日本为减排CO2而开发的高炉新型炉料

日本正在开发的高炉新型炉料具有显著减少CO2排放的作用。介绍了住友金属开发的C IS烧结矿,并与JFE开发的预还原烧结矿进行了比较。介绍了新日铁开发的高反应性焦炭和铁焦、JFE开发的铁焦球团、日本NEDO等开发的HPC并进行了比较。指出新型炉料的开发成功不仅对减少CO2排放具有显著作用,还非常有利于降低炼铁成本,提升钢铁企业竞争力。     

混装铁焦对人造富矿还原行为的影响

 高炉炼铁是资源、能源的消耗大户,节能潜力巨大。铁焦是一种高反应性焦炭,将合适粒度和数量的铁焦与含铁炉料混装入炉,从理论上说具有降低焦比,取得节约稀缺炼焦煤资源和降低生产成本的潜力。对混合试样的还原机理进行了分析,并对铁焦与人造富矿的耦合反应进行了实验室研究,证明混入铁焦对烧结矿和球团矿的还原反应有明显的促进作用,提高温度和增加铁焦用量对提高铁矿石的还原度有利。     

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。     

铁焦性能的影响因素及富氢高炉使用铁焦的探讨

铁焦是一种新型碳铁复合炉料,相比普通焦炭,其具有高反应性,能降低高炉热储备区温度,提高工作效率。铁焦的性能受制备原料的种类、配比和工艺参数等因素的影响。对于高炉富氢冶炼,因其铁矿石还原及成渣过程改变,需要加速初渣熔化和金属铁渗碳过程;而铁焦的气化反应温度低,有利于碳黑的析出和促进金属铁的渗碳,因此将铁焦代替部分焦炭应用于富氢高炉冶炼可以发挥铁焦和氢气的双重节能减排优势。系统讨论了制备因素对铁焦性能的影响,并探讨了铁焦在富氢高炉应用的可行性和优势。结果表明,铁矿粉对铁焦的反应性具有正向催化作用,加入一定配比的黏结剂可使铁焦结构致密,炭化温度会影响铁焦金属化率,适当的炭化时间可提高铁焦抗压强度和反应后强度。部分铁焦代替焦炭应用于富氢高炉,在发挥其高反应性作用的同时,还可以保护焦炭,加速铁水的渗碳过程并改善高炉的透气性。建议深入探索铁焦在富氢高炉内的反应行为和性能演变特点,并结合富氢高炉对铁焦的性能要求和制备铁焦的影响因素,研究适用于高炉富氢冶炼的铁焦制备技术,以推动高炉低碳冶炼技术的实施。     

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。     

炼铁炉料结构技术的发展

高炉炼铁所用的炉料包括:炼结矿、球团矿、天然块矿、熔剂和焦炭。所谓炼铁炉料结构技术主要是指所用烧结矿、球团矿、天然块矿的比例。熔剂是在产烧结和球团过程中配加,在高炉正常生产时是不单独配加熔剂。焦炭用量是随高炉冶炼条件(包括入炉矿石含铁品位、热风温度、喷吹煤粉量、高炉操作水平和富氧率等)而不断变化的。国内外高炉炼铁的炉料结构是没有一个固定模式的。每个高炉都是根据本企业所能获得自然资源的条件(品级和价格)、铁矿石的冶金性能和物理化学成分,以及高炉炼铁成本等方面因素来进行选择的。随着各种条件的变化,不同时期会出现不同的炉料结构。总体上讲,炼铁炉料结构是受复杂因素影响的,是与炼     

《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)。     

不同反应性焦炭在炉料还原-软熔过程中的作用行为

随着钢铁企业“双碳”目标的提出，明确焦炭在炼铁过程中的作用行为至关重要。同时高炉富氢冶炼技术的推广给高炉内原燃料的反应行为带来了较大的变化，因此，研究在无氢和有氢气氛下不同反应性焦炭在高炉炉料还原-软熔过程中的作用行为对高炉冶炼具有重要意义。模拟高炉实际炉料结构，研究了不同反应性焦炭对矿石还原度和焦炭的气化率及孔隙结构变化的影响，探索焦炭反应性对炉料软熔性能及软熔带透气性的影响，解析不同反应性焦炭与渣铁界面作用行为的变化机理。研究结果表明，焦炭的反应性提高使各温度下矿石还原度和焦炭气化率均提高，各温度下焦炭的表层孔隙率增加，在无氢气氛下孔隙率的增加幅度低于有氢气氛，焦炭内部孔隙结构整体变化幅度较小。焦炭反应性提高后，炉料的软化温度区间减小且向低温区移动，在无氢气氛下熔化温度区间降低，在有氢气氛下熔化温度区间略有增加，焦炭表层碳基体劣化严重且强度降低，料层最大压差增加，透气性劣化，无氢时的影响程度强于有氢时的影响程度。增加焦炭反应性后，在无氢气氛下渣铁分离较好，且炉渣可以与焦炭灰分有效融合，使熔化带向低温区移动；在有氢气氛下，焦炭表层灰分含量较高，且不能及时与炉渣融合更新焦炭表面的活性点...     

JFE在高炉中使用金属化炉料

<正>金属化炉料包括经过转底炉处理的金属化球团、废钢铁、预还原烧结矿等。其中金属化球团已经过高炉生产检验,发现有利于降低还原剂比。高炉每用10kg/t,还原剂比降低2.3kg/t。近年来,JFE为了应对高炉原燃料的劣化,开发出了使用金属化炉料来稳定高炉操作和降低还原剂比的新技术。即在烧结矿质量较差(如RDI较高)时,或者焦炭转鼓指数较低时,用金属废料替代部分氧化铁     

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...     

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。     

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。     

焦炭反应性对高炉块状带含铁炉料还原的影响

研究了五种具有不同反应性的焦炭对高炉块状带含铁炉料还原的影响规律,并对料层的压差、CO体积分数以及含铁炉料的还原程度进行了分析.当炉内通入的原始气体中CO体积分数(仅考虑CO和CO₂)为72.22%时,随着焦炭反应性的增强,焦炭气化速率加快,含铁炉料颗粒周围的CO体积分数升高,含铁炉料的还原度依次增高,还原度从使用低活性焦炭时的33.18%增大到使用高活性焦炭时的53.83%;而当原始气体成分中CO体积分数为66.67%时(低于900℃还原FeO的平衡气相体积分数),使用高反应性焦炭也可还原出金属铁.由此可见,适当增加入炉焦炭的反应性,可促进焦炭与含铁炉料间的耦合反应,提升料层CO体积分数,提高含铁炉料进入软熔带区域的金属化率.     

添加铁矿粉对焦炭质量影响的研究

高反应性焦炭能够降低高炉焦比,减少CO2的排放量,改善高炉内铁矿石还原反应的反应效率。研究了在配合煤中添加碱性铁矿粉和酸性铁矿粉炼焦,铁矿粉的配入量对焦炭热性能的影响规律。试验结果表明,随着铁矿粉配入量的提高,焦炭的反应性增大,随后增幅放缓,且添加碱性矿粉的焦炭反应性高于添加酸性矿粉的焦炭,反应后强度与机械强度均有明显劣化;焦炭的灰分增大、硫含量逐步下降;焦炭的各向异性指数不断下降。     

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.     

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。