氢还原竖炉的模拟分析

利用一组物料、热量守衡式及其他有关约束关系,建立了氢还原竖炉模拟模型,可定量考察消耗量、生成量和氮气、CO兑入成分、DRI金属化率、入炉煤气温度等的关系。模拟结果表明:兑入CO可使入炉煤气量从纯氢还原的1 650N·m3左右下降到1 200N·m3左右;当CO和H2的体积之比V(CO)/V(H2)约为0.6时,氮气兑入量约为0,竖炉能量利用最佳;当V(CO)/V(H2)体积比为0.3时,最佳氮气兑入成分约为11%;纯氢还原最佳氮气兑入成分约为25%;兑入氮气可以减少入炉氢气的量,但不能减少入炉气体的总量。对氢还原竖炉模拟结果可为其工艺设计、操作和节能等提供参考信息。

低碳氢冶金炼铁技术进展及包钢氢能炼铁技术途径探讨

钢铁工业是国民经济发展的支柱型产业,钢铁工业的节能降碳是实现国家“碳达峰、碳中和”发展目标的重中之重。文章简要介绍了主流低碳氢冶金炼铁技术的种类及特点,阐述了国内外低碳氢冶金炼铁技术的进展及现状。高炉富氢还原技术和氢基竖炉直接还原技术是最主要的低碳氢冶金炼铁技术。其中,高炉富氢还原技术降碳能力有限,可作为钢铁行业短期低碳氢冶金炼铁技术的发展方向,如结合碳捕集利用封存(CCUS)技术,可进一步降低CO_(2)排放量。氢基竖炉直接还原技术从源头上摆脱了化石能源的应用,与传统“高炉-转炉”生产流程相比,可降碳80%以上,是钢铁工业工艺技术变革必然发展趋势。包钢积极响应国家绿色低碳发展战略及内蒙古五大任务,积极布局绿色低碳氢能炼铁技术于白云鄂博中贫矿的氢基矿相转化、高炉富氢还原及氢基竖炉直接还原技术,钢铁生产过程低碳绿色化明显提高。

数值模拟φ(CO)∶φ(H_(2))对直接还原竖炉反应过程的影响

随着制氢技术的发展,气基直接还原竖炉使用绿色H_(2)作为还原剂进行生产变得可行。在诸多非高炉炼铁技术中,富氢直接还原竖炉工艺有望解决传统高炉长流程工艺CO_(2)排放高的问题。但富氢直接还原竖炉面临的共性问题是还原煤气中H_(2)体积分数过高时还原吸热导致炉内热量不足,从而影响煤气利用率和金属化率。如何调整还原煤气φ(CO)∶φ(H_(2)),使CO还原过程释放热量来弥补H_(2)还原吸收的热量,并配合其他操作参数及炉型结构的优化,实现充分利用还原煤气中物理能与化学能,从而提高煤气利用率及金属化率,成为富氢直接还原竖炉亟需解决的问题。建立了富氢直接还原竖炉二维CFD数学模型,考察还原煤气中φ(CO)∶φ(H_(2))对竖炉内温度场、浓度场分布的影响规律。数学模型的正确性通过与实际工厂数据对比得以验证。模拟结果显示,当还原煤气中H_(2)体积分数上升时,竖炉内温度整体持续下降。随着还原煤气中H_(2)体积分数逐渐升高,H_(2)利用系数逐渐下降、CO利用系数缓慢增长,煤气综合利用系数呈现先上升后下降的趋势,当H_(2)体积分数为60%时,综合利用系数达到最高,为0.28。随着H_(2)体积分数的升高,竖炉出口铁摩尔分数呈现先上升后下降的趋势,当H_(2)体积分数为40%~50%时,铁摩尔分数最高可达95.67%。实际生产过程中,还原煤气中φ(CO)∶φ(H_(2))维持在40%∶60%左右可获得较高的煤气利用率及产品金属化率。

程潮磁铁精矿磁悬浮精选机提精降杂试验研究

为使程潮选矿厂的精矿球团满足氢基竖炉对品质的要求,在对现场精矿进行详细分析的基础上,采用悬浮磁精选机进行了精选试验。结果表明,试样不磨矿,直接进行2段悬浮磁精选机精选,可获得品位为68.63%、回收率为96.51%的精矿,并产生品位为36.11%、回收率为3.49%的精选尾矿;试样在磨矿细度为-37μm占75%、上升水流为12 L/min、磁场强度为8.8 kA/m情况下进行2段悬浮磁精选机精选,可获得品位为68.71%、回收率为98.81%的精矿,品位为18.38%的尾矿经磁选管再选可降至14.62%,获得的品位为51.06%、流程回收率为0.34%的低品位精矿可返回再磨作业。虽然2个流程均能获得符合目标要求的精矿,但有预先磨矿的流程不仅精矿品位略高,且回收率高2.3个百分点,因此,该流程有一定的优越性。

低碳炼铁技术研究现状及展望

简述了国内外高炉低碳冶炼的最新进展,结合我国国情以及发达国家钢铁工业发展经验,提出我国钢铁工业的发展方向之一应为焦炉煤气深度净化与重整-竖炉氢基还原-直接还原铁电炉冶炼的新工艺。相较传统铁前-转炉长流程工艺,焦炉煤气深度净化与重整-竖炉氢基还原-直接还原铁电炉冶炼流程可实现CO_(2)减排56.7%。

中国钢铁生产“碳中和”解决方案探讨

根据某工程各工序碳素流计算出全流程吨热轧钢材的直接CO_(2)排放量为1.786 t。以此为基数,就高炉-转炉长流程工艺的几种主要减碳技术的减碳效果进行了定量评估,发现减碳效果有限,只能作为从“碳达峰”到“碳中和”的过渡方案或最终解决方案的补充。从“碳中和”要求的角度看,以全废钢或气基还原铁+废钢为原料的电炉炼钢短流程无疑是最佳解决方案。结合中国资源条件就几种典型短流程组合方案进行了适应性分析,提出了以“氢基竖炉直接还原铁+电炉炼钢方案”为主、以“高炉-转炉长流程工艺减碳技术+碳捕集与封存(CCS)方案”和“全废钢电炉炼钢方案”为补充的“碳中和”解决方案,最后给出了安全低成本获取氢基竖炉直接还原铁所需的“绿氢”方案建议。