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钢铁
钢铁

翁宇庆

月刊

0449-749X

gangtiebianjibu@163.com

010-62182345

100081

北京海淀区学院南路76号

钢铁/Journal Iron & SteelCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1954年，是由中国科协主管，中国金属学会主办，我国冶金界历史较长的综合性科技期刊，也是反映钢铁工业的科技成就的主要刊物之一，在国内外享有 较高的声誉。其宗旨是面向生产、结合实际，坚持为钢铁工业生产建设服务，报道钢铁工业的科技成就、生产工艺的技术进步、生产工艺的技术进步、品种质量的改善提高、新技术新产品的开发应用、企业经营管理经验和专业理论应用研究等，以提高钢铁行业科技工作者和干部的科技水平，促进钢铁工业的发展。
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    焦化行业典型大气污染物控制技术研究进展

    李毅仁李玉然刘娟侯环宇...
    91-101页
    查看更多>>摘要：自党的"十八大"以来,国家将大气污染防治工作纳入社会经济发展全局.焦化行业成为继火电、钢铁行业之后又一个即将实施超低排放的行业.中国是世界上焦炭产量最大的国家,2023年中国焦炭产量4.9亿t,占全世界总产量的70％.实施焦化行业超低排放改造是一项系统工程,要统筹全工序、全流程提升企业大气污染治理水平.超低排放改造实施过程要实现多污染物协同控制,推动污碳的协同下降.长期以来,中国炼焦工业存在着污染物种类多、排放量大,超低排放成本高等突出问题.综述了焦化行业典型大气污染物控制的关键技术,以焦炉炉墙窜漏治理技术和废气回配技术为代表的污染物源头治理技术可实现SO2、NOx的显著降低,缓解了烟气末端治理的压力;焦炉烟气多污染物协同治理的难点是NO,脱除,通过活性炭法多污染物控制技术和钠法SDA脱硫耦合低温SCR脱硝技术可实现硫、氮分步脱除,从而提高高脱硝效率并降低硫的回收成本;面向国家"双碳"目标和氢冶金的重大需求,焦炉煤气中的CH4通过重整反应转化为H2和CO,实现高值化利用制备富氢还原气,为氢冶金提供技术支撑.焦化行业大气污染物控制技术的实施,将有利于焦化行业的绿色高质量发展.

    焦化污染物碳排放源头减量末端治理高值化利用

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    国内外烧结优化配矿研究进展

    唐珏王茗玉储满生石泉...
    102-113页
    查看更多>>摘要：高炉工序是全球钢铁生产节能降耗的重点工序.烧结优化配矿是高炉炼铁降本降耗的核心.国内外研究从铁矿粉特性、烧结杯试验、数学模型等多个角度进行了大量的工作.铁矿粉常温特性获取成本低,是国内外钢厂实际使用最多的方法,但在原料条件变化大的情况下还需要考虑铁矿粉高温特性对烧结配矿的影响.通过铁矿粉特性进行矿粉搭配,仅在理论上满足了配矿需求,而烧结杯试验可以对铁矿粉性质或烧结原料工艺的理论分析结果进行有效验证,避免实际生产中的烧结矿产质量出现较大的偏差.烧结杯试验的不足在于试验设备要求高,时间及人力成本高.为了降低试验成本与现场工作强度,研究者们结合理论分析与现场生产条件,开发了基于数学规划或智能算法的烧结优化配矿模型.目前的烧结优化配矿模型对烧结工艺以及烧结矿高温冶金性能考虑少,限制了模型的降本潜力.从铁矿粉特性、烧结杯试验、烧结优化配矿模型构建等方面对烧结优化配矿技术进行了展望.收集大量铁矿粉数据并建立铁矿粉数据平台,开发符合原料与生产条件的铁矿粉动态评价方法,减少试验成本并实现铁矿粉的准确评价.在铁矿粉特性与现场实际生产等数据基础上,精心设计烧结杯配矿试验方案,在最小的时间人力成本下获得最有效的烧结杯试验研究结果.烧结优化配矿模型的研究重点包括烧结工艺与烧结矿高温冶金性能的高效利用.从钢铁厂铁前系统数据与生产条件出发,构建基于现场烧结原料特性、烧结操作、烧结矿常温与高温冶金性能、烧结-高炉状态等历史数据的烧结优化配矿模型,最终实现稳定烧结矿质量并降低生产成本的烧结优化配矿.

    烧结配矿铁矿粉特性烧结杯数学模型

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    铁酸钙改性抑制流化床氢气直接还原黏结机理

    詹楚卉潘锋马素刚葛宇...
    114-121页
    查看更多>>摘要：流化床氢气直接还原炼铁是钢铁工业低碳发展的重要方向之一,而解决还原过程中颗粒黏结失流问题是推动其规模化应用的关键所在.以化学试剂为原料,通过高温焙烧合成不同的铁酸钙,并对铁精矿粉进行改性处理,考察了合成铁酸钙的氢气还原特性和改性铁精矿的流态化还原性能,揭示了铁酸钙改性铁精矿抑制黏结的机理,从而为突破黏结失流难题奠定理论基础.氢气还原特性表明,不同铁酸钙物相的氢气还原性能和还原路径存在明显差异,铁酸一钙(CaFe2O4,CF)和磁铁酸钙(CaFe3O5,CWF)均为多步还原,而铁酸二钙(Ca2Fe2O5,C2F)为一步还原,试验结果与热力学分析结果吻合;铁酸钙提高了铁氧化物在氢气还原过程中的稳定性,其中C2F最难被还原;表面形貌分析结果表明,焙烧处理后的Fe2O3其还原产物颗粒表面仍保持致密结构,而铁酸钙经过氢气还原后颗粒均呈现多孔结构,随着CaO质量分数的增加,CWF、CF和C2F的表面形貌由长约5μm的近柱状逐渐演化成尺寸约1μm的小颗粒;还原产物呈现固溶体内析出纳米铁颗粒结构,可有效降低颗粒表面黏性.添加氧化钙的铁精矿经过焙烧改性后其表面形成分布均匀的铁酸钙,具有良好的抗黏结性能.因此,通过添加氧化钙并焙烧处理实现铁矿表面铁酸钙改性,可有效抑制黏结失流,从而支撑流化床氢气直接还原炼铁技术的发展应用.

    氢气直接还原流化床铁酸钙改性铁矿黏结抑制

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    关于H-C-O体系析碳状态分布图的开发与应用

    沈峰满丁智敏王硕张严...
    122-129页
    查看更多>>摘要：针对冶金领域的富氢直接还原气体制备、竖炉直接还原过程、高炉煤气循环利用以及化工领域的天然气制氢等涉及CH4-H2-CO-H2O-CO2体系尤其是更具广泛代表性的H-C-O体系的析碳共性问题,建立一种便捷、快速、易操作、普适性强地判断体系是否析碳的方法十分必要.在"H-C-O体系质量与化学平衡衡算图"基础上,基于多相、多反应共存体系的平衡原理,确定了包括体系温度、总压、体系内nH2/nCO比值等各种操作条件下对应的临界析碳点坐标(nO/nC,nH/nC),连接相同参数的临界析碳点得到对应的临界析碳曲线,构建了"H-C-O体系析碳状态分布图",开发了一种可准确把握生产状态、确定体系是否发生析碳的新方法,建立了 H-C-O体系析碳状态分布理论,为选择控制析碳工艺参数提供了理论基础;为了解决制作"H-C-O体系析碳状态分布图"时存在计算较繁杂的不足,开发了"H-C-O体系析碳状态分布图"分析专用软件,并结合已知的生产实践以及文献数据,验证了"H-C-O体系析碳状态分布图"的合理性和实用性.研究表明,论文提出的确定体系是否发生析碳的新方法普适性广、包容性强,"H-C-O体系析碳状态分布图"不仅能简捷、快速、准确地判别某给定条件下体系是否会发生析碳问题,而且可以给出既能防止体系析碳又能最大限度降低天然气制氢工序能耗和成本的努力方向,为实际生产降本、降耗、稳定、顺行提供有效的指导.

    H-C-O体系质量与化学平衡衡算图临界析碳曲线H-C-O体系析碳状态分布图析碳控制分析专用软件

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    DRI与焦/煤混装对钒钛炉料软熔行为的影响

    尹铖张生富袁万能李涛...
    130-139页
    查看更多>>摘要：欧冶炉熔融气化炉具有纯O2鼓风、料柱高度低和料层温度梯度大等特点,在冶炼钒钛矿时具有减少高熔点相Ti(C,N)生成和保持料柱透气透液性的优势.然而,熔融气化炉采用DRI与焦/煤混装的布料方式,使得钒钛炉料的软化、熔化及滴落过程与传统高炉不同,开展DRI与焦/煤的混装对欧冶炉内钒钛炉料软熔行为的影响研究具有重要意义.论文结合气化炉工况条件,采用变压变气氛式铁矿石软熔性能测试装置研究了 DRI与焦/煤混装率对含钒钛DRI软熔温度参数、渣铁滴落率和料层压差的影响,并利用电子探针等表征手段分析了滴落及滞留渣铁的样品属性,获得了混装率对半焦床透气透液性的作用行为.结果表明,混装促进了含钒钛DRI软熔过程的还原和渗碳,增加了 DRI熔化前的抗变形能力,料层软化区间向高温区移动,滴落温度减小,熔滴区间向低温区收缩,从而使得欧冶炉软熔带变薄.随着DRI与焦/煤的混装率从0增大至100％,炉渣滴落率增加近1倍,铁水钒收得率提高,料层透液性明显改善.尽管提高混装率加快了渣中TiO2的还原及TiC的生成,但由于滴落带滞留渣少且流动性好,炉渣的泡沫化程度被削弱,欧冶炉熔融气化炉内矿焦煤混装布料有利于钒钛磁铁矿冶炼.这为欧冶炉冶炼钒钛矿工艺提供了理论基础和技术支撑.

    欧冶炉含钒钛DRI混装率软化熔滴炉渣泡沫化

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    氢冶金炼钢技术的研究现状与展望

    姜周华杨策朱红春陆泓彬...
    140-155页
    查看更多>>摘要：提出了"氢气炼钢"代替"氧气炼钢"的观点,对"氢气炼钢"的研究现状进行了总结和评价.氢冶金炼钢在节能降耗和改善产品质量方面具有独特优势.一方面,"氢"具有高效熔炼作用,能够有效降低炼钢能耗.等离子体态的"氢"具有高温、高热导率的优势,可作为高效热源实现炉料熔化与钢液加热,在电弧炉、转炉以及中间包等炼钢设备中得到初步应用.喷吹气态"氢"能够加速成分和温度均匀,且氢气泡运动能粘附和加快其他非金属夹杂物上浮;同时与钢液中的氧等反应释放大量热量,改善了熔池反应的热力学与动力学条件.此外,"氢"通过营造还原性气氛,抑制氧化,降低Cr、Mn等合金元素的损耗.另一方面,"氢"具有无污染精炼的作用,能够显著提高钢液洁净度.基于"氢"的高活性和高还原性,"氢"能够有效去除钢中O、C、N、S和P等杂质元素,尤其是等离子态"氢",可直接与杂质元素反应生成H2O、CH4、NH3、H2S和PH3等极易挥发去除的气体产物,避免非金属夹杂物形成,实现"零夹杂物"的高效高洁净度炼钢.因而,发展以"氢"代"碳"的氢冶金新一代绿色近零碳"零夹杂物"无污染钢铁冶金流程,将加速钢铁工业绿色高质量可持续发展,助力中国实施"双碳"与"制造强国"战略.

    氢冶金炼钢氢等离子体熔炼精炼绿色低碳

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    电炉短流程高品质钢生产控氮技术探索与创新实践

    王润哲魏光升朱荣李欣...
    156-166,204页
    查看更多>>摘要：电炉短流程炼钢是实现钢铁工业减碳的重要路径,但传统电炉短流程炼钢以废钢为原材料,以电能为主要能量来源,熔池内碳氧反应不足,电弧持续放电电离空气致使钢液氮质量分数偏高且氮的脱除与控制较为困难.由于氮对钢质量的影响,长期以来钢中氮质量分数控制是电炉短流程高品质钢生产的重点和难点,目前对于钢中氮质量分数有严格要求的高品质钢种几乎全部由长流程生产制造.为扩大电炉短流程生产钢种,提高电炉短流程行业竞争力,综述了钢中氮的危害以及电炉炼钢控氮难点,总结了钢液脱氮机理和电炉炼钢控氮技术研究进展,并结合本团队的研究和实践,提出了CO2复合喷吹控氮技术和中空电极富氢气体喷吹控氮技术.CO2复合喷吹控氮技术将CO2载气喷吹碳粉和CO2-Ar混合底吹相结合,一方面通过降低炉内氮分压并优化泡沫渣形成减少钢液吸氮量,另一方面利用CO2-Ar混合底吹高效吸附脱氮原理降低钢液氮质量分数.中空电极富氢气体喷吹控氮技术在隔绝电弧周围空气的同时,利用电极产生的电弧将多元气体电离成富氢等离子体和钢中氮结合逸出钢液实现脱氮.工业实践结果表明,CO2复合喷吹控氮技术可将全废钢电炉出钢平均氮质量分数由0.008 14％降至0.00508％;应用中空电极富氢气体喷吹控氮技术后可将电炉出钢平均氮质量分数从0.005 85％降至0.004 66％,最低仅为0.002 99％.可有效降低电炉冶炼出钢氮质量分数,助力电炉短流程高品质钢生产进一步发展,推动实现钢铁行业绿色低碳的发展目标.

    电炉炼钢高品质钢脱氮机理控氮技术CO2复合喷吹中空电极富氢气体

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    电弧炉低碳高效智能冶炼技术进步及展望

    陈兆平田博涵蒋晓放武文合...
    167-183页
    查看更多>>摘要：钢铁工业是中国能源消耗和碳排放大户,发展能耗及碳排更少的电弧炉短流程炼钢,是钢铁工业实现"碳达峰、碳中和"的重要抓手,进一步推动电弧炉低碳高效智能冶炼已经成为整个钢铁行业面向未来转型发展的重要内容.分析并阐明了电弧炉低碳、高效、智能冶炼技术所存在的技术瓶颈,介绍了国内外相关工艺技术发展现状及宝钢湛江钢铁零碳示范线及宝钢电弧炉流程生产高品质钢的研究进展,并对电弧炉炼钢技术的未来发展方向进行了展望.截至目前,通过使用绿色原料与能源,降低能耗物耗,强化能量输入,促进熔池内的化学反应与开发相关工艺模型已有效提高电弧炉的低碳化、高效化、智能化水平;但仍然存在着诸多问题,如固态炉料熔化缓慢,终点钢水过氧化严重,钢中有害元素与残余元素难以有效脱除,能量利用效率普遍偏低,在线检测与控制手段缺乏,冶金反应机理尚不明晰等.在未来,随着电弧炉生产原料的多样化与设备的大型化,提高电弧炉能量效率,增强熔池搅拌效果,改良炉渣反应性与发泡性等单元技术的重要性应得到进一步重视,对电弧炉生产流程与配套装备的优化需要进一步推进,开发一系列检测技术和适用于绿色原料的生产模型,成为实现电弧炉低碳高效智能冶炼的重要目标.推动相关技术进步,实现大型电弧炉绿色高效低耗智能生产高品质钢是整个钢铁行业面向未来转型发展的必由之路.

    炼钢电弧炉低碳高效智能

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    中冶赛迪绿色电炉技术实践及展望

    王庆吴学涛干明张豫川...
    184-195页
    查看更多>>摘要：电弧炉炼钢具有流程短、能耗和碳排放低的特点,是世界钢铁工业实现可持续发展的重要驱动力.中冶赛迪在电炉工艺理论、核心装备、智能控制等方面进行了一系列研究,通过技术研发和中试试验,开发了多项聚焦高效、低碳、低能耗、环境友好的绿色高效电炉炼钢技术,其中,高效废钢输送技术废钢平均输送速度可达7 m/min以上;阶梯翻滚废钢预热技术可提高废钢预热温度70～100 ℃;IGBT(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极晶体管)柔性直流供电电炉功率因数可达到0.97以上;短网设计优化系统使三相阻抗不平衡度控制在3％以内;智能电极调节技术穿井期和熔清期电流波动率分别小于33％和14％;二(噁)英治理技术电弧炉烟气二嗯英排放浓度能控制到0.1ng/m3以内;高效余热回收系统吨钢蒸汽回收量达到160 kg以上.自主设计了出钢口自动填砂、炉门自动清理和自动测温取样机器人等智能辅助装备,提升了企业本质安全水平.工程实践证明,采用中冶赛迪绿色电炉技术,电弧炉冶炼周期为30 min,顿钢水电耗为300 kW·h,可助力钢铁工业的绿色化发展.同时,对未来电弧炉炼钢技术的发展进行了展望,将低品位DRI消纳作为未来电炉炼钢发展的最主要工艺路线,将高品质钢生产作为电炉炼钢发展最重要的研究方向,将数智化冶炼作为电炉炼钢生产最有效的手段,为钢铁工业的低碳转型贡献出应有的力量.

    电弧炉废钢连续加料IGBT柔性直流电源电极调节数智冶炼

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    安钢电炉改造复产技术特点及其实践

    张宇航王慕文李少英杜俊峰...
    196-204页
    查看更多>>摘要：电炉短流程炼钢以其绿色低碳、生态环保、节能低耗等优点,成为当前中国钢铁工业实现"碳达峰"、"碳中和"发展战略的重要途径.自2017年以来,中国废钢资源进入良性循环阶段,同时高炉-转炉长流程炼钢工艺的环保排放压力与日俱增,因此,优化以废钢为主原料的电炉短流程炼钢技术十分必要.在此背景下,安钢对已停产多年的100t手指阀竖井式电炉进行复产改造.介绍了安钢100t电炉改造复产技术特点及其生产实践,同时结合工程实践阐述了目前国内电炉炼钢技术发展的新成就和新趋势.经改造,安钢100t电炉由传统的竖式手指托架电弧炉改为了常规交流偏心底出钢电弧炉,采用了单臂炉盖及电极升降旋转技术、机器人测温取样技术、出钢侧连续兑铁技术、多功能氢氧炉壁枪+底吹的复合吹炼技术、自动灌砂技术、高效烟气余热回收技术、具有成本优化的二级系统、先进的一级电控技术、炉下抱罐车出渣、四孔+狗窝+全密闭的绿色环保除尘技术,在50％废钢+50％铁水原料条件下取得了良好的技术指标,平均冶炼周期为32 min,电耗为178.46 kW·h/t,电极消耗为0.866 kg/t,氧耗为34.82 m3/t,焦炉煤气消耗为8.16m3/t,回收蒸汽为150 kg/t,与现有水平加料电炉及生态电炉相比,改造后电炉通过优化流程组织能力,可在冶炼周期及吨钢电耗等关键生产指标方面达到新炉型电炉的生产水平.

    100t电炉技术改造生产实践冶炼周期电耗

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