《富氢低碳燃料和含锌固废资源在高炉冶炼中的集成应用》

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项目属于冶金工程科学技术领域。

排放减量化、固废资源化是中国生态文明建设的重要内容,也是实现城市钢铁企业绿色制造的发展方向和关键技术。2015年武钢全流程CO2排放超过2500万吨,产生固体废弃物90余万吨,其中难处置含锌固体废弃物40余万吨。传统冶炼工艺难以满足日趋严格的环保要求,开发满足低碳环保约束的绿色高炉炼铁工艺意义重大。

从2010年起,申报单位联合攻关,开发了基于低能耗低排放和全流程含锌固废循环消纳处理的高炉绿色冶炼集成技术,主要创新如下:

(1)构建了以“低能耗低排放+全流程固废循环消纳处理”为核心的绿色炼铁工艺体系,建立了烟煤以氢代碳高效还原理论;开发了含锌固废分层造块和炉内循环富集排出模型,提出了“烟煤物流链动态调度+富氢低碳烟煤高比例喷吹+含锌固废配矿入炉+高锌负荷高炉炉型控制+含锌尘泥富集排出资源化利用”的新方法。

(2)制订了烟煤储运及制备安全标准,发明了高炉煤粉高效喷吹方法及其装置;建立了供需平衡约束下的烟煤物流链动态调度系统;针对煤粉制备,开发了热风炉废气余热利用及低氧保护气氛的多目标优化控制体系,实现了高比例烟煤的高效安全制备及喷吹。

(3)针对含锌固废制粒时团聚引起混匀料偏析问题,开发了精控毛细水的含锌颗粒物选择性分散附着技术;针对烧结过程中形成液相转移快、空位孔洞增多问题,发明了铁矿粉同步同化液相方法及其冶金性能检测技术。控制烧结矿易还原铁酸钙相高于38%,低温还原粉化率低于35%,达到高炉入炉原料标准。

(4)针对高比例烟煤和高锌原料入炉后高炉顺行难的问题,开发了基于燃烧带控制的高比例烟煤喷吹工艺,建立了评估炉墙结厚的连续诊断模型,提出了高锌负荷下炉型控制方法。针对炉内锌蒸汽迁移侵蚀炉衬的问题,基于物料流煤气流平衡分布和冷却壁渣皮自保护原理,开发了满足高炉长寿要求的矿焦分粒级布料技术及冷却设备。根据含锌物质炉内循环富集模型,提出了基于煤气流控制的高炉周期性排锌方法。

项目研究成果在武钢6座高炉全面应用,并在宝武集团推广。自2016年起武钢高炉开始配加烟煤喷吹,烟煤配比逐步提高至27%以上,累计减少CO2排放量60万吨,消纳含锌固废107万吨,高炉平均利用系数>2.5t/m3·d,休风率<2.0%,冷却设备破损率<1.5%,实现了高比例烟煤配比和高锌负荷原料下的高炉顺行与长寿。项目获授权国家专利20项(发明专利10项),发表论文26篇,制订企业标准3项,企业技术规程5项。取得经济效益22605万元,社会效益显著,为中国冶金行业开辟了绿色制造的新途径。

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