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低碳冶金、无碳冶金和氢冶金等新工艺

作者:源达旺小编 发布时间:2022-01-07 11:53:31来源:www.jknmbg.com人气:

  面向21世纪中叶的全球碳中和目标,低碳冶金、无碳冶金和氢冶金等新工艺不断涌现,技术发展日新月异。在全球范围内利用可再生能源制备出“绿氢”,应用于钢铁冶金工程,进而实现钢铁冶金的低碳化、脱碳化或无碳化,已经成为学术界一个热点研究课题。长期以来,我国钢铁制造流程以高炉-转炉为主,长流程粗钢产量约占90%,吨钢CO2排放达到1.8吨~2.3吨,减少钢铁冶金过程化石质碳素消耗和CO2排放,必须在现有工艺流程上进行重构优化和技术再创新,构建单元工序装置的新功能,进而实现全流程功能优化和效率优化。

  主要发展成就

  技术装备大型化

  2000年以来,我国高炉炼铁技术实现跨越发展。生铁产量稳居世界首位。高炉大型化、现代化、高效化技术装备升级成就突出,淘汰落后装备和产能、加大供给侧结构性改革成效显著。20多年来,我国高炉数量由增到减,高炉平均容积不断扩大,单座高炉的生产效能稳定提升、发展态势值得期待。

低碳冶金、无碳冶金和氢冶金等新工艺(图1)

  20多年间,我国高炉技术装备大型化、现代化发展迅猛、成就卓著。鞍钢、武钢、首钢迁钢、天钢、唐钢、邯钢、梅钢等一大批2500m³~3200m³级高炉相继建成投产;宝钢、太钢、马钢、鞍钢鲅鱼圈、首钢迁钢、本钢、安钢、包钢等一批4000m3级大型高炉也相继建成投产。值得指出的是,5000m³级高炉的设计、建造和运行,已经成为21世纪以来我国炼铁工业最具代表性的技术进步和发展成就。2009年5月份首钢京唐1号高炉建成投产,标志着我国已经完全掌握了5000m³以上巨型高炉设计、建造和生产运行技术,我国已成为继日本、前苏联和德国之后,世界上第四个拥有5000m³以上巨型高炉的国家。紧随其后,沙钢5800m³高炉、京唐2号5500m³高炉、宝钢湛江2座5050m³高炉、山钢日照2座5100m³高炉、京唐3号5500m³高炉相继建成投产。这些超大型高炉是我国钢铁冶金工程科技的集成创新和综合国力的集中体现,我国5000m³高炉数量仅次于日本(11座),已经是世界排名第二的国家。实践表明,我国在4000m3以上大型高炉的设计、建造和运行等方面,已经完全掌握了核心关键技术,全面实现了自主设计和技术装备国产化,并且在高炉煤气干法除尘、顶燃式热风炉利用低热值高炉煤气实现高风温等技术领域领跑国际。

  面向未来,我国高炉炼铁技术进步和结构优化将进一步围绕高炉大型化、现代化、高效化、长寿化、绿色化、低碳化开展,坚持低碳绿色、智能高效的高质量发展理念,到21世纪中叶成为世界领先的钢铁大国和钢铁强国。

  生产技术指标提升

  在我国钢铁产量快速增长的同时,通过工艺技术创新和装备技术进步,高炉主要技术经济指标不断得到改善和提升。高炉燃料比、焦比和煤比分别从2000年的547kg/t、429kg/t、118kg/t演变到2020年的529kg/t、355kg/t、148kg/t,燃料比、焦比相应下降了18kg/t、74kg/t,煤比提高了30kg/t;风温从2000年的1034℃提高到1115℃,提高了81℃;高炉利用系数、实物劳动生产率等指标不断优化,炼铁工序能耗、污染物排放等指标持续提升。21世纪以来,我国高炉技术装备大型化进程加快,据不完全统计,到2020年2000m3以上的大型高炉已经达到90余座,其中5000m³以上巨型高炉8座,4000m³级特大型高炉18座,3000m³级高炉19座,2000m³级高炉48座。近期还将有一批搬迁新建和扩容大修的大型高炉建成投产。

  近10年来,我国高炉炼铁技术经济指标不断得到优化和改善,主要表现在:

  (1)高炉平均利用系数稳定在2.5 t/(m3·d)以上,一批1000m3~2500m3高炉,利用系数达到3.5 t/(m3·d)甚至更高,居国际领先水平;

  (2)高炉燃料消耗呈现下降趋势,入炉焦比稳中有降,高炉煤比变化不大;

  (3)高炉热风温度徘徊在1100℃~1150℃之间,近几年还有所波动、反复,未能持续稳定提升,与国际先进水平差距较大(国际先进水平为1250℃,相差约100℃);

  (4)高炉炼铁工序能耗变化平稳,2020年降低到385.2 kgce/t,但仍有一定下降空间;

  (5)劳动生产率提高幅度较大,达到8500吨/(人·年)以上,体现了高炉大型化、高效化的经济效应。

  众所周知,高炉装备大型化和技术现代化,对于推动我国高炉炼铁产业创新和整体技术装备的提升,具有重大的现实意义和深远的战略意义,对于协调解决我国钢铁产业多层次、不均衡、不充分的发展问题和矛盾,发挥了无可替代的重要作用。毫无疑义,5000m3级超大型高炉的自主设计建造和生产运行,已成为我国钢铁工业迈向国际一流最具代表意义的产业创新和技术进步。

  1000m³级高炉炼铁主要技术特点

  值得关注的是,近年来我国一批1000m³~2000m³级高炉异军突起,技术进步成就突出。高炉利用系数有的高达3.5t/(m³·d)以上,甚至达到4.5t/(m³·d)以上。某民营钢厂的1080m³高炉日产量达到了4000 t/d,燃料比、焦比、煤比分别为526kg/t、361kg/t、150kg/t,风量为3000 Nm3/min,富氧率达到4.86%,风温为1140℃,炉顶压力达到215 kPa,煤气利用率达到50%,综合入炉矿品位达到57.75%。

  该级别高炉生产效率和消耗指标达到甚至超过了2000m3以上的大型高炉,无论是容积利用系数还是炉缸截面积利用系数,都要高于2000m3级大型高炉的平均先进水平。笔者通过实地调研和研究分析,发现我国一大批1000m3~2000m3高炉具有如下的技术特征:

  (1)注重精料技术。不再片面追求购买低价铁矿粉获取暂时的经济收益,而是以高炉稳定顺行和高效低耗为核心,在全流程层次降低生铁成本;高炉燃料比普遍为510kg/t~520kg/t,有的高炉燃料比甚至低于500kg/t,可与先进的大型高炉相媲美;

  (2)采用富氧鼓风强化高炉冶炼,提高生产效率。有的高炉富氧率达到5%甚至更高,炉腹煤气量降低,高炉煤气还原势增加,高炉透气性改善,促进高炉顺行,实现了稳产高效(理论上富氧率提高1%,增产达4.76%);

  (3)具有足够的鼓风速度和鼓风动能,不少高炉的风速达到260m/s以上,有助于活跃炉缸工作,提高中心气流穿透性,从而改善炉缸透气性和透液性;

  (4)增加风口数量。比同级别的传统高炉增加约2个风口,炉缸活跃性和工作均匀性增加,促使炉缸死焦柱始终保持动态变化之中,更新周期缩短、更新速率加快,有助于炉缸活跃,炉缸透气性和透液性改善,炉缸工作进程加快;

  (5)从高炉设计和炉型特征上分析,由于高炉径向尺寸相对较小,圆周方向易于实现均匀化,直径方向易于调控,上升煤气和下降炉料之间的热量、动量和质量传输耦合效应较好。配合无料钟炉顶炉料分布控制技术,炉料三维偏聚受到抑制,炉料透气性改善,有利于加快冶金进程,在获得高效生产的同时,燃料消耗也能保持较低水平;

  (6)提高炉顶压力,高炉压差降低,有利于降低煤气表观流速,延长煤气停留时间,促进间接还原进程,高炉透气性得到改善,提高煤气利用率。有不少这一级别的高炉顶压达到200kPa以上,有的高炉顶压达到或超过240kPa,甚至高于3000m3级以上的高炉。

低碳冶金、无碳冶金和氢冶金等新工艺(图2)

  山东源达旺钢材有限公司为一家专业致力于现货、异性加工、免费拿样、一站式采购钢材企业。架子管主要用于建筑管材、建筑工地支架、安全防护支架作用。其作用还多见于用在使用、天然气的传输管线,因其管线的壁厚达标和抗拉强度及冷弯性比较符合规定。架子管主要由:外套、梁芯、活节组成。架子管由管扣件和钢管构成,架子管和扣件的共同组合使用组成了钢管式脚手架,架子管是扣件式钢管脚手架的重要组成部分。


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