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中国冶金
2023年 33卷 10期
刊出日期 2023-10-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
有色冶金
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
技术综述
1
王广伟, 刘嘉雯, 李仁国, 徐坤, 宁晓钧, 王川
回转窑处理固体废弃物的研究进展
随着工业化进程的推进、居民生活水平的提高,工业固废和城市固废产出量的逐年增长与绿色和谐的生态环境相悖。传统的固废处理方式多为填埋、堆肥和焚烧等,但以上处理方式均存在污染环境、资源回收利用率低等问题。近年来回转窑因其处理量大、操作简单、成本低等特点而被广泛研究。含锌铁粉尘能在回转窑中实现脱锌处置,得到可外售的次氧化锌粉和可返回烧结工序的含铁二次资源。含铬污泥经回转窑热解后,完成有毒Cr
6+
到无毒Cr
3+
的转化,并满足国家规定的排放标准。回转窑热解是处置废轮胎的工艺中回收利用限度最大的技术,该方法得到的产物热值高、污染小且便于运输,是国家政策支持的废轮胎二次利用方法。生物质能是唯一可再生的碳源,热解技术能够提高生物质的发热值及能量密度,回转窑作为生物质裂解最常用的装置,为生物质能的利用及排污降碳提供了基础。脱硫石膏的回转窑干燥煅烧一体化工艺设备运作简便,且适用于废弃产线的改造,为闲置回转窑带来经济价值。综上,回转窑处置固体废弃物被认为是一种低碳高效处置固废的方法,将会是绿色经济发展和产业结构转型升级的必经之路。
2023 Vol. 33 (10): 1-7 [
摘要
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71
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483
)
8
周全磊, 杨文, 张立峰
碲处理控制钢中硫化锰夹杂物综述
随着钢铁工业向高速化、精密化方向发展,通常在钢中加入硫元素以提高钢的可加工性。钢中硫化锰夹杂物的形貌及分布对钢材性能有重要影响,硫化锰夹杂物控制的目标是避免大尺寸硫化锰的产生,得到尽可能细小、均匀分布的纺锤状硫化锰。易切削钢通过添加适当的硫元素并控制硫化锰夹杂物的大小和形态,在保证强度和韧性的基础上,可以获得优良的可加工性。碲的加入可以调节钢中硫化物的尺寸和形貌,在凝固过程中硫化锰夹杂物被改性为碲化锰与硫化锰的复合夹杂物,这类夹杂物通常为球形或近球形,降低了大尺寸枝晶型硫化锰所占比例,改善钢的力学性能和切削性能。当钢中碲硫质量比高于0.2时,钢中硫化物的长径比会显著降低,钢的可加工性和切削性能会得到提高。总结和阐述了碲处理对钢中硫化锰夹杂物的改性机理以及碲对钢材切削性能的影响规律和机理,可为碲在钢铁工业应用中的进一步研究和开发提供参考。
2023 Vol. 33 (10): 8-16 [
摘要
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88
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305
)
专题研究
17
刘桐, 李兴旺, 张俊杰, 贾来辉, 雷杰, 龙红明
MgO含量对高铝铁矿球团强度的影响
以高铝赤铁矿为主原料、菱镁矿为含镁添加剂制备镁质球团,探究MgO含量对高铝铁矿球团强度的影响。结果表明,生球落下强度随着MgO含量的增加会小幅下降,但仍然可以满足生产要求;焙烧球抗压强度随着MgO含量的增加呈现先降低再增高后又降低的趋势,当MgO质量分数约为1.80%时有助于降低MgO对焙烧球强度的不利影响;菱镁矿直接进入球团会大幅降低焙烧球抗压强度,需要经煅烧处理后才能用于镁质球团生产。采用FactSage热力学软件计算了MgO含量在不同焙烧温度下对球团液相生成量的影响规律,结合球团微观结构观察、孔隙度检测等多种手段,探究了MgO含量影响球团强度的作用机理。通过球团焙烧热力学、微观结构分析结果可知,焙烧球强度与焙烧时液相生成量密切相关,液相生成量在MgO质量分数为1.80%附近达到峰值,适量的液相加快了结晶质点的扩散,填充了球团中的孔隙,有利于焙烧球强度的提升。在适量的范围内添加镁质熔剂有助于降低其对高铝铁矿球团焙烧球强度的不利影响,该结论可为高铝镁质球团研究提供重要参考。
2023 Vol. 33 (10): 17-23 [
摘要
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24
郭豪, 李燕江, 胡启晨, 索延帅, 乔军强, 张建良
高钙烟煤主要特性及高炉喷吹工艺性能综合评价
为了拓展用煤资源,钢铁企业正在挖掘高钙烟煤在高炉喷吹领域的应用潜力。以神东矿区27个成品销售煤种为主要研究对象,1种高炉喷吹常用烟煤和3种高炉喷吹常用无烟煤作为对比,采用国标进行检测,并结合描述性统计方法对比研究了神东高钙烟煤与高炉喷吹常用烟煤、无烟煤在煤质特性和高炉喷吹工艺性能指标两方面的优势和劣势。研究结果表明,与高炉喷吹常用烟煤28-山西烟煤相比,神东高钙烟煤具有低灰、高碳、高碳氢比(
w
(C)/
w
(H))、低氮、低硫、高热值、高钙以及高硅铝比的煤质特性,部分神东高钙烟煤还具有超低硫煤和特低硫煤特点;除1号煤、7号煤和22号煤灰分过高外,其余24种神东高钙烟煤均可用于高炉喷吹。此外,在高炉喷吹工艺性能指标方面,神东高钙烟煤的可磨性指数、着火点温度、爆炸性以及流动性指数和喷流性指数优于或接近高炉喷吹常用28-山西烟煤;但是神东高钙烟煤的灰熔点软化温度偏低,处于平均值1 147 ℃附近,通过优化配煤可以规避神东高钙烟煤灰熔点低的劣势,为神东高钙烟煤在高炉喷吹环节的合理高效应用提供保障。
2023 Vol. 33 (10): 24-33 [
摘要
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52
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34
李晨晓, 张昀, 薛月凯, 孙华康, 张凯璇, 孟鑫, 沈浩杰
小颗粒石灰石快速煅烧高效脱磷试验
转炉喷吹石灰石粉造渣脱磷存在一定优势,基于热重-差热分析和基础试验,对小颗粒石灰石高温快速煅烧及造渣脱磷的机理进行研究。结果表明,小颗粒石灰石在610 ℃左右开始分解,860 ℃左右反应结束,且温度越高越有利于其分解。转炉采用喷吹石灰石粉方式造渣脱磷,可通过分批喷吹加入的方式缓和其快速温降效应。但局部温降利于脱磷反应的进行,因此需在造渣和脱磷上寻找温度平衡点。随着粒径减小,小颗粒石灰石分解速度反而变慢;平均粒径为0.440 mm 和 0.840 mm 的石灰石颗粒高温快速煅烧 60 s 后呈现出多孔活性石灰微观结构。随着煅烧时间的延长,石灰石转化率增大,但煅烧后的活性呈现先增大后减小的变化趋势。平均粒径为0.440 mm和0.840 mm的石灰石颗粒煅烧60 s时,活性可达到350 mL以上。采用小颗粒石灰石配制脱磷剂进行铁水脱磷试验,终点钢水磷质量分数降至0.02%以下,脱磷率在83%以上;对比石灰造渣脱磷,小颗粒石灰石造渣脱磷速度较快,在保证造渣效果的前提下,石灰石分解耗热可降低局部熔池温度,利于脱磷反应的进行。研究结果可为小颗粒石灰石化渣脱磷工艺技术的开发和应用奠定理论基础。
2023 Vol. 33 (10): 34-41 [
摘要
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)
42
曹磊, 郭宇航, 王国承, 尚德礼
Fe-Mn-Al-C低密度钢中的脱氧合金化夹杂物
为了研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成及机理,采用Si、Mn、Al进行脱氧合金化,通过场发射扫描电子显微镜结合夹杂物自动分析系统对Fe-Mn-Al-C低密度钢样品中的夹杂物进行观察。结果显示,Fe-Mn-Al-C低密度钢中夹杂物主要分为6类,即单颗粒Al
2
O
3
夹杂物、单颗粒MnS夹杂物、单颗粒AlN夹杂物、Al
2
O
3
-MnS复合夹杂物、AlN-MnS复合夹杂物、Al
2
O
3
-AlN-MnS复合夹杂物。单颗粒的Al
2
O
3
、MnS、AlN夹杂物的数量相对较多,夹杂物尺寸以小于5 μm为主。热力学计算发现Al
2
O
3
在脱氧合金化时生成,AlN在固相分数为0.844时开始析出,而MnS在完全凝固后的固相钢中开始析出。不同夹杂物间的二维晶格错配度计算结果显示,MnS(110)/Al
2
O
3
(001)、AlN(001)/Al
2
O
3
(001)和MnS(100)/AlN(100)错配度分别为8.41%,11.66%和8.94%,说明Al
2
O
3
和AlN可以为MnS的形核提供异质形核位点,Al
2
O
3
同样也可以为AlN的形核提供异质形核位点。利用FactSage 8.2热力学软件计算发现,从1 873 K冷却至373 K时,Al
2
O
3
、AlN和MnS夹杂物的质量分数分别为0.129%、0.017%和0.615%。研究结果可以为研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成机理提供一定的理论指导。
2023 Vol. 33 (10): 42-49 [
摘要
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49
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279
)
50
刘吉猛, 李皓, 王书桓, 赵定国, 倪国龙
时效处理工艺对海工用高氮不锈钢耐蚀性的影响
海工用不锈钢需要长时间浸泡在海水当中,而海水自身是一种良好的电解质,具有含盐量高、电阻率小等特点,对不锈钢的耐腐蚀性是一种较大的考验。主要以18Cr15.5Mn1.4MoN系高氮奥氏体不锈钢为研究对象,通过固溶后的时效处理,分析时效第二相析出行为对试验钢耐蚀性能的影响。对试验钢进行盐雾腐蚀试验,计算其失重率和腐蚀速率,并测定试验钢动电位极化曲线。试验结果表明,不同时效处理后的试验钢耐蚀性能差距较大,600 ℃时效0.5 h试验钢耐蚀性能最佳,失重率和腐蚀速率分别为1.157%、4.608×10
-5
g/(cm
2
·h);800 ℃时效2 h耐蚀性能最差,失重率和腐蚀速率分别为3.737%、1.502×10
-4
g/(cm
2
·h);而316L不锈钢耐蚀性能介于两者之间,失重率和腐蚀速率分别为1.423%、6.751×10
-5
g/(cm
2
·h);当第二相Cr
2
N大量析出时,会严重降低试样钢耐蚀性能。通过观察海工用高氮不锈钢第二相析出和溶解行为,阐明第二相析出行为与高氮不锈钢耐蚀性之间的关系,为后续分析高温下第二相析出物对金属材料性能影响提供理论依据。
2023 Vol. 33 (10): 50-59 [
摘要
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59
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)
生产技术
60
赵路遥, 田筠清, 赵满祥, 刘长江, 余晓波, 韩英广
球团矿还原膨胀率影响因素分析
球团矿在还原时易发生异常膨胀,这是制约其在高炉中大量使用的重要因素,为此主要研究了不同SiO
2
含量、碱金属含量和焙烧温度对还原膨胀率的影响,以寻找球团矿还原膨胀率较低时的最佳成分含量以及热工制度。结果表明,球团矿还原膨胀率随SiO
2
含量的升高而降低,SiO
2
质量分数为5.0%时,还原膨胀率只有 11.39%;SiO
2
质量分数降到1.8%时,还原膨胀率则提高到了60.67%。碱金属对还原膨胀率而言为不利因素,碱金属质量分数达到1.680%时,球团矿还原膨胀率显著升高到61.08%;碱金属质量分数仅为0.045%时,球团矿还原膨胀率为13.62%。还原膨胀率随着焙烧温度的升高呈先减小后增大的趋势,当焙烧温度为1 260 ℃时,还原膨胀率达到最低,为11.35%。研究结果对降低球团矿还原膨胀率、保持高炉内炉料稳定和透气性具有一定意义。
2023 Vol. 33 (10): 60-64 [
摘要
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91
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320
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65
王杨, 马党参, 杨卯生, 李京社, 杨树峰
耗散型浸入式水口对1 270 mm×150 mm板坯结晶器流场优化
针对某钢厂1 270 mm×150 mm板坯结晶器生产中存在的液面波动问题,改进了浸入式水口结构,并分析改进后的浸入式水口对结晶器流场的影响。研究结果表明,改进水口后结晶器内部流场分布更加合理,表面流速降低,最大表面流速由0.414 m/s减小到0.365 m/s,降低了11.8%。速度场分布的粒子图像测速(PIV)结果与数值计算结果基本吻合,验证了数值计算结果的精确性。最后分别采用原型水口和改进后耗散型水口进行了结晶器油层波动水模拟试验,结果表明采用改进的耗散型水口后,不同拉速下的最薄油层厚度均远远大于原型水口,能够保证油层覆盖液面不裸露。当拉速增加至2.0 m/min时,采用原型水口最薄油层厚度仅为0.005 m,而采用耗散型水口时最薄油层厚度仍有0.015 m。采用新型耗散型水口能够有效降低结晶器自由液面波动,防止钢液二次氧化的发生。研究结果可为优化结晶器水口结构提供参考。
2023 Vol. 33 (10): 65-72 [
摘要
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70
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251
)
73
吕延春, 周德光, 朱国森, 朱志远, 王国连, 李海波, 刘洋
大型转炉超深脱磷新技术研究与应用
为了实现超洁净低磷钢的批量高效生产,研究开发了大型转炉基于低MgO(2.5%
≤
w
(MgO) ≤4.0%)、低MnO(
w
(MnO)≤1.5%)、高碱度(
R
≥6)和超高磷分配系数(
L
P
≥1 500)的极低磷钢高效冶炼技术。研究发现,减低钢渣中MgO和MnO含量及提高钢渣碱度可以大幅提高转炉终点渣钢平衡磷分配系数
L
Pbal
至1 500以上。通过优化冶炼初期炉料结构,提高钢渣氧化性,实现高速化渣,半钢渣中平均磷质量分数达到3.47%、FeO质量分数控制在17%~20%;通过倒渣模型计算和优化及自动控制,实现半钢快速高效稳定倒渣,经测量半钢结束倒渣量控制在35%以上;通过熔池高效搅拌,使实际生产渣钢磷分配系数
L
Pact
与理论平衡磷分配系数
L
Pbal
的比值平均为0.81左右。采用低温出钢等低磷钢冶炼技术,实现双渣工艺冶炼转炉出钢最低磷质量分数为0.000 38%、整浇次转炉出钢平均磷质量分数为0.000 73%、整浇次成品平均磷质量分数为0.001 05%的批量、稳定、高效生产,平均转炉冶炼周期为42 min。本研究首次发现并应用的转炉炼钢超深脱磷技术,对低磷洁净钢冶炼具有很好的参考价值和技术应用前景。
2023 Vol. 33 (10): 73-80 [
摘要
] (
68
) [
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255
)
81
王婉婷, 王书桓, 柳昆, 张一昆
真空感应熔炼法高效制备SmFe
12
基永磁体母合金
真空感应熔炼法可缓解SmFe
12
基永磁体母合金制备过程中Sm的氧化和挥发问题,是控制成分的有效手段。为实现真空感应熔炼法高效制备SmFe
12
基永磁体母合金,从理论分析和实验室研究角度,研究了装料真空率、熔炼功率对Sm
0.8
Zr
0.2
Fe
8.5
Co
2
Cu
0.5
Ti合金熔炼效果的影响,确定了制备工艺参数。结果表明,原料装料真空率低于10%有利于Sm的保留和金属颗粒的熔化;相较于升功率熔炼和一段式熔炼的熔炼效果,降功率熔炼效果更优。确定的最佳制备工艺参数为,装料真空率为5%时,起始熔炼功率为24~28 kW;金属加热至沸腾后,将熔炼功率降低至15 kW以下。熔炼时间为90 s时可以使金属原料充分熔化,从而实现SmFe
12
基永磁体母合金的高效熔炼;在1 100 ℃下进行长达48 h的均匀化退火处理后可获得组织均匀的优质Sm
0.8
Zr
0.2
Fe
8.5
Co
2
Cu
0.5
Ti合金。本方法可为后续Sm
0.8
Zr
0.2
Fe
8.5
Co
2
Cu
0.5
Ti合金粉体或薄带的研究制备原料,为今后不同成分的SmFe
12
基永磁体微观组织及性能的研究奠定基础。
2023 Vol. 33 (10): 81-89 [
摘要
] (
57
) [
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212
)
90
张聪聪, 罗衍昭, 王胜东, 季晨曦, 董文亮, 王皓
MCCR高拉速薄板坯连铸氢致漏钢机理及控制
为研究MCCR产线SPA-H钢漏钢产生的原因及演变过程,采用扫描电镜和金相显微镜对漏钢坯壳的形貌进行了观察,发现漏钢坯壳的内侧表面存在大量针状孔洞及裂纹缺陷,在裂纹边缘位置存在大量微孔。研究认为,钢液氢含量过高是导致漏钢发生的主要原因。利用FactSage软件计算了初始氢质量分数分别为0.000 5%、0.001 0%和0.002 0%的钢液在凝固过程中氢溶解度的变化,确定当钢液初始氢质量分数控制在0.000 5%以下时可避免坯壳表面产生针孔缺陷。通过工业试验以及利用XRD物相分析研究了氢质量分数分别为0.000 17%和0.000 67%中间包钢液对保护渣结晶和传热性能的影响。结果表明,当钢液氢含量高时,渣条增大,枪晶石析出峰强度增加了约80%,宽面中心“H”列前3排热电偶温度分别降低了约15、12、18 ℃。确定了氢致漏钢的形成机理,当钢液氢含量过高时,坯壳内部会产生氢气泡并从坯壳内表面逸出,并在坯壳内表面上形成针状孔洞缺陷,削弱坯壳的强度;此外,析出的氢气泡会促进保护渣结晶,导致坯壳减薄,强度进一步下降;在钢水静压力及结晶器摩擦力作用下针状孔洞被撕裂形成裂纹进而导致漏钢的发生。通过对物料、耐火材料以及精炼操作进行控制,将钢液氢质量分数控制在0.000 55%以下可避免氢致漏钢发生。研究结果可为其他相似产线避免此类漏钢事故的发生提供借鉴参考。
2023 Vol. 33 (10): 90-97 [
摘要
] (
65
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242
)
98
陈兴润, 成国光, 乔通, 鲍道华, 钱张信, 潘吉祥
2507超级双相不锈钢板坯修磨过程脆断分析及控制
由于含有两相组织,2507超级双相不锈钢在修磨过程中容易出现板坯脆断的技术难题。采用光学显微镜、电子探针(EPMA)、电子背散射衍射(EBSD)、微区纳米硬度检测等分析手段对2507超级双相不锈钢板坯修磨过程脆断原因进行了分析,并借助热力学软件对2507超级双相不锈钢从液态到200 ℃冷却过程的凝固相图和CCT曲线进行了计算。结果表明,2507超级双相不锈钢板坯脆断样品中存在大量微裂纹,sigma相的面积分数平均值达到24.5%。sigma相的大量析出,一方面导致铸坯组织内应力增大,另一方面由于sigma相硬度高,导致微区各相硬度差增大,加剧了变形的不协调性,使得材料塑性降低,从而发生脆性断裂。400~1 000 ℃温度范围均为sigma相的产生区间,适当减薄连板坯的厚度,板坯下线后采用水冷或者板坯单独堆放的方式加快冷却,可以有效解决2507超级双相不锈钢的板坯脆断问题。
2023 Vol. 33 (10): 98-104 [
摘要
] (
58
) [
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213
)
有色冶金
105
党晓娥, 刘安全, 李林波, 张婷
响应面法优化草酸-草酸铵协同浸出氰化尾渣中赤铁矿的工艺
为了获得H
2
C
2
O
4
与(NH
4
)
2
C
2
O
4
协同浸出氰化尾渣中赤铁矿的最优条件,建立预测铁浸出率的响应面多项式回归模型,在单因素试验的基础上,采用响应面法(RSM)优化赤铁矿的浸出工艺,同时对除铁机理进行探讨。结果表明,预测H
2
C
2
O
4
与(NH
4
)
2
C
2
O
4
除铁最佳条件为H
2
C
2
O
4
与(NH
4
)
2
C
2
O
4
物质的量之比为0.98、C
2
O
2-
4
过量倍数为理论量的1.4倍、浸出温度为90 ℃、浸出时间为65 min。各因素对除铁效果影响从大到小排序为C
2
O
2-
4
过量倍数、浸出温度、H
2
C
2
O
4
与(NH
4
)
2
C
2
O
4
物质的量之比以及浸出时间,其中H
2
C
2
O
4
与(NH
4
)
2
C
2
O
4
物质的量之比与浸出温度的交互作用最为显著。在优化条件下,铁浸出率的预测值和实际值分别为97.72%和96.30%,相对误差为-1.47%,表明该模型优化得到的工艺参数可靠。H
2
C
2
O
4
与(NH
4
)
2
C
2
O
4
作为高效除铁剂,必须同时兼顾H
2
C
2
O
4
的酸性和C
2
O
2-
4
对Fe
3+
的络合性,且保证浸出液中的Fe
3+
以Fe(C
2
O
4
)
3-
3
形式存在。该研究结果对高效消纳以及资源化利用氰化尾渣提供理论与技术支持,同时对硫酸烧渣和金焙砂降铁富集金银等有价金属也具有重要借鉴意义。
2023 Vol. 33 (10): 105-115 [
摘要
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77
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213
)
节能环保
116
杜斌, 李然, 杨花, 林丽娟, 齐增禄
基于钢铁超低排放政策的炼焦工序生命周期评价
2019年生态环境部出台了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,其对排放的大气污染物实施了严格管控。炼焦工序作为冶金过程中污染物排放量较大的工序之一,是超低排放改造的重中之重。运用可提供生命周期中点评价与终点评价的ReCiPe2016软件建立生命周期评价(LCA)模型,选择“摇篮-工厂大门”作为系统边界,对比分析了山西省2家典型钢铁企业未经超低排放处理及处理后的焦炉烟气对环境的影响。结果表明,超低排放处理过程中焦炉烟气的环境影响从直接对人体健康的伤害转换为对生态系统的危害,但总体而言,超低排放处理后烟气的总环境影响相比于未经过处理的烟气降低了0.88~1.47,因而超低排放改造总体上是有益的。进一步的分析表明此过程中SCR脱硝产生的环境负荷最大,占总环境影响的41.6%~48.3%,而电能是造成SCR脱硝环境负荷的关键因素。作为下一步高质量发展重点,钢铁行业应通过优化污染物处理工艺,减少能源消耗,并通过发展颠覆性技术实现传统污染物零排放,从而完成绿色低碳转型。
2023 Vol. 33 (10): 116-124 [
摘要
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72
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251
)
125
赵树海, 金永丽, 郭嘉诚, 张凯旋, 蒋锦韬
低钙钢渣中钙、铁分离及回收利用
针对中国钢铁行业所面临的钢渣综合利用和CO
2
减排这两大迫切需求,研究了以低钙钢渣为原料、醋酸为提取剂浸出钙离子的方法。使钙、铁分离后,再利用钙浸出液碳酸化固定CO
2
制备轻质碳酸钙,并磁选回收浸出渣中的铁元素。借助ICP、XRD、XRF、TG-DSC等手段,对钢渣中钙和铁元素浸出效果、浸出渣磁选效果以及沉淀CaCO
3
的纯度进行表征。结果表明,在钢渣粒径为[58,74] μm、浸出时间为1 h、固液比为1∶10、酸浓度为2 mol/L、浸出温度为40 ℃的条件下,钙铁分离的效果最佳。浸出液改性后通入模拟烟气,每t转炉渣能固定103.72 kg CO
2
,可回收240.1 kg CaCO
3
,CaCO
3
纯度可达到98.18%。在0.14 T的磁场强度下浸出渣的磁选效果最好,富铁矿物回收量可达每t钢渣201 kg,同时铁品位也能达到57.3%。固碳产物碳酸钙可以作为填充剂用于橡胶、塑料行业,富铁矿物可返回钢铁生产流程。研究结果可为钢渣的有效利用提供参考。
2023 Vol. 33 (10): 125-132 [
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冶金科技英才
133
曹光明
2023 Vol. 33 (10): 133-133 [
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冶金科学技术奖
134
长材(棒线材)库区智能化管控关键技术及装备
2023 Vol. 33 (10): 134-134 [
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135
难变形金属材料高效轧制技术和装备开发与应用
2023 Vol. 33 (10): 135-135 [
摘要
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