冶金技术在钢铁工业低碳发展中的应用研究

综述了国内外钢铁工业的环保治理与节能技术的进展,并对今后的发展方向进行了展望。高炉转炉技术重点发展低碳高炉,以取代氢焦油为主,特别提出了以碳搜集和利用为基础,将冶金废气应用于化工产品的生产,是目前最彻底、最合理、最可持续的方法。高依托技术力量,开展了零碳钢化学、能源一体化网络工程,也就是神威CCU(SCENWI CCU)项目,强化对冶金废气的收集、输送和净化。并发展化工过程和产品,为促进钢铁工业的可持续、高质量发展,提供有力的支撑。

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。非高炉炼铁技术作为新兴技术仍将持续研究发展。

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。

低碳减排的绿色钢铁冶金技术

低碳减排是钢铁行业面临的最紧迫问题。回顾了国际钢铁工业环境治理、低碳减排技术研发现状,分析了低碳减排的重要发展趋势。高炉-转炉流程应重点发展以氢代焦为代表的低碳高炉炼铁技术,而特钢系统则应以发展富氢气基竖炉直接还原技术为主。特别指出,基于碳捕集和利用(CCU)思想,利用冶金废气制造化工产品是高炉-转炉流程最彻底、最合理、最可持续的减排方式,应当汇聚冶金、化工、能源、信息等行业的技术力量,实施碳排放趋零的钢铁-化工-能源一体化网络集成项目,即神威CCU项目(SCENWI CCU),加紧冶金废气的捕集、输送、处理和化工工艺与产品开发。同时,发挥中国优势,基于工业互联网平台,建设冶金-化工-能源三大系统密切结合、协同管控、稳定运行的智能制造网络系统,解决系统的复杂性、动态性、波动性等关键瓶颈问题,支持钢铁行业碳排放问题的彻底解决,促进钢铁行业可持续、高质量发展。

碳铁复合低碳炼铁炉料制备与应用研究

在未来相当长一段时期内,高炉-转炉流程仍是钢铁生产的主导流程。高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键环节。碳铁复合炉料新技术是当前最可能实现的低碳高炉炼铁技术。阐明了高炉使用碳铁复合炉料低碳冶炼的原理,系统研究了碳铁复合炉料的制备、冶金性能优化、对含铁炉料还原过程的影响以及对高炉综合炉料熔滴性能的影响及其机理,形成了完整的竖炉法碳铁复合炉料制备和应用技术。结果表明,碳铁复合炉料制备工艺优化条件为15%铁矿B、55%烟煤A、10%烟煤B、20%无烟煤C,压块温度为300℃,1 000℃炭化4 h,此条件下碳铁复合炉料抗压强度达4 970 N,反应性为61.08%,反应后强度达51.23%;混装10%碳铁复合炉料,1 100℃还原时球团还原率提高7.69%;随着碳铁复合炉料添加量的增加,综合炉料软化区间从206.3℃增加到218.9℃,熔化区间从171.1℃降低到124.8℃,滴落率先升高后降低,透气性改善,综合炉料中碳铁复合炉料添加量不宜超过焦炭的30%。

联合大数据和神经网络的高炉透气性预报模型

高炉的透气性对炉况的顺行至关重要,尤其是对受透气性约束(焦比大幅降低)的低碳高炉,但相关的研究十分有限。在生产实践中,高炉的透气性往往由后验获得,当高炉生产不稳定或炉况异常时,后验方法使得透气性的提高变难,此外,在低碳高炉的设计阶段是不可能通过后验方法获得其透气性的。因此,需建立先验的透气性指数预测模型以解决上述问题。基于现场收集的大数据,通过Pearson系数和灰色关联度分析(GRA)系数的相关性热力图方法对影响高炉透气性指数的变量集进行分析,明确了44个影响高炉透气性指数的特征参数。然后,对这些参数进行了数据清洗和归一化处理,以避免因存在数据值缺失、异常、特征变量间存在数量级差异等而引起的问题,构建了预测透气性指数的数据集。进而基于这些过滤后的大数据,建立并训练了一个用于预测高炉透气性指数的神经网络模型(PI-Net),该模型由输入层、3层隐藏层和输出层构成。研究结果表明,在测试集上PI-Net的均方误差为9.6×10^(-5)、均方根误差为9.78×10^(-3)、平均绝对误差为7.6×10^(-3)、线性回归决定系数为0.9792,表明了建立的模型具有合理的准确性、鲁棒性和泛化能力。最后,应用PI-Net评估了几个典型低碳高炉设计方案的透气性指数特性,并探讨了受透气性约束的低碳高炉设计方案可行性。

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1000℃炭化4h;获得抗压强度3977N、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。

铁焦高温冶金性能评价方法的研究进展

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。