气基竖炉直接还原具有还原气体富氢率高、流程短、对环境污染小等特点,是实现“以氢代碳”降低钢铁冶金碳排放的重要路径。随着还原气源由天然气转向焦炉煤气、煤制气、化工副产H₂等,更多的灰氢、蓝氢、绿氢制备技术为气基直接还原的全球化发展奠定了基础。结合中国资源现状,分析焦炉煤气零重整竖炉氢冶金技术还原铁氧化物的过程,并结合国内外研究现状综述了气基竖炉还原过程球团性能变化,分析了竖炉运行状态,获得了不同还原气体组成对气基竖炉还原热力学、动力学、还原性能、竖炉运行状态的特点,得到控制较低的气体压力和较高的温度有利于焦炉煤气零重整工艺条件下铁氧化物的还原。适当增加还原气体中φ(H₂)/φ(CO)有助于降低球团还原膨胀率、改善还原过程球团抗压及高温热结性能,但还原过程受众多因素影响,还原速率并不简单正比于还原气中H₂含量。结合还原气体组成对竖炉内流分布、温度分布、压力分布等运行状态的影响进行研究,得到在调节气体组成的同时需要调整温度制度、操作压力,并且合理的气体组成不仅需要考虑铁氧化物的还原速率,还需要结合球团还原性能和竖炉运行状态综合考虑。综述分析结果为中国气基竖炉的实施提供了理论基础。

随着中国钢铁产量不断提高,钢铁工业面临着严重的资源和环境问题,在钢渣的处理和利用方面尤为突出。目前的钢渣处理工艺中,钢渣热能大量浪费,金属铁回收过程能源消耗大;大部分钢渣填埋堆存,尾渣综合利用水平较低。“双碳”背景下,发展低碳绿色钢渣资源化技术势在必行。总结了目前主流的钢渣处理工艺并分析讨论了不同方法的优缺点;归纳了钢渣主要的资源化利用途径,对近年来钢渣综合利用的技术进行分析。结合钢渣处理和利用现状,讨论并展望了钢渣资源化技术的发展方向。在“双碳”目标下,应该利用好熔融钢渣的热能,发展余热回收和热态钢渣提铁技术,利用钢渣碳化技术制备高附加值产品,实现热、铁、尾渣资源的全面回收与利用。

钢铁行业是国家经济发展的重要建设基础和工业化支撑,直接影响国民生活水平和国家安全。为积极响应中国的“碳达峰、碳中和”与可持续发展政策,中国钢铁行业未来的转型方向将聚焦于高质量发展、绿色生产、智能制造和提升国际竞争力,以实现碳减排和可持续发展的目标。作为钢铁生产的重要一环,高炉炼铁领域已基本具备完整的自动化系统,产生了大量的生产数据。为了将这些数据服务于高炉炼铁智能化,推动高炉炼铁可持续发展,围绕高炉智能化方向。通过数据治理技术对数据进行清洗,可以提高数据质量,为后续分析提供可靠基础。基于生产过程中的重要参数,利用大数据分析及人工智能技术,建立关键变量的数字孪生模型。可以在冶炼过程中针对多个目标进行实时监测、分析和预测,结合智能化的控制策略和优化算法,实现多目标的协同优化,从而可以在确保生产安全的前提下提高生产效率、降低成本。利用数据中台对高炉炼铁产生的数据进行整合、分析、应用、共享等,可以提升高炉炼铁的智能化水平和生产效率。最后,总结了高炉炼铁智能化方向存在的问题,并在结论中探讨了解决方案,希望能够为高炉炼铁行业的智能化转型升级提供指导,推动钢铁行业的可持续发展。

底吹气体是强化炼钢熔池搅拌的重要手段,气体介质的基础物性及其与炼钢熔池之间的反应特性直接影响熔池搅拌效果。为探究不同种类气体介质对熔池搅拌的影响,通过耦合搅拌功计算理论模型、转炉炼钢熔池脱碳规律和熔池升温规律,建立考虑碳氧反应的顶底复吹转炉熔池搅拌功计算模型,揭示底吹反应性气体(O₂、CO₂)和底吹惰性气体(N₂)熔池搅拌功随冶炼时间的变化规律。计算结果表明,底吹N₂的搅拌功主要受熔池温度影响,随熔池温度的升高而小幅增大;而底吹O₂和CO₂的搅拌功与炉内脱碳速率密切相关,在冶炼的开始阶段和结束阶段,底吹O₂的搅拌功极低,在底吹O₂中混入CO₂可以改善该阶段的熔池搅拌,还有助于降低终点钢水的平衡氮含量。120 t转炉工业试验表明,相比于底吹O₂-N₂/Ar,底吹O₂-CO₂可以获得更加优异的脱磷、控氧、脱氮效果,超低磷(磷质量分数不大于0.005%)钢水的炉次比例由4%提高至24%,平均碳氧积由0.001 9降至0.001 7,平均氮质量分数由0.003 3%降低至0.002 9%。结果可为转炉底吹O₂-CO₂新工艺的喷吹制度设计提供计算依据。

干熄焦系统中硫化物和CO主要源自焦炭烧损,而焦炭烧损普遍存在于干熄焦工艺中。通过研究干熄焦系统中焦炭烧损率变化规律,可为相关污染物治理提供理论支撑。基于干熄焦系统气态碳平衡推导焦炭烧损率的实时测算方法,需要先获得干熄焦环境除尘气中CO和CO₂的体积分数。为此,研究了干熄焦环境除尘气组分变化规律,其中的CO₂、CO以及少量NO均呈周期性变化,在装焦作业时含量快速升高并出现峰值,随后快速降低并趋于平缓。结合上述检测数据,最终得到真实的焦炭烧损率变化规律。正常生产时焦炭烧损率呈周期性变化,而一定时间内未装焦时其呈下降趋势。装焦作业造成焦炭烧损率出现峰值,其对干熄焦系统焦炭烧损率的贡献比例约为10%。对比焦炭烧损率3种实时测算方法可知,由导入空气法得到的焦炭烧损率数值偏高,而碳(放散气)平衡法得到的焦炭烧损率数值偏低。当循环气体中CO浓度控制过低时焦炭烧损率偏高,通过提高循环气体中CO浓度等措施,可将焦炭烧损率降低至设计水平。

钢铁工业是国民经济的重要基础产业,传统工程设计理论在推动钢铁工业高质量发展方面面临着重要挑战。冶金流程工程学是引导新时期钢铁工业实现高质量发展的重要理论依据。介绍了钢铁联合企业在设计过程中运用冶金流程工程学理论,通过深入研究制造流程物理系统,优化物理系统的参数,采用绿色“界面技术”,确定物理系统的稳态优化目标所构建静态系统,为实现物质流、能量流和信息流的动态-有序、协同-连续、稳定-高效运行提供基础。运用冶金流程工程学设计理论,打造了邯钢新区项目“紧凑型”钢铁制造流程,确定了极致设计对生产运行、效率、节能、减污降碳等方面的影响。邯钢新区吨钢占地0.42 m²,吨钢综合能耗(以标准煤计)低于546 kg,吨钢新水耗量2.5 t,吨钢CO₂排放小于1.57 t,成为钢铁行业节能降碳的典范。基于冶金流程工程学理论的钢铁联合企业极致设计为企业打造“高效化、绿色化、智能化 ”的世界一流工厂奠定了基础。

木炭由水分、挥发分、固定碳和灰分4部分组成,在无氧铜制备过程中,其作为覆盖剂发挥着关键作用。为了优化木炭的处理条件及使用条件,探究木炭在无氧铜熔炼和保温过程中的作用,分析了木炭在不同预处理条件下的微观形貌和物相变化。结果表明,在500 ℃-5 h和550 ℃-4 h时,木炭中的水分与挥发分能够得到有效释放,且固定碳损失最小。木炭中的灰分会与铜液及磷铜反应生成氧化亚铜(Cu₂O)与磷酸钙铜(Ca₃Cu₃(PO₄)₄)等化合物,导致铜与磷的损失。在木炭覆盖厚度研究中,木炭厚度为15~20 cm时,无氧铜铸锭的碳质量分数低于0.002%,氧质量分数低于0.000 5%,且铸锭缺陷最少,材料利用率最高。

河钢唐钢新区是河钢集团以“绿色化、智能化、品牌化”为建设目标,借助区位调整契机,按照高质量发展和绿色低碳转型设计建设的新一代流程钢厂。在唐钢新区的工程设计中,摒弃了传统的立足于各工序/装置的静态能力估算和不同富余系数假定的钢厂静态设计,而是以冶金流程工程学为指导,将钢厂动态精准设计用于构建唐钢新区的信息物理系统,为物理空间的静态结构框架以及动态运行的路径、轨迹和时-空边界优化打下坚实基础。为贯彻动态精准设计原则,采用一系列数字技术,在信息空间构建了工厂数据库平台以及一体化计划排程、全流程实时动态调度、全流程工艺数字化、设备智能运维和能源精细化管控系统。通过信息空间与物理空间中的人、机、料、法、环主要要素的相互映射、实时交互和高效协同,使信息物理系统内的资源配置和运行可以按需响应、快速迭代、动态优化,以解决生产制造和能源耗散过程中的复杂性和不确定性问题,实现唐钢新区物质流在长时间范围内动态-稳定-均衡地匹配、全流程整体运行时间最小化、能源耗散减少而使流程能耗最小化。唐钢新区为冶金行业的产业升级和新质生产力的发展贡献了一座绿色智能钢厂。

齿轮钢作为航空航天、铁路运输和机械传动等领域的关键材料,其性能直接影响齿轮的使用寿命和可靠性。针对齿轮钢在较低冷却速率凝固时带状组织会使其性能恶化的问题,通过原位激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)、电子探针X射线显微分析仪(EPMA)以及JMatPro软件等多种试验和理论计算相结合的方法,对20MnCr5齿轮钢在不同冷却速率下微观结构和溶质元素的微观偏析行为进行了探究。结果表明,随着冷却速率的加快,二次枝晶臂间距由318.63 μm减小至138.08 μm。20MnCr5齿轮钢凝固过程中,主要发生L→L+δ→γ的相变。随着温度的降低,铬和锰元素在晶界处有偏聚的倾向,同时,MnS、TiN和碳化物等相继析出。构建了一个溶质元素微观偏析模型,预测了齿轮钢凝固过程中元素的偏析行为,其结果与EPMA面扫元素分布一致,可为连铸工艺优化控制与铸坯质量控制提供依据。

钢铁制造流程是由多工序耦合集成的制造系统,其物理本质是铁素物质流在能量流的驱动和作用下,经过一系列复杂的物理及化学的转化或转变,制造出钢铁产品的过程。物质流、能量流和信息流在流程中相互耦合、协同运行,动态运行是流程最主要的特征。钢铁制造过程是远离平衡态、非线性耦合、开放的不可逆过程,也是物质和能量的耗散过程。钢铁冶金工程设计以钢铁厂设计为对象,以钢铁冶金基础科学、技术科学、工程科学的研究成果为理论基础,将钢铁冶金工程技术进行系统集成和设计优化,并实现工程化。现代钢铁冶金工程设计是在工程哲学和冶金流程工程学理论的指导下,通过对钢铁冶金工艺流程和技术装备的合理选择及系统集成,建构出流程合理、结构先进、功能优化、运行高效并有竞争力的工程实体。现代钢铁冶金工程设计的核心要旨是实现工程整体的系统化、结构化、功能化、高效化、绿色化、智能化等集成目标,追求钢铁制造流程的结构、功能、效率以及流程动态运行过程中的多目标优化。研究讨论了新一代钢铁厂工程概念设计、顶层设计和动态精准设计的内涵和方法,论述了首钢京唐厂工程设计创新和运行实践效果。

首钢京唐公司遵循冶金流程工程学理论,通过对生产过程中各单元生产工序冶金功能的解析与集成,构建了具有动态有序、连续紧凑和高效稳定生产的“新一代”可循环钢铁制造流程;采用先进的“高炉-转炉”(铁-钢)和“连铸-热轧”(钢-轧)界面技术及铁水预处理、炉机匹配、钢水精炼优化匹配、连铸高效化等共性技术,构建了高效率、低成本、稳定生产高品质钢的洁净钢平台。铁-钢界面通过持续完善调度模型,铁包周转次数从日均3.8次逐步提高至5.8次以上,铁水温降从108.3 ℃逐步降至85.7 ℃,铁水装准率(-0.5~0.5 t)稳定为98.5%以上;钢-轧界面基于产销一体化平台,通过辊期优化、降低板坯封锁率及板坯在线淬火技术,热连轧产线板坯热装率达到64.84%,中厚板产线板坯热装率达到62.9%;在专线化生产方面,通过合理优化工艺布置和差异化设备选型,形成了各具特色的专门化生产线。以汽车板、镀锡板品种为代表的产线,通过高效化生产、全流程低氧控制技术,KR、转炉、RH真空处理时间分别控制在32.2、35、20 min以内,包晶钢拉速提高至1.7 m/min,马口铁拉速达到2.0 m/min,基本实现炉机匹配,中间包钢水中总氧质量分数由0.002 8%降低至0.001 5%。MCCR铸轧一体化产线开发的超洁净钢水冶炼技术,实现全量钢水中硫质量分数不高于0.001 2%的超低硫控制;低碳品种实现低硅(硅质量分数不超过0.03%)、超低硫(硫质量分数不超过0.001 5%)、低碳(碳质量分数不超过0.01%)系列钢种及总氧质量分数不超过0.001%的超洁净钢高效稳定生产,酸洗后带钢表面质量达到冷轧FB级表面质量水平。以9Ni钢为代表的中厚板产线,开发了超高磷分配比极低磷冶炼渣系和高效深脱硫、氮、氧、氢及夹杂物控制技术,5大杂质元素(P+S+N+H+O)质量分数之和最低为0.004 01%,采用板坯大压下技术,实现300、400 mm厚板坯中心疏松不超过0.5级。首钢京唐公司充分发挥新一代流程的优势,以汽车板、镀锡板等战略产品为引领,多项产品技术实现首发,实现了“打造首屈一指的钢”的品牌理念。

在炼钢-连铸生产过程中会产生诸多扰动,导致很多时候调度不能按照原计划进行,需要采取实时的调度策略对炼钢-连铸生产过程进行动态调度。为了保证炼钢-连铸生产过程中的稳定性,提出了一种基于缓冲时间“柔性”可调方法与基于Flexsim作业倒推方法相结合的动态调整方法。通过加入天车规则、设备选择相关规则、钢包数量限制等约束,生成重调度作业计划。通过优化后的动态调度方案很好地消除了炼钢-连铸过程中扰动的影响。另外,将本研究方案与人工调度以设备利用率、连续化程度、生产周期等评价指标相对比,平均生产周期降低了7.9 min,连续化程度提高了8.8%。结果表明,本方法在基于规则和Flexsim的基础上,不但能动态生成具体的调度方案,并且过程的相关指标得到了显著改善,为今后Flexsim指导现场生产提供了理论依据。

高炉软熔带是保证煤气流合理分布,实现低碳冶炼的关键性因素之一,其位置和形状主要受到含铁炉料的冶金性能及高温交互作用影响。综述了烧结矿、球团矿以及块矿等不同含铁炉料之间的高温交互作用机理、影响因素以及高温交互作用对炉料软熔性能与渣相形成的影响。指出适当调整炉料化学成分和混匀度、优化炉料结构以及改善炉料的还原条件等均能优化含铁炉料间的交互作用,改善炉料的软熔滴落性能和透气性。未来可加强冷压球团、金属化球团和熔剂型球团等优质球团与其他含铁炉料的交互作用机理研究,加深炉料交互作用过程中物相演变及不同含铁炉料的扩散动力学行为的相关性研究,从而为炉料的软熔性能和透气性优化提供参考。

在连铸生产中,各工艺参数与控制目标之间存在复杂的非线性关系,通过数值模拟、实验室试验等方法进行优化效率太低,难以满足企业高效生产需求。目前,机器学习已广泛应用于异常预测、质量检测和工艺优化等过程,旨在提高生产效率和铸坯质量,加速连铸新技术的开发和数字化转型。总结梳理了连铸不同生产环节所采取的机器学习预测思路、特征选择和模型构建应用现状,结果表明,与传统方法相比,机器学习在连铸生产中具有更高的预测精度和良好的泛化能力。针对不同预测目标建立相应模型,可以实现连铸过程的精细化和智能化控制。同时,从样本分布、数据质量、模型开发与应用3个方面,对未来机器学习应用于连铸生产的研究方向提出展望,以期为连铸生产智能化发展提供参考。

Cr12MoV钢是应用最广泛的冷作模具钢,属于高铬高碳莱氏体钢,钢中碳化物的形态、数量、大小和分布对Cr12MoV钢的性能有重要影响。采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻装置、X射线衍射仪和能谱分析仪对某厂生产的Cr12MoV模铸坯中碳化物类型、形态及分布情况进行解析,使用Thermo-Calc 2020b计算Cr12MoV冷作模具钢的相转变和碳化物析出行为。结果表明,Cr12MoV冷作模具钢碳化物类型为富铬富铁的M₇C₃型碳化物和M₂₃C₆型碳化物,M₇C₃型碳化物所含主要元素为铬、铁、碳、钼,M₂₃C₆型碳化物所含主要元素为铁、铬、钼、碳。铸坯中碳化物形貌主要可以分为4类,颗粒状碳化物、块状碳化物、棒状碳化物、网状碳化物。颗粒状碳化物尺寸为2~5 μm,块状碳化物尺寸为10~15 μm,棒状碳化物尺寸为30~40 μm,网状碳化物由颗粒状、块状、棒状碳化物聚集形成,其尺寸达80 μm。从边部到芯部碳化物形态的演变规律为颗粒状→块状→棒状→网状,边部到芯部碳化物不均匀性逐渐增强,边部碳化物呈颗粒状弥散分布,1/4处碳化物呈长棒状,芯部碳化物偏聚成网状;铸坯从边部到芯部,碳化物的平均等效直径由边部的5.7 μm增加到芯部的8.5 μm,碳化物面积比例由边部的8.2%增长到芯部的9.5%,碳化物的密度由边部的2 961个/mm²下降到芯部的1 189个/mm²。通过解析Cr12MoV钢铸坯中碳化物的类型、形态与分布,寻找碳化物在铸坯中的分布规律,为工厂调控钢中碳化物形态、优化钢的性能提供理论依据。

回顾分析了中国粗钢年产量、2023-2024年粗钢月度日均产量和月末螺纹钢价格以及钢材直接出口量、钢铁制品间接出口量、CO₂排放量等的变化,认为中国粗钢产量总体呈现供大于求的态势,钢铁行业已经进入减量化波动下行阶段;在粗钢产量不明显增加的前提下,可以说中国钢铁行业已开始步入CO₂排放稳定期。从未来粗钢产量的预测、供给侧结构性改革、进出口政策调整等方面探讨了中国粗钢产出总量控制的目标和措施;结合未来粗钢产量和废钢资源量的预测,提出了在"双碳"背景下,未来钢铁行业将逐步形成3类典型的钢铁制造流程,即高炉-转炉长流程、全废钢电炉流程和氢还原-电炉流程,并对3类流程的交替演变过程进行讨论,指出中国钢铁工业也应该借助"双碳"大背景,引导废钢资源尽可能流向电炉流程,进而逐步调整全行业的铁素资源结构、产品结构和流程结构的布局;从界面技术优化、动态精准设计与全流程智能化等方面来探讨钢铁制造全流程的连续性提升的路径。最后,通过钢铁行业"双碳"分析模型的构建与分析,提出控制并削减粗钢产量是最有效的降碳措施,同样重要的是钢厂流程结构优化。

轻量化是解决汽车行业大气污染,实现“碳达峰”“碳中和”的重要途径。锰质量分数为3%~12%的中锰Fe-Mn-Al-C钢因密度低、力学性能优良,且具备显著的低成本和生产加工优势,在汽车结构材料领域具有广阔应用前景。基于国内外研究现状系统介绍了中锰Fe-Mn-Al-C低密度钢的强化机制,总结了不同热处理工艺条件对中锰低密度钢力学性能和变形过程中残余奥氏体稳定性的影响和作用机理。结合研究现状指出目前中锰低密度钢力学性能较传统汽车用钢仍有差距,尚难满足整车应用需求。聚焦发展历史和研究现状归纳了淬火-配分工艺的特点,分析了淬火-配分钢的强化机制,从加热温度、淬火温度、配分温度、配分时间的角度探讨了影响中锰钢力学性能的因素。基于当前中锰Fe-Mn-Al-C低密度钢性能提升的需求并结合其元素组成和微观组织形貌特性,指出通过淬火-配分工艺可增加中锰Fe-Mn-Al-C低密度钢中残余奥氏体体积分数和稳定性,进而实现力学性能提升。未来需要关注的研究方向,一是如何设计合理的Q&P工艺参数避免钢中粗大的κ-碳化物析出,二是需探究中锰低密度钢中κ-碳化物强化与TRIP效应之间是否存在多元强化机制的协同作用,三是查清Q&P处理是否会通过影响原始奥氏体晶粒尺寸大小等进而改变相变过程中马氏体组织的不均匀性,以及不同马氏体亚结构特性对残余奥氏体形核位点和形貌特征的作用规律,以为该工艺在生产中的普及和优化改进提供参考。

为实现鞍钢本部高炉和烧结产能的匹配,提高烧结矿产量,并解决高比例精矿烧结时料层厚度难以超过900 mm的难题,鞍钢集团开发了双层预烧结工艺,但在实际生产过程中出现了烧结矿成品率下降、[5, 10) mm准粉末级别烧结矿升高的问题,为此在实验室开展了1 000 mm双层预烧结支撑工艺的基础研究。结果表明,双层预烧结时,在第二次点火后CO₂和CO体积分数升高,O₂体积分数急剧下降到8%左右,底部混合料层一定时间内为低氧气氛燃烧。双层预烧结时透气性指数变化分为3个过程,加入支架后,第1阶段平均提高10.37%,第2阶段平均提高12.61%,第3阶段中最低处平均提高28.95%;加入支架后,氧含量最低点时间提前,氧含量提高,烧结矿转鼓强度下降,但成品率上升,利用系数可以达到2.12 t/(m²·h),[5, 10) mm的准粉末级别比例明显下降,350 mm支架较400 mm支架能取得更好的技术指标。支架烧结在实验室证明可以解决双层预烧结应用的关键难题,可以进一步释放其提产能力。

伴随着汽车工业的快速发展,国内外各大主机厂对汽车板表面质量要求日益苛刻,特别是超深冲大减薄量复杂成形汽车板在冲压过程中基板表面“砂眼”现象,成为限制汽车板高质量发展的制约因素。针对超深冲大减薄量汽车板冲压“砂眼”缺陷,借助扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)等分析手段,明确了浸入式水口富集的Al₂O₃夹杂物脱落是导致汽车板冲压“砂眼”缺陷的根本原因。通过炼钢关键工艺与“砂眼”缺陷对应性影响分析,表明转炉终点氧、RH出站顶渣TFe含量、结晶器液面波动、连铸炉次交接坯等是诱发基板表面“砂眼”缺陷的主要原因。采取降低钢液氧含量、优化RH渣中TFe含量降低渣/金界面传氧、保护浇注防止钢水二次氧化、优化结晶器流场减少液面波动以及中间包液位稳态控制等措施可提高钢水洁净度,有效改善超深冲大减薄量汽车板“砂眼”缺陷,缺陷发生率由0.086%降低至0.026%。研究结果为超低碳钢高洁净度冶炼提供了技术支撑,可为超深冲大减薄量汽车板表面质量提升提供参考。

降低球团矿中碱金属含量有利于降低高炉碱负荷,因此研究了2种低碱金属膨润土在球团矿生产中的应用情况。研究表明,同样配比条件下,使用2种低碱金属膨润土的球团矿生球落下强度(0.5 m)分别由5.0次提高至5.2次和8.8次,碱金属质量分数分别由基准的0.203%降低至0.142%和0.146%,还原膨胀指数分别由基准的13.8%降低至11.9%和12.7%,低温还原粉化指数IRD, >6.3 mm、IRD, >3.15 mm和IRD, >0.5 mm均有向好趋势。利用其中1种低碱金属膨润土在某钢厂球团矿生产中进行工业试验,结果表明,配加低碱金属膨润土球团矿碱金属质量分数降低0.055个百分点,抗压强度变化不大,还原膨胀指数有降低趋势。在球团矿生产中应用低碱金属膨润土,有利于降低球团矿中碱金属含量,对高炉正常冶炼和高炉长寿均有积极作用。

富氢冶炼和提高入炉球团矿比例是实现低碳高炉炼铁的重要途经。以铁矿氧化球团为对象,研究了还原气氛和温度对球团矿还原过程中热态抗压强度的影响,阐明了不同条件下球团矿热态抗压强度的演变规律。结果表明,等温还原过程中,随着还原气(CO或H₂)浓度的提高,球团矿热态抗压强度均呈现降低趋势,且900 ℃时球团矿热态抗压强度降低幅度明显高于700 ℃时的降低幅度。当H₂体积分数由0增加至40%时,700 ℃还原时球团矿热态抗压强度由865 N缓慢降低至757 N,900 ℃还原时球团矿热态抗压强度由632 N显著降低至29 N。非等温还原过程中,当还原温度由500 ℃升高至900 ℃时,惰性气氛下球团矿热态抗压强度由1 551 N逐渐降低至1 016 N,非富氢气氛下球团矿热态抗压强度由1 495 N降低至244 N,富氢气氛下球团矿热态抗压强度由1 275 N下降至289 N。当温度小于800 ℃时,富氢气氛下球团矿热态抗压强度高于非富氢气氛下球团矿热态抗压强度,当温度大于800 ℃时,富氢气氛下球团矿热态抗压强度略低于非富氢气氛下球团矿热态抗压强度。本研究可为高炉富氢冶炼和大比例球团冶炼提供理论基础与数据支撑。

在钢铁制造流程中,氢冶金电炉流程具有实现近零碳排放钢铁生产的潜力,是钢铁行业实现绿色可持续发展的重要抓手。由于氢冶金提供的产物直接还原铁不是终端产品,需要通过电炉等熔炼设备才能得到理想的产品。电炉工序技术已经成熟,难点在于氢冶金工艺的技术突破,氢冶金工艺被世界广泛认为是前沿颠覆性技术。国内的氢冶金示范项目多处于工业化试验阶段,离实现真正的产业化还存在一定的差距。氢冶金工艺的技术成熟度评价有助于科学了解其发展进程,评估其发展现状,预期其未来发展趋势。基于技术成熟度标准和工艺分析,研究了适用于氢冶金工艺的技术成熟度评价标准和细则,对4种氢冶金工艺进行了技术成熟度评价与展望。结果表明,目前氢基竖炉直接还原工艺综合评价为7级,氢基流化床直接还原工艺为6级,富氢高炉炼铁工艺为7级,氢基熔融还原炼铁工艺为6级。氢冶金工艺整体上还处于不断探索和开发阶段,尚未有产品成熟商业化的厂家。最后,回顾了主要氢冶金工艺路线的历史发展过程,展望了未来氢冶金发展趋势与前景。在4种工艺中氢基竖炉直接还原工艺有望最早实现商业化,在冶金流程中实现以氢代碳,助力钢铁生产实现近零碳排放。