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中国冶金
2021年 31卷 9期
刊出日期 2021-09-15
专家论坛
冶金科技英才
冶金科学技术奖
序言
技术综述
专题研究
生产技术
序言
1
殷瑞钰
序言(1)
2021 Vol. 31 (9): 1-1 [
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2
中国金属学会
序言(2)
2021 Vol. 31 (9): 2-2 [
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专家论坛
3
苍大强
钢铁工业“碳达峰”“碳中和”及低碳技术的误区及现实路径
为澄清当前“双碳”工作中的一些误区和客观把握温室气体的内容和实质,正确指导中国钢铁工业的“碳达峰”“碳中和”工作,分别介绍了“碳”“碳达峰”“碳中和”的内容及其对中国发展的正面、负面影响,国内外目前在低碳领域的进展,认识的误区和存在问题,提出了下一步中国钢铁工业分阶段实施的几点现实路径,同时介绍了部分已知和未知的低碳技术。
2021 Vol. 31 (9): 3-8 [
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9
项钟庸, 王筱留, 顾向涛
再论落实高炉低碳炼铁生产方针
讨论了高炉的“以风为纲”和“高效、优质、低耗、长寿、环保”两种炼铁生产方针在高炉炼铁时碳排放的不同效果。用评价高炉生产效率的新方法对比了两种炼铁生产方针下的高炉操作指标,说明采用“高效、优质、低耗、长寿、环保”炼铁操作方式更符合低碳炼铁方针,并用物质平衡、热平衡进行验证;同时还指出实现低碳炼铁必须进一步提高炼铁技术水平和理论水平,转变生产模式,采用精细化、集约化的生产模式,处理好炉内的复杂关系。
2021 Vol. 31 (9): 9-14 [
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技术综述
15
上官方钦, 刘正东, 殷瑞钰
钢铁行业“碳达峰”“碳中和”实施路径研究
概括了中国钢铁行业绿色化发展进程,即节能、减排、脱碳3个阶段;分析了中国钢铁行业的CO
2
排放现状及实现“碳达峰”“碳中和”的关键时间节点、思路、切入口和技术路线图等;指出钢铁行业越早实现“碳达峰”,越有利于后续碳“下坡”和“碳中和”的实现,削减粗钢产出总量和流程结构调整发展全废钢电炉短流程钢厂是中国钢铁行业实现“碳中和”过程中两大可行的抓手。
2021 Vol. 31 (9): 15-20 [
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21
张龙强, 陈剑
钢铁工业实现“碳达峰”探讨及减碳建议
钢铁工业作为制造业中的碳排放大户,面临“碳达峰”和“碳中和”的严峻挑战,这也是低碳转型高质量发展的良好契机。根据国家统计局黑色金属冶炼及压延加工业的能源消耗数据,估算中国钢铁工业二氧化碳排放情况,并对中国钢铁工业实现“碳达峰”路径进行探讨,即在中国10亿t级的粗钢规模及当前流程结构、能源结构和工艺技术应用基础上,通过挖掘节能降碳潜力实现“碳达峰”空间有限,必须采取以控产量调结构为核心的减碳工作,争取在“碳达峰”“碳中和”目标内率先实现“碳达峰”。钢铁企业作为行业发展的主体,在“碳达峰”和“碳中和”目标的指引下,需尽快开展绿色低碳转型及深度减碳工作,共同推进钢铁工业“碳达峰”目标提前实现,并为最终实现“碳中和”奠定良好的基础。
2021 Vol. 31 (9): 21-25 [
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26
何坤, 王立
中国钢铁工业生产能耗的发展与现状
过去十几年里,中国钢铁工业在保证产量快速增长的同时,也非常重视节能工作。2006—2018年间中国重点钢铁企业吨钢综合能耗下降14.0%,吨钢可比能耗下降21.0%。目前,中国钢铁工业产量快速增长阶段基本结束,处于转型升级阶段的钢铁工业未来如何进一步降低能耗是中国节能工作的重点。全面分析了目前处于转型期内中国钢铁企业能源利用情况,研究了过去多因素影响下各类能耗指标变化的原因,说明了目前中国钢铁企业的实际能源利用水平,并通过比较分析建议了中国钢铁工业未来的主要节能发展方向。此外,预测未来中国钢铁生产废钢比的上升将使企业间流程结构差异性逐渐加大,能耗数据将仅能提供有限的参考价值,研究科学、合理的钢铁企业能源利用水平评价方法应该引起重视。
2021 Vol. 31 (9): 26-35 [
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36
许立松, 张琦
中国重点区域钢铁产业能耗和CO
2
排放趋势分析
钢铁产业是区域工业发展的重点,也是区域协调发展的重要因素。采用自下而上的方法建立了重点区域钢铁产业能耗和CO
2
排放模型,分析区域特征对钢铁产业节能减排的影响。模型以2015年为基准年,基于粗钢产量预测结果,设置了与节能减排技术普及和生产结构调整相关的4个情景,用于分析2015—2030年国内重点区域钢铁产业的能耗和CO
2
排放。结果表明,降低钢产量是区域钢铁产业节能和CO
2
减排的根本措施。随着重点区域的粗钢产量进入峰值区,技术普及因素的节能贡献力将持续减少,生产结构调整的节能减排贡献力则逐渐增强,成为重点区域钢铁产业节能减排的关键红利来源。同时还可得出,对重点区域钢铁产业发展影响最大的区域特征是市场需求,经济产业政策和环保要求对钢铁产业发展的影响程度逐渐增强。未来重点区域钢铁产业的发展仍以市场需求为导向,新增产能更倾向于布局在水资源丰富、交通便利的地区。
2021 Vol. 31 (9): 36-45 [
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46
李洪福, 温燕明
钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用
针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题。在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建“钢铁、化工、燃气、氢气、电力、供热、供冷多联产系统”,将更有利于提高系统能源效率和价值,更好实现钢铁企业绿色、低碳转型发展。
2021 Vol. 31 (9): 46-52 [
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53
龚奂彰, 黄秀玉
钢铁行业碳减排技术应用与展望
论述了中国钢铁行业推行碳减排技术的重要意义,从多角度阐述了钢铁行业各类高效碳减排技术在国内外的应用情况及效果。首先分析了短流程炼钢工艺电弧炉炉容大型化趋势、烟气余热回收技术、废钢预热工艺和废钢供应情况;然后分别剖析了高炉富氢冶炼、富氢-气基竖炉和纯氢-气基竖炉工艺3个主要的氢冶炼工艺;之后介绍了碳捕集、利用与封存技术。最后,结合中国钢铁企业现状,展望了钢铁行业在大力推进直接还原铁技术和短流程炼钢生产工艺的情况下,未来高品质钢材低碳化、绿色化冶炼的发展之路。
2021 Vol. 31 (9): 53-58 [
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59
熊超, 李新创, 李冰
双碳目标下的钢铁节能理念创新与能源结构重塑探讨
在“碳达峰”“碳中和”背景下,中国钢铁必须走脱碳化发展道路,提高能效是当前最为行之有效的举措之一。通过分析钢铁行业存在的较大节能潜力及拥有丰富二次能源的用能特点,在热力学定律、系统最小外部损失、最佳推动力、能源梯级利用等几项基本原则的基础上,提出钢铁行业多能互补与储能相结合的创新理念,包括钢铁二次能源与可再生能源的互补、钢铁不同高低品位能源的互补、储能系统的创新应用等。从中长期看,需以更高的站位,走能源资源环境、高效清洁低碳一体化协同创新道路,构建化工-能源-生态一体化用能系统,进行合理优化与集成,实现能效提升及协同碳减排。
2021 Vol. 31 (9): 59-63 [
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64
高建军, 齐渊洪, 严定鎏, 王锋, 许海川
中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题
“碳达峰”和“碳中和”是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题。从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现“碳中和”需要解决的关键技术问题。分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现“碳中和”的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现“碳中和”的重要补充。高炉喷吹富氢气体、氧气高炉和全氧熔融还原炼铁等技术可以减少碳排放,但碳排放的减少量有限,必须要与末端CO
2
吸附、储存和利用相结合,才能够实现“碳中和”。为了按期实现钢铁工业的“碳中和”,需要解决的关键技术问题有低成本氢气制备技术、煤气高温加热技术、炉顶煤气CO
2
低成本脱除技术和CO
2
的储存与利用技术。
2021 Vol. 31 (9): 64-72 [
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73
潘聪超, 庞建明
氢冶金技术的发展溯源与应用前景
围绕“以氢代碳”对钢铁工业中实现碳减排工艺进行了梳理和溯源。实现碳减排的途径需要发展以氢气作为还原剂的氢冶金工艺。目前世界主要钢铁产区发展了从高炉喷吹燃料工艺到高炉富氢冶炼工艺、从非焦冶炼工艺到全氢直接还原工艺等两大氢冶金技术路线。从各国远景规划来看,发展氢基直接还原工艺及电炉炼钢短流程是氢冶金技术的重要方向。同时在低成本绿氢技术突破前,使用焦炉煤气等灰氢是中国从“碳代替”到“氢冶金”的重要过渡。
2021 Vol. 31 (9): 73-77 [
摘要
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78
段卫平, 杨树峰, 李京社, 张福君, 习小军, 王田田
中国现代电弧炉炼钢废钢快速熔化技术进展
在钢铁行业结构转型关键时期,提高电弧炉短流程工艺比例是降低钢铁行业温室气体排放、脱碳化的有效措施。为了推动短流程炼钢工艺发展,近年来电弧炼钢在废钢快速熔化方面取得明显进展。在回顾前人对废钢熔化速率研究的基础上,全面概述了废钢熔化机理以及影响因素,并结合近年来国内电弧炉炼钢在装备、工艺以及技术上就废钢快速熔化方面取得的进展,探讨了制约电弧炉废钢快速熔化的限制性环节,为废钢快速熔化在电弧炉炼钢装备、工艺、技术方面未来发展提供可行方向。
2021 Vol. 31 (9): 78-84 [
摘要
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专题研究
85
杜学强, 郦秀萍, 李煜, 周继程, 李会芳, 张琦
行业间生态链接协同减排模式与节能效果分析
随着钢铁企业节能环保工作深入推进,钢铁生产流程自身节能减排的潜力已十分有限。而且随着环保要求越来越严格,钢铁企业环保成本压力也越来越大,因此钢铁生产流程排放物资源化、高值化利用的多联产过程协同减排研究越来越受到重视。以钢铁生产流程为核心,以其过程排放物——渣、副产煤气及环保副产物的高值化利用为切入点,构建典型的钢铁-化产-建材多联产过程,分析多联产过程的节能减排效果,为钢铁企业节能减排提供新思路。
2021 Vol. 31 (9): 85-91 [
摘要
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92
薛钰霄, 潘建, 朱德庆, 潘料庭, 黄庆周, 黄学忠
红土镍矿烧结节能降耗技术研究及应用
褐铁矿型红土镍矿具有较低的铁品位和丰富的结晶水及高熔点矿物,这导致其烧结矿产质量低、固体燃耗高。通过开发加压致密化烧结技术、热废气循环烧结技术及多力场协同强化烧结技术,显著改善了其烧结矿产质量指标,有力地促进了节能减排。相对于常规烧结工艺,采用多力场协同强化技术后,烧结矿转鼓强度由45.87%增至56.93%,利用系数由0.97增至1.15 t/(m
2
·h),固体燃耗从140.52减至107.91 kg/t,废气中CO
2
、NO
x
及SO
2
最高体积分数分别由27.42%、0.019 8%和0.261 5%降至19.89%、0.015 4%及0.203 0%,有害气体排放明显减少。这在相关工业应用中得到进一步验证。为更好地实现褐铁矿型红土镍矿烧结的清洁生产,可开发球团烧结技术,以进一步改善烧结矿产质量指标和降低生产能耗,值得大力推广应用。
2021 Vol. 31 (9): 92-97 [
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98
徐萌, 王伟, 孙健, 张雪松
超大型高炉高球比低碳冶炼技术应用
为实现低碳炼铁生产,首钢基于秘鲁矿粉资源高品位低硅含量的特点,确定了高炉高球团比例冶炼的技术路线。依据炉渣碱度平衡、球团性能和炉料结构软熔性能试验研究,开发出35%碱性球团矿 + 20%酸性球团矿+ 40%烧结矿 + 5%块矿的高炉基础炉料结构。根据高比例球团矿同时抑制边缘和中心的特性,通过料序控制减少球团在边缘与中心的分布,实现酸碱性炉料的均匀混合,并采用中心加焦布料方式开放中心、适当疏导边缘,以稳定煤气分布。在活跃炉缸基础上,通过高富氧高顶压控制炉腹煤气指数来降低压差提高冶炼强度。低渣比下通过提高镁铝比至0.60~0.65来改善脱硫排碱能力。55%球团比例下高炉实现了高效稳定顺行,平均利用系数达到2.3 t/(m
3
·d),渣比低于220 kg/t,燃料比降至480 kg/t,炼铁系统碳排放降低8.6%。
2021 Vol. 31 (9): 98-103 [
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104
李峰, 储满生, 唐珏, 柳政根
氢气气基竖炉-电炉短流程环境影响分析
氢冶金是中国钢铁行业实现低碳绿色化转型升级的有效途径之一,基于煤制氢技术的气基竖炉-电炉短流程是一种典型的氢冶金工艺,具有广阔的发展前景。采用生命周期评价法(LCA)对煤制氢-气基竖炉-电炉短流程环境影响进行了分析,并对比研究了短流程与传统高炉-转炉(BF-BOF)长流程的环境性能。结果表明,煤制氢-气基竖炉-电炉短流程LCA结果为2.56×10
-11
,其中
GWP
100
(全球变暖潜值)和
POCP
(光化学臭氧合成潜值)分别贡献54.16%和36.76%;煤气脱碳和电炉电能消耗是造成碳排放和能源消耗的主要原因;短流程整体评价结果仅为BF-BOF流程的27.41%,吨钢CO
2
排放和能耗可分别减少53.75%和47.45%,环境性能明显优于传统长流程。
2021 Vol. 31 (9): 104-109 [
摘要
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110
邵磊, 张晓楠, 聂浩, 曲迎霞, 邹宗树, 陈严
氢气竖炉内气固热质传递行为的数值模拟
随着对钢铁行业绿色低碳发展要求的日益迫切,氢气竖炉已成为目前涉及氢冶金工艺的研发焦点。由于H
2
还原铁氧化物为强吸热反应,氢气竖炉的供气强度主要由还原反应和加热固相炉料对应的物理能需求决定,因此造成炉内物理能与化学能的利用严重不匹配。为定量研究氢气竖炉内复杂的气固两相热质传递行为,基于双流体假设,建立氢气竖炉CFD模型,并利用其考察炉料热装技术的影响。结果表明,炉料常温入炉及所考虑工况条件下,氢气竖炉的炉顶H
2
利用率仅为23.7%。由于炉料显热无法得到有效利用,热装技术难以显著改善氢气竖炉内部热状态,也就不能解决物理能与化学能利用的不匹配问题。
2021 Vol. 31 (9): 110-114 [
摘要
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62
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115
施灿涛, 王宁宁, 杨浩泽
低碳环境下钢铁企业燃气系统动态平衡调度仿真
在“节能减排、降本增效”的大背景下,从碳素流视角切入,在煤气介质预测基础上,建立了0-1混合线性规划模型,以能源成本和碳交易成本总和最小化为目标,研究钢铁行业副产煤气生产调度问题。采用基于遗传算法的动态迭代调度算法,通过混合交叉算子和平均变异算子提高遗传算法局部搜索能力,并以国内某大型钢铁企业为仿真对象进行系统仿真,结果表明:混合煤气柜可以根据煤气产耗特点调整存储量,并保证存储量在合理范围内;调节用户会起到一定的缓冲作用,可以根据某种副产煤气的产耗特点响应增加或减少该种煤气的消耗量;当某种副产煤气严重不足时,固定消耗用户会根据优先级响应停调,以满足生产需求。可见副产煤气的优化调度应用可以为中国钢铁行业的低碳发展和节能减排提供技术支撑。
2021 Vol. 31 (9): 115-122 [
摘要
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123
肖丽俊, 殷志宏, 赵腾飞, 朱正海, 孙前进
还原气氛下温度对镀锌废钢脱锌的影响
通过火法脱锌试验及SEM、EDX和XRF等分析方法,研究了镀锌废钢在还原气氛条件下锌及基体的变化,从热力学角度探讨了脱锌机理。结果表明,低温时锌在钢基体表面形成较薄的氧化膜,厚度随温度上升而增加,明显的黄色氧化锌层在850 ℃以上形成,并在950 ℃消失;还原性气氛下950 ℃时脱锌效果最佳,表面锌质量分数小于2%;在火法脱锌过程,钢基体表面的锌经历了氧化、还原和气化脱除3个阶段。研究对于开发镀锌废钢的火法脱锌技术具有重要意义。
2021 Vol. 31 (9): 123-129 [
摘要
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82
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391
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130
刘涛, 刘颖昊, 周烨
生命周期评价方法在钢铁企业低碳发展规划中的应用
在当前“碳达峰”“碳中和”的背景下,很多钢铁企业在制订低碳发展规划的过程中,对于减碳措施的减碳潜力没有数字化的概念,缺乏量化的评价手段和科学的数据支撑。为此,提出应用生命周期评价(LCA)进行钢铁企业低碳发展规划的方法,建立产品碳足迹与组织层级碳核算的关联。在此基础上,通过建立覆盖全公司的产品生命周期评价模型,以量化评估新技术新工艺应用、产品结构变化、能源结构变化、废钢利用率提升、节能减排改进、供应链优化等因素对于企业组织层面的碳减排绩效,可实现数字化碳减排路线图的描绘。给出了钢铁企业主要措施与策略碳减排潜力的评价方法与案例,可为钢铁企业的低碳发展规划提供参考。
2021 Vol. 31 (9): 130-134 [
摘要
] (
71
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2045KB] (
413
)
135
于立梅, 张若鹏, 任翠英
钢铁行业低碳发展标准体系建设研究
为深入推进钢铁行业绿色低碳发展,中国钢铁行业明确提出力争2025年率先实现碳排放达峰,2060年之前实现“碳中和”的目标。标准化是推动落实这一目标的重要技术支撑,建立健全钢铁行业低碳发展标准体系尤为重要。通过总结国内外低碳发展现状,特别是重点阐述和分析了国内外钢铁行业低碳发展相关政策、目标及降低碳排放水平所采取的具体措施、标准化工作现状及需求,归纳、总结并研究提出了中国建立钢铁行业低碳发展标准体系的初步框架,涵盖了碳排放管理和低碳冶炼两大方向,并提出了健全和实施钢铁行业低碳发展标准体系的相关建议,以期促进中国钢铁行业应对气候变化标准化工作的发展。
2021 Vol. 31 (9): 135-142 [
摘要
] (
194
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生产技术
143
朱强强, 王君, 李建平, 丁敬国, 黄苏
中厚板加热炉板坯温度控制模型研究与优化
板坯温度控制模型是加热炉过程控制的核心,主要任务是根据生产工艺和相关数学模型控制、协调和优化获得加热质量较好的板坯。针对中厚板加热炉过程控制的板坯加热环节多变量和温度预报不精准等问题,选取了热流密度和热物性参数,并结合有限差分法建立的二维差分模型,对板坯温度控制模型进行了优化。将优化后的模型嵌入到在线燃烧二级自动控制系统,主要现场应用效果为加热炉各段的温度稳定度在±10 ℃以内,板坯的开轧工艺温度合格率达到了98.28%,煤气节能率提高了5.56%,氧化烧损率降低了15.05%。通过现场应用效果可知,优化后的板坯温度控制模型在节能降耗的基础上,获得了加热质量较好的板坯,为各钢厂加热炉实际生产提供了重要的参考依据。
2021 Vol. 31 (9): 143-148 [
摘要
] (
77
) [
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362
)
149
丁美良, 杨丽琴, 孙林, 曲锦波
保温罩对热轧中间坯温度的影响分析
针对保温罩投入使用后精轧区域中间坯头尾温差扩大以及带钢氧化铁皮缺陷增多等问题进行了分析。结果表明,保温罩投入使用后,中间坯温度升高,精轧机需要通过降低轧制速度来命中终轧温度,导致精轧轧制时间延长,是造成上述问题的主要原因。借助有限元模拟中间坯温度变化情况,根据模拟结果优化加热工艺,解决了上述问题,同时实现了节能降耗,提升了精轧轧制稳定性。
2021 Vol. 31 (9): 149-153 [
摘要
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53
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冶金科技英才
154
章林
2021 Vol. 31 (9): 154-154 [
摘要
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45
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247
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冶金科学技术奖
155
铜钢复合冷却壁的制造与应用
2021 Vol. 31 (9): 155-155 [
摘要
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49
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156
超低能耗长寿型点火保温技术及装备的研发与应用
2021 Vol. 31 (9): 156-156 [
摘要
] (
30
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