钢铁制造流程炼铁区段耗散结构的解析

为了研究钢铁制造流程耗散结构的本质及其特征,以高炉炼铁区段为对象,研究解析了多工序协同动态运行条件下的耗散结构优化问题.由料场、焦化、烧结、球团、高炉等工序所组成的炼铁区段,不仅是钢铁制造流程中重要的物质/能源转换中心,也是全流程动态有序、协同连续运行的关键和基础环节.炼铁区段的物理本质是铁素物质流在碳素能量流的驱动和...     

"双碳"背景下我国炼铁碳减排路径

结合我国高炉炼铁生产现状,从优化炉料结构、提升高炉操作水平、关键节能降碳技术创新、能源高效回收利用、突破性的低碳新技术等方面,分析了"双碳"背景下我国炼铁工序的碳减排路径.认为,应在保持炼铁生产绿色、高效、智能的前提下,发挥多种措施和手段,降低碳排放强度,实现低碳转型发展;实现炼铁系统本身的"碳中和"依靠现有工艺技术难...     

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。     

高炉的碳达峰与碳中和

分析现阶段我国高炉炼铁工艺各环节涉及的碳排放因子,研究高炉降碳潜能。提出了改善原料结构,推动大球比冶炼、用生物质煤等清洁能源部分取代高炉传统化石能源、推广除尘灰压块技术等多项具体的高炉降碳措施。对高炉氢能冶金的降碳效果进行了评估和可行性分析,并对传统的高炉长流程冶炼和新型去高炉短流程冶炼进行能耗对比,挖掘现有装备和工艺技术条件下高炉最大的降碳能力,探索高炉降碳的新工艺、新技术,旨在助力我国高炉炼铁实现低碳、高效、绿色、可持续发展,早日实现碳达峰和碳中和的发展目标。     

现代炼铁工艺及低碳发展方向分析

分析了现代高炉炼铁和非高炉炼铁(直接还原、熔融还原)工艺特点和发展现状,从多个方面比较现有生产条件下各工艺的优缺点。从能源结构、生产规模及工艺成熟度阐述高炉炼铁在当前仍是国内主流工艺,并结合当前国内外低碳发展趋势和政策要求,提出高炉工艺降低碳耗的措施,明确了以“短流程”替代“长流程”和以新能源替代碳素冶金的发展方向,以最终实现“零碳炼铁”。结合现有的国际上的能源结构调整方向,指出了氢冶金的发展方向。     

世界高炉炼铁技术的发展现状与趋势

近10年来,国外在炼铁工艺流程结构优化,高炉大型化、现代化、高效化、低碳化等方面取得了显著成就,高炉生产效率不断提高,燃料消耗不断下降,高炉清洁低碳生产技术迈向新的发展阶段。阐述了世界高炉炼铁技术近年来的发展现状,如高炉大型化、工艺流程结构优化、高炉长寿技术、高炉低碳炼铁技术等。认为:基于现有高炉炼铁工艺流程,通过装备现代化、大型化和工艺优化,可以取得优异的技术经济指标,进一步提高技术竞争力;延长高炉寿命、提高球团矿入炉比例、提高炉料分布精准控制水平等,是未来高炉改善工艺操作、优化工艺装备的重要技术途径;未来高炉炼铁工艺创新发展的重点是氢基燃料的大量应用,实现碳-氢耦合还原和高效耦合的“三传一反”过程,提高H₂在高炉内的利用率。     

面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展方向

通过对高炉炼铁的功能解析,以及流程集成与结构优化,论述了面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展方向,指出高炉精料、炉料合理分布控制、高效长寿、高风温、富氧喷煤、煤气干法除尘等关键共性技术,仍是未来高炉低碳绿色发展的重要技术基础、技术支撑和技术保障。认为现代高炉炼铁要构建动态精准、高效运行的生产体系,以高效率、低成本、低排放为目标,提高生产效率、降低能源消耗、减少环境污染,实现高炉炼铁"高效、低耗、长寿、低碳、绿色"的协同发展目标,着力提高综合技术装备水平,大力发展循环经济,实现低碳绿色制造。     

包钢高炉炼铁优化配矿平台的开发与应用

为了降低高炉炼铁系统原料成本,实现自铁矿石采购到高炉炼铁全过程协同优化,开发了一个高炉炼铁全系统、全流程优化配矿平台.全流程是指从铁矿石采购到高炉产出铁水的整个工艺流程,全系统是指钢铁企业所有高炉炼铁整体系统.优化配矿平台包括数据库系统、单座高炉优化配矿平台、全系统高炉优化配矿平台、生产数据采集与分析平台4部分.平台以...     

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...     

节能减排 低碳炼铁 实现中国高炉生产的科学发展

介绍了中国近年来高炉炼铁的概况,侧重介绍在节能降耗、高风温、装备大型化等方面的技术进展。进而深入论述炼铁技术科学发展观的内涵,主要包括：加强炼铁工业结构调整,认真转变发展方式,转变观念,以精料为基础;以低碳炼铁为目标,寻求与冶炼条件相适应的合适冶炼强度,合理富氧喷煤、提高风温、大力降低焦比;重视高炉煤气流分布及能量利用,降低风耗、电耗乃至所有能耗;重视环境保护,努力降低排放,并加强其无害化处理;从而实现高炉炼铁在低耗、高效、优质、长寿和环保诸方面新的突破;与此同时,要采取坚决措施整顿炼铁的无序生产,不能让落后产能复出或继续生产。节能减排,低碳炼铁,是实现中国高炉炼铁生产科学发展的中心环节。     

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。     

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。     

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...     

关于中国钢铁企业炼铁系统减碳路线的思考

节能减排是目前钢铁企业面临主要任务之一,结合中国钢铁企业炼铁系统的情况,对传统高炉炼铁流程实 现减排的技术优化措施进行了分析,介绍了以降低高炉燃料比为核心的减碳技术和低碳能源的开发利用情况;根 据气基直接还原工艺技术的要求并依据国内现有能源、资源分布状况和结构特点,展望了国内钢铁行业炼铁系统 减碳工作的前景。     

高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义

中国钢铁工业规模巨大,主要由高炉 转炉长流程生产,其能源结构中90%为煤炭,是国家兑现2030年降低碳排放强度承诺的主战场之一。基于当前低碳炼铁技术的研发进展、中国面临的碳减排任务、中国钢铁工业的生产模式、中国钢铁工业碳排放现状等基本事实,提出了以高炉为主体、以炉顶煤气循环耦合富氢还原为技术特征的钢铁工业低碳发展的可行路径,分析了该工艺研发所面临的关键问题,以期引起钢铁行业的重视,为中国钢铁工业进一步深度降低碳排放提供参考。     

高炉- 转炉区段铁水运输温降综述

节能降耗是钢铁企业长期发展的核心内容,高温铁水作为冶炼过程中能量流的载体,铁水温度始终是降低钢铁生产成本、保障钢铁产品质量的关键因素之一。综述了高炉- 转炉区段铁水热量损失的主要方式和影响因素,分析了铁水运输过程温降的关键问题,指出了新型界面技术——“一包到底”模式,是铁水运行周期短、温降小的基本保障。钢铁企业还可以通过研制铁水覆盖剂,减小铁水面散热;优化铁水包保温结构,包括增设绝热层和保温盖等措施,有望为进一步减小铁水温降提供参考和依据。