Developments in Alternative Ironmaking

Alternative ironmaking processes compete with the blast furnace process route. The blast furnace, the most important hot metal producer, has improved over the years and continues to do so. Consequently replacing the blast furnace is a formidable task. The success rate of alternative processes has been low, i.e. limited to niche applications. Why do we continue to work in this field? Because the drivers to develop alternative processes are very strong. For example, the expected coke shortage has been the driver for coal based developments in Europe in the period 1980–1990. Some of the recent developments evolved from the work done in that period. In later years, around the year 2000, the Climate Change issue became the driver for development. And the high price level of iron ore of the last decade can spur a new wave of ironmaking developments. The HIsarna alternative ironmaking process is an example of a development that combines several of the drivers mentioned above. The process has the potential to considerably reduce the CO₂ emissions per ton. But it can also use more economically priced raw materials such as non coking coals and iron ores outside the quality range for blast furnace ironmaking. Therefore the process can offer economic benefits as well as environmental benefits.     

The production of large blast furnaces during 2016 and future development of ironmaking in China

The production and development of the ironmaking process in China are crucial for energy saving, emission reduction and transformation and promotion processes of iron and steel industry. In order to fully understand the production and techniques of ironmaking blast furnace in China, the production and operation indexes of large blast furnaces were analysed in this paper. Then challenges of the ironmaking in China were discussed. On this basis, the future development of ironmaking in China was further analysed. The study will contribute to understanding the state of ironmaking process of China.     

高炉炼铁技术创新实践及未来展望

 炼铁工业已迈入绿色化、智能化发展之路。中冶赛迪根据多年冶金技术研发与工程实践,在高效、长寿高炉领域取得了一系列成果,开发了多项低耗低碳冶炼技术,助力炼铁工业的绿色化发展。同时,将智能化作为引领炼铁技术从传统工业向高质量发展的重要引擎,基于冶金工程流程学理论,创建了全球首个铁区一体化智能管控平台,未来将进一步运用大数据、人工智能、数字孪生和数学模型,打造新一代智慧高炉,并大力开发氢冶金等低碳炼铁新工艺技术,朝着绿色炼铁的新目标前进。     

多座高炉集中供铁水的“机械一罐制”布置模式

根据国内目前已实施的铁钢界面衔接现状,通过调研、分析研究,提出多座高炉集中供铁水的新型"机械一罐制"布置模式。该布置模式可以实现1~4座高炉集中于一处供应炼钢铁水,同时有利于分期分步建设,且先期建设成本低。炼铁-炼钢界面衔接简洁,炼钢厂房空间利用率高,生产组织调度灵活。总图布置紧凑、省地、省投资,有利于钢铁厂节能降耗、清洁生产、降低生产运营成本,提高企业竞争力。     

用当代先进的钢铁生产工艺和技术建设新型钢铁厂

计划建设的北仑钢铁厂是采用ＣＯＲＥＸ炼铁、转炉炼钢、薄板坯连铸连轧的全新的紧凑式钢铁厂。ＣＯＲＥＸ是用非炼焦煤与氧气的熔融还原炼铁法，取代传统的高炉、焦炉、烧结组成的炼铁系统。薄板坯连铸连轧将近终形连铸与直接轧制相结合，缩短了传统连铸与轧钢工艺流程。采用这二种技术使钢铁生产流程变得简洁、紧凑。ＣＯＲＥＸ煤气考虑用以生产海绵铁热压块与燃气轮机联合循环发电。     

关于高炉低硅冶炼的探讨

分析了高炉内硅的来源和硅在高炉内还原的特点,总结了目前国内外高炉低硅冶炼的现状,提出了高炉低硅冶炼的措施。     

中国大型高炉生产现状分析及展望

 4 000 m3以上大型高炉是高炉炼铁先进技术的集中体现,相对于容积小的高炉,大型高炉单位炉容投资少、能耗低、环境负荷低、劳动生产率高。2000年以来,随着钢铁需求的迅猛增加,一批4 000 m3以上大型高炉在中国相继投入运行,在炼铁工作者的不懈努力下,大型高炉的操作管理取得了突出的成绩和效果。通过分析中国4 000 m3以上大型高炉的生产现状,对存在的问题提出了改进建议,并对炼铁今后的发展进行展望,希望对中国高炉炼铁的发展有一定促进作用。     

大型钢铁厂铁水运输方式的比较

大型钢铁企业中,高炉和炼钢之间的铁水运输方案对整个公司运行的稳定、成本、质量都有着显著的影响。近年来,在国内新建的大型钢铁企业中,在铁钢界面间出现了多种多样的铁水运输方式,不同的运输方式有不同的适应性。针对鱼雷罐铁路运输和铁水罐运输两大类方式进行了综合比较,说明对于拥有2座以上大型高炉的钢铁企业,采用鱼雷罐铁路运输对生产组织适应性更好,同时为了提高运输效率,减小运输过程温降,应尽可能采用大型鱼雷罐,缩短运输距离,从而提高鱼雷罐周转率。     

“双碳”背景下低碳排炼钢流程选择及关键技术

“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念,为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念。基于“双碳”目标的深度解析,中国钢铁行业处于“碳锁定”状态,只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”。结合当前钢铁工业生产结构、冶炼原材料供应、冶炼能源、节能减排水平以及CO₂排放现状,给出了合理的碳达峰时间及峰值。未来二三十年中国钢铁生产主要流程依然是长流程和短流程并存,氢冶金技术还难以进行工业生产,提升全废钢短流程炼钢的比例是降低碳排放的主要措施。从长远来看,长流程中炼铁工艺由碳还原逐渐向氢还原是大势所趋,炼铁工序的产品将由原来的高碳铁水转变为低碳铁水或直接还原铁（DRI）,具有较高脱碳的转炉炼钢就没有明显优势,发展电弧炉炼钢流程是必然选择。但实现“碳中和”还要依靠氢冶金,碳捕集、利用与封存技术的发展和应用,以及制度的变革。基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究,针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题,开发了一系列关键技术,实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制,为全废钢电弧炉的发展提供理论支持。      

STRATEGIES FOR PROCESSING LOW-GRADE IRON ORE MINERALS

The conventional routes for making iron and steel require that the ore be upgraded through a series of physical separation processes in sequence. The unit operations involved include crushing, grinding, separation, dewatering, pelletization, blast furnace processing, and basic oxygen furnace processing. This complex sequence is not cost effective for many low-grade ores that are resistant to physical concentration. For example, many ores contain iron oxide in a nonmagnetic form and are so fine-grained that it is uneconomical to grind them to a fine enough size to separate the iron oxides from the gangue. Exploitation of these iron minerals needs to take a different approach, using fewer process steps than are required for conventional ironmaking. Results are presented showing that it is possible to produce metallic iron directly from low-grade ores. The metal is in a form that can be easily separated to produce a high-grade iron product, and the iron recovery is greater than can be achieved from difficult-to-process ores by conventional means.     

中国高炉炼铁技术装备发展成就与展望

 近40年来，我国钢铁工业取得了巨大进步，钢铁产量连续多年居世界第一。我国高炉炼铁技术装备在大型化、现代化、高效化、长寿化等方面发展成就显著。2000年以来，一批5000m3以上特大型高炉、500m2以上大型烧结机、7.63m超大容积焦炉和年产400万t/a以上大型球团生产线相继建成投产，一系列自主研发、集成创新的炼铁关键技术在生产实践中取得重大应用成效。在技术装备大型化的同时，高炉富氧喷煤、无料钟炉顶、煤气干法除尘、顶燃式热风炉及高风温、高效低耗烧结技术、大型清洁炼焦技术等先进技术及其装备研发与应用成效显著，有力推动了炼铁技术装备进步。到本世纪中叶，我国钢铁工业格局和流程结构将发生重大变革，减量化、绿色化、智能化、高效化将是未来一个时期炼铁技术装备的主要发展趋势。     

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。     

高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究

钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性. 在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO₂与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量. 本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析. 研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高. 在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO₂(C₂S)、3CaO·SiO₂(C₃S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求. 此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.      

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。      

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。     

Tin and zinc separation from tin,zinc bearing complex iron ores by selective reduction process

Abstract

Tin, zinc bearing complex iron ores are typically intractable and have not been efficiently utilised in China. In this investigation, the process mineralogy of the tin, zinc bearing iron ores and reduction behaviours of iron, tin and zinc oxides by CO were investigated. A selective reduction roasting process was initially developed to separate tin and zinc from the complex iron ores. Under optimum conditions, most of the tin and zinc were effectively removed from the iron ore pellets, and the roasted pellets could be used as high quality ironmaking burdens for large scale blast furnaces.     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

“碳达峰”和“碳中和”是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题。从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现“碳中和”需要解决的关键技术问题。分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现“碳中和”的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现“碳中和”的重要补充。高炉喷吹富氢气体、氧气高炉和全氧熔融还原炼铁等技术可以减少碳排放,但碳排放的减少量有限,必须要与末端CO₂吸附、储存和利用相结合,才能够实现“碳中和”。为了按期实现钢铁工业的“碳中和”,需要解决的关键技术问题有低成本氢气制备技术、煤气高温加热技术、炉顶煤气CO₂低成本脱除技术和CO₂的储存与利用技术。     

Iron Ore Sintering: Environment,Automatic, and Control Techniques

Sintering is a process of agglomeration of iron ore fines, fluxes, recycled products, slag-forming elements, and coke with the purpose of achieving an agglomerated product with the suitable composition, quality and granulometry to be used as burden material in the blast furnace. However, the sintering process accounts for an important percentage of the ironmaking and steelmaking emissions, so the minimization of them will promote environmental and health improvements as well as economical profitability. Automatic and control systems contribute to all these objectives.     

高炉炼铁合理配矿研究

2003年中国的生铁产量超过2亿t,作为炼铁原料的国产铁精矿和进口铁矿几乎各占一半;国产铁精矿是细粒度的磁选精矿,进口铁矿则以粉状赤铁矿为主.如何合理配矿,成为当前必须认真研究的课题.回顾了我国炼铁工作者贯彻"精料"方针取得的成就,并就国内外铁矿资源的状况、特点及合理配矿进行探讨.     

太钢烧结矿适宜碱度的试验研究及生产实践

经过实验室,工业性试验研究表明,结合太钢铁系统的现状,在太钢现有原料条件和炉料结构下,生产碱度为１．５的烧结矿基本能够满足太钢生产的要求,烧结矿的产、质量得到保证,高炉炉况基本能够稳定顺行,高炉经济技术指标改善,烧结能力充分发挥,取得了很好的经济效益。