我国的铁矿资源和煤气化技术能够满足竖炉直接还原铁生产发展的需要

我国丰富的铁资源和选矿技术具有满足直接还原铁竖炉生产发展需求的潜力。正在中国运行的大批煤气化生产装置能否用于直接还原铁生产,关键问题是煤制合成气的投资、能耗、成本能否具有市场竞争力。以及现有煤气化工艺技术,如何与成熟的MIDREX、HYL,-III、PERED等竖炉直接还原技术合理地匹配,形成具有中国特点的煤制气生产直接还原铁的联合工艺。工业实践表明,目前最经济的煤制气工艺的设备是每千立方米有效气的投资及耗氧量最低,消耗蒸汽少,煤耗较低、环保成本低,反应器压力约1-1.5MPa的煤气化工艺。作者根据目前收集到的数据,初步比较判断,技术经济上最合理的方案是粉煤流化床煤气化工艺与竖炉直接还原工艺的组合。

直接还原技术进展及其在中国的发展

近年来,全球直接还原铁(DRI/HBI)产量和需求逐年增加,表明直接还原技术是钢铁工业不可缺少的组成部分,有助于炼铁生产摆脱焦煤资源短缺的羁绊,降低钢铁生产能耗,提高钢铁产品质量和品质。气基竖炉生产规模不断增大,成为主要的生产工艺;竖炉直接还原铁热装热送技术的发展进一步降低了工序能耗。回转窑、隧道窑等工艺在特定地区迅速发展,但很难成为直接还原铁生产的主流。我国具备发展直接还原生产的资源条件和技术基础,煤制气—气基竖炉技术是可能的主要发展方向。

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。

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。

基于DEM法的竖炉螺旋排料机对物料下行速度的影响

位于直接还原竖炉底部的螺旋排料装置直接影响着炉料的下行速度,进而影响直接还原的反应进程及得到的海绵铁的金属化率。为了得到类似活塞流的炉料下行速度,本文利用离散单元软件EDEM建立了六种改变螺旋叶片直径和螺距的螺旋排料机模型。结果显示:缩小螺距虽然能使炉料下行速度沿着竖炉径向分布变得更加均匀,但其影响程度没有缩小螺旋叶片直径大。当最小片螺旋叶直径为500 mm时,炉料下行速度分布近似为一条水平线,但此时竖炉中心炉料下行速度过慢,容易增大死料堆的高度,故综合考虑竖炉的实际生产,在本模型中螺旋叶片的最小直径应不小于600 mm。

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。

非焦煤炼铁工艺及装备的未来(2)——气基直接还原炼铁工艺及装备的前景研究(下)

气基直接还原工艺中以MIDREX法和HYL法为首的竖炉法占据主要地位,本文承接上篇,分析了HYL-Ⅲ与Energiron工艺的操作流程和工艺特点,并与MIDREX工艺做对比:HYL以水蒸气裂化天然气产生的75%以上氢气的还原气,带来工艺上的重大变革,可以提升反应温度、放宽原料硫含量的要求,还原气的利用率和反应速率得以大幅提高,一举多得。但其高压操作的特性,增加了投资和维护成本。HYL/Energiron运用了气动输送技术,高级自动化技术,CO2吸收技术等提升工艺的可靠性和环境友好性。

钢铁工艺流程概述及发展方向初探(上篇)

概述了高炉—转炉传统流程和近年来国内外非高炉—电炉短流程的科研、技术开发及工业生产应用状况,对比了两种钢铁流程在过程优化、能源环保、指标提升方面的差异。重点概述了Corex工艺和气基竖炉直接还原两种非高炉炼铁工艺,一定程度上为钢铁企业即将或正在实施钢铁新流程在方向选择、技术选择上提供了较为全面的借鉴。

钢铁工艺流程概述及发展方向初探(上篇)

据国内外相关钢铁流程专业技术文献资料,概述高炉—转炉传统流程和近年来国内外非高炉—电炉短流程的科研、技术开发及工业生产应用状况。文献资料表明,传统钢铁企业在日剧严峻的排放压力背景下,一方面必须走传统流程绿色化、智能化高质量发展道路,另一方面须积极展开非高炉工艺的研究、技术路线选择及应用。本文概述了Corex、Finex、Hlsmelt流程、煤基竖:炉直接还原等多种非高炉炼铁流程的工艺特点及与传统流程在过程优化、能源环保、指标提升方面的对比差异。重点概述了Corex工艺和气基竖炉直接还原工艺,一定程度上为钢铁企业即将或正在实施钢铁新流程在技术选择、方向上提供了较为全面的借鉴。

基于遗传算法DRI竖炉内流场的影响因素

气基直接还原铁(DRI)竖炉内的气流分布对DRI生产过程有着重要影响。利用分析软件ANSYS对直接还原铁竖炉内还原气气流分布规律及其影响因素进行研究。模拟分析中将球团矿简化为多孔介质,通过试验测得的惯性阻力系数和黏性阻力系数作为模拟过程的一个基础输入参数。将计算结果通过神经网络找到相互的映射关系,得到气基竖炉部分工艺参数与炉内压强、过渡段串流情况的关系。通过遗传算法优化,得出竖炉内理想气流分布时的状态影响因素。研究结果显示,炉内气流分布状况与状态影响因素有直接关系,并得出影响竖炉内合理流场的主要状态影响因素为炉顶压强和冷却气出口压强。

高铬型钒钛磁铁矿综合利用现状及进展

高铬型钒钛磁铁矿是一种典型的多金属共伴生矿产资源,具有极高的综合利用价值。目前主要的冶炼流程为高炉—转炉。该工艺处理量大、生产规模大、技术成熟,但有价组元利用率低、资源浪费严重、环境负荷高。并且转底炉、回转窑等非高炉流程亦具有能耗高、钛渣品位低活性差等一系列缺点。基于气基竖炉直接还原的优越性,研发了高铬型钒钛矿氧化造块—气基竖炉直接还原—熔分新工艺。高铬型钒钛矿适宜氧化焙烧条件为1 300℃下焙烧20min;在1 100℃、V(H2)/V(CO)=5/2条件下还原35min,还原率达95%;最佳熔分条件为配碳比1.2,熔分温度1 650℃、熔分时间45min、CaF2配量2%(质量分数),碱度1.1。该种工艺下铁、钒、铬、钛收得率分别约为99%、98%、95%和95%,实现了有价组元的高效分离,是高铬型钒钛矿高效低碳综合利用的首选技术之一,为攀枝花钒钛矿的综合利用提供了参考。

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。

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。

非高炉炼铁技术现状及其在中国的发展

非高炉炼铁技术(或称非焦炼铁技术)是当今钢铁冶金发展的前沿技术之一。近年世界直接还原铁产量增长迅速,约占全球铁总产量的7.4%;熔融还原工艺中仅COREX工艺和FINEX工艺实现了工业化生产,但生产成本未达到预期,有待完善。非高炉炼铁技术是解决我国钢铁工业实现可持续发展,适应日益提高的环境保护要求及提高钢铁产品质量和品质的重要途径。受资源的制约,我国直接还原铁生产的发展缓慢,产量不到全球直接还原铁(DRI)产量的1.0%。根据我国的资源状况、能源条件和发展的需要分析,熔融还原与煤制气—竖炉直接还原技术将具有广阔的发展前景。