定了一定的理论基础。     

建设绿色钢铁制造流程示范钢厂的构想

构想将炼铁中的熔融还原炼铁(FINEX)、炼钢中的洁净钢生产以及铸造和轧制中的连续无头轧制(CEM)整合到一起,加上实施冶金化工一体化,以构建起目前世界上工艺技术最先进、投资最省、运营成本最低、资源能耗最低、碳排放最低的绿色钢铁制造流程。     

“双碳”目标下中国钢铁工业的低碳发展分析

摘要：中国钢铁工业的流程结构特点是高炉—转炉长流程占主导,能源结构特点是以煤炭为主,因此造成吨钢CO2排放量高于世界平均水平,碳减排压力巨大。为探究中国钢铁工业的低碳现状与发展趋势,通过对流程结构、废钢资源、低碳技术、碳交易市场等进行深入分析,认为钢铁工业实现2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”目标是一个长期的、多因素综合作用的过程,不同阶段应确立不同的研究重点,并就未来发展提出了自己的建议。钢铁工业下一步应该加快低碳技术发展、提高电炉短流程比例、重视氢冶金技术研发,并充分发挥政策和市场调节作用,最终摆脱碳冶金依赖,走向低碳化钢铁之路。     

Analysis on low carbon development of China′s steel industry under “dual carbon” goal

The process structure of China′s steel industry is dominated by the BF BOF steelmaking process, and the energy structure is dominated by coal, which causes CO2 emissions per ton product higher than the world average level, and the pressure of CO2 emission reduction is great. In order to explore the low carbon status and development trend of China′s steel industry, multiple perspectives such as production process structure, scrap resources, low carbon technology and carbon trading market were analyzed deeply, coming to the conclusion that achieving the “dual carbon” goal of CO2 emissions peak before 2030 and carbon neutrality before 2060 is a long term and multi factor comprehensive process, the steel industry should establish different research priorities at different stages. At the same time, suggestions for further development are put forward. In the next step, China′s steel industry should accelerate the development of low carbon technology, increase the proportion of EAF steelmaking process, pay attention to the research and development of hydrogen metallurgy technology, and give full play to the role of policy and market regulation, finally get rid of the dependence of carbon metallurgy and embark on the road of low carbon steel.     

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。      

Application of the triad of blast furnace,oxygen converter,and electric arc furnace for reducing of carbon footprint

Carbon footprint is the mass of carbon formed in the full cycle of manufacturing one kind or another product. This carbon is included in greenhouse gases. During production of iron and steel are generated carbon monoxide and greenhouse gases: methane, and carbon dioxide. Methane and carbon monoxide burn to carbon dioxide by secondary energy resources. By this means, the carbon footprint by the production of iron and steel has determined by the weight of carbon dioxide formed in this production. As results of analysis of the processes of manufacture of iron and steel, it has revealed that the tandem of blast furnace with electric arc furnace is characterized by a lower value of integrated emissions of CO₂ than the tandem of blast furnace with an oxygen converter. It was proposed to process of the cast iron made by one blast furnace, then in the oxygen converter, and, at last, in one or more electric arc furnaces. Moreover, the electric arc furnace is loaded by 30% of iron produced in blast furnace, and the remaining 70% are complemented by metal scrap. In the oxygen converter is loaded, the part of cast iron (75–85%), that remained after processing in the arc furnace. The converter is applied the metal scrap for full loading. Calculations of total emission of carbon dioxide for different triads of these units are made. Simultaneous use of oxygen converter with electric arc furnaces for cast iron smelting (obtained from one blast furnace) helps to reduce reliably the emission of carbon dioxide to 20% as it is follows from these calculations. This suggests that such a triad of used units conforms to green technology. Example of the use of mentioned triad is for a full load of the converter applied to metal scrap. The calculations total emissions of carbon dioxide for different triads of these units were performed. From these calculations it follows that the simultaneous use of oxygen converters after electric arc furnaces for smelting iron (obtained from one blast furnace), it helps to reduce the emission of carbon dioxide to 20%. This suggests that this triad of used units conforms to green technology. An example of using this triad is in the Magnitogorsk Iron and Steel Works, where along with the oxygen converter, electric arc furnaces with the use of locally produced electricity at burning fuel of secondary energy resources from units, in which the fuel is burnt. This practice can be recommended for a number of other metallurgical enterprises.     

Change in Carbon Dioxide (CO2) Emissions From Energy Use in China's Iron and Steel Industry

As the largest energy consuming manufacturing sector and one of the most important sources of carbon dioxide (CO2) emissions, the China's iron and steel industry has paid attention to the study of changing trend and influencing factors of CO2 emissions from energy use. The logarithmic mean Divisia index (LMDI) technique is used to decompose total change in CO2 emissions into four factors: emission factor effect, energy structure effect, energy consumption effect, and steel production effect. The results show that the steel production effect is the major factor which is responsible for the rise in CO2 emissions; whereas the energy consumption effect contributes most to the reduction in CO2 emissions. And the emission factor effect makes a weak negative contribution to the increase of CO2 emissions. To find out the detailed relationship between change in energy consumption or steel production and change in CO2 emissions, the correlation equations are also proposed.