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    灰铸(zhù)铁技(jì)术核心知(zhī)识大全,铸造工的必备(bèi)技(jì)术帖!

    发布时间(jiān): 2019-10-16 来源:洛阳PG电子和顺祥机(jī)械有限公(gōng)司 点击:1324

    灰(huī)铸铁技术(shù)核心知识(shí)大全,铸造工的必备技术帖!

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    1.采用高炉新工艺(yì)减少CO2排放(fàng)

    目(mù)前,高炉采取热风热送,热风(fēng)中的氮起热传递的作用,但对还原不(bú)起作用。氧(yǎng)气高炉炼铁(tiě)工艺是从风口吹入冷(lěng)氧(yǎng)气,随着还原(yuán)气体(tǐ)浓度的(de)升高,能够提高高炉(lú)的还原(yuán)功能(néng)。由于气体单耗的下降和还原速度的提高(gāo),因此(cǐ)如果(guǒ)产量一定,高炉内(nèi)容积(jī)就(jiù)可比目前高炉减小1/3,还(hái)有助于缓解原料强度(dù)等(děng)条件的制约。

    国外进行了一些(xiē)氧气高炉炼铁的试(shì)验,但都停留在理论研究(jiū)。日本已(yǐ)采用试验高炉进(jìn)行了高炉(lú)吹氧炼铁实验和在(zài)实(shí)际高炉进行氧气燃烧器的燃烧实验。大量的制氧会增加(jiā)电(diàn)耗,这也(yě)是(shì)一个需(xū)要研究的课题。但(dàn)是,由于炉顶气体中的氮是游离氮,有助于(yú)高炉内气(qì)体的循环,且(qiě)由于气体量少(shǎo)、CO2分压高,因此CO2的分离比目前的高炉(lú)容易。将来(lái)在可进行工业(yè)规模CO2分(fèn)离的情况下,可以大幅度减少CO2的排放。如(rú)果能开发出能(néng)源效率比目前的深冷分离更好的(de)制氧方法,将会(huì)得到更高的好评(píng)。

    对氧气高(gāo)炉炼铁工艺、以(yǐ)氧气高炉为基础再加上CO2分离及炉顶气体(tǐ)循环的炼铁(tiě)工艺进行(háng)了比较。两种(zhǒng)工艺都喷吹大量的粉煤作为辅助还原(yuán)剂。由于高炉上部没(méi)有起热传递(dì)作用的氮,热量不足,因此(cǐ)要喷吹循环气体。以氧(yǎng)气高炉为基础(chǔ)再加上(shàng)CO2分离(lí)及炉(lú)顶气体循环的炼铁(tiě)工艺,在去除(chú)高炉炉顶气体中的CO2后,再将(jiāng)其从炉身上部或风口吹入(rù),可提高还原能力。对未利用的还原气体进行再利用,可大幅度削减输入碳的量,可大幅度减少CO2排放。高炉内的(de)还原变化,可分为(wéi)CO气体还原、氢还原和固体碳的直接还原,在普通高炉中(zhōng)它们的还原率分(fèn)别为60%、10%和30%。如果对炉顶气体进行CO2分(fèn)离,并循环利用CO气体,就能提(tí)高(gāo)气体的(de)还原功(gōng)能(néng),使直接还(hái)原比率(lǜ)降至10%左右(yòu),从而降低还原剂比。

    为降(jiàng)低焦比,在外部制(zhì)造(zào)还原气(qì)体再(zài)吹入高炉内的想法很早(zǎo)就有,日本从20世纪(jì)70年(nián)代就进行技术开发,主要有FTG法和NKG法。前者是通过(guò)重油的部分氧化制造还原气(qì)体再从高(gāo)炉炉身上部吹入(rù);后者是(shì)用高炉炉(lú)顶煤(méi)气中的CO2对(duì)焦炉煤气中的甲烷(wán)进(jìn)行改质后作为高温还原气体吹入高炉。这(zhè)些(xiē)工艺(yì)技(jì)术(shù)的原本目的就是要大幅度降低焦(jiāo)比,它(tā)们与炉(lú)顶煤气循环(huán)在(zài)技术方面有许多共同(tóng)点和参考之处。已对高炉内煤气的渗透进行了广泛的(de)研究,如模型计算和炉(lú)身煤气喷吹(chuī)等。

    在以(yǐ)氧气高炉(lú)外加CO2分离并进行炉(lú)顶煤(méi)气循环工艺(yì)为基础的整个(gè)炼铁厂的CO2产生量中(zhōng),根据模型(xíng)计算可(kě)知利用炉顶煤气循环可(kě)将高炉还原剂比降到434kg/t。由于不需要热风炉,因此可减(jiǎn)少该(gāi)工序产生的CO2。但另一方面,由于制氧消耗的电(diàn)力会使电厂增加CO2的产生量(liàng)。总的来说,可以减少CO2排放9%。如果在制氧过程中(zhōng)能使(shǐ)用外(wài)部产生(shēng)的清洁(jié)能源,削减(jiǎn)CO2的效(xiào)果会(huì)进一步增大。

    这些技术的发展趋势因循环煤气量的分配和供给(gěi)下道工序能(néng)源设定的不同而不同,其中还(hái)包括了其它的条件。

    采(cǎi)用模拟模型求出的CO2削减率(lǜ)的变(biàn)化。

    上(shàng)部基准(zhǔn)线(xiàn)为(wéi)输入(rù)碳的削(xuē)减率。如果能(néng)排除(chú)因CO2分离(lí)而固(gù)定(dìng)的CO2,作为出口侧基准线的CO2就能减少大约50%。也就是说,如果能(néng)从(cóng)单纯的CO2分离向CO2的输送、存(cún)贮和固定进行展(zhǎn)开,就能大幅(fú)度削减(jiǎn)CO2。但(dàn)是,为(wéi)同时减少供给下(xià)道(dào)工序的能源,因此(cǐ)同时对下(xià)道工序进行节能是很重要的。在一般(bān)炼铁(tiě)厂的下道工(gōng)序中需要(yào)0.8-1.0Gcal/t的能(néng)源,在考虑(lǜ)补充能源的情况下,***好使用与碳无关的能源。如(rú)果能忽略(luè)供给下道工序的能源,***大限度(dù)地使用生产中所产生(shēng)的气体,如(rú)炉顶煤气的循环利用(yòng)等,就可以减少大约25%的输入碳。这(zhè)相当于欧洲ULCOS的新型高炉(NBF)的目标。

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    2.炉顶煤气循环利用和氢气利用的评价(jià)

    为减少(shǎo)CO2排放,日本政府(fǔ)正在积极推进COURSE50项目。所谓COURSE50项目就是(shì)通过采用创新技(jì)术减少CO2排放,并(bìng)分离、回(huí)收CO2,50指目标年(nián)是2050年。

    炉顶煤(méi)气循环利用和(hé)氢(qīng)气利用的工艺是由对(duì)焦炉煤气中的甲烷进行水(shuǐ)蒸汽改质、使氢增加并利用这种氢进行还原的方法和从高炉炉顶煤气中分(fèn)离CO2再将炉顶煤(méi)气(qì)循环利用(yòng)于高炉的工(gōng)艺构成(chéng)。在利用氢时由于(yú)制氢需要消耗很多的(de)能源,因此总的工艺评价产(chǎn)生了(le)问题,但(dàn)该工艺能通过利(lì)用焦炉煤气的显热来补充水蒸汽改质所需的热能。计(jì)算(suàn)结果表明,由(yóu)于CO2的(de)分离(lí)、固定和氢的(de)利用,高(gāo)炉炼铁可减少CO2排(pái)放30%。氢还(hái)原的优点是还原(yuán)速度快。但由(yóu)于氢还原(yuán)是吸热反应,与CO还原不同,因此(cǐ)必(bì)须(xū)注意氢还原扩大时高炉上部的(de)热平衡。根据理(lǐ)查德图对从(cóng)风口喷吹氢时的热平(píng)衡进行了(le)计算(suàn)。结果可知,当(dāng)从风口喷吹的氢还原率比普通操(cāo)作倍增(zēng)时,由于氢还原的吸热反应(yīng)和风口(kǒu)回(huí)旋区(qū)温度保(bǎo)障需要(yào)而要(yào)求富氧鼓风的影响(xiǎng),高炉上部气体的供给热能和固体侧(cè)所(suǒ)需的热能(néng)没有多余,接近热(rè)能移动的(de)操(cāo)作极(jí)限,因此难以大量利用氢。如果高(gāo)炉具(jù)备(bèi)还原气体的制造功(gōng)能,并能使用天然(rán)气或焦炉煤气(qì)等氢系气(qì)体,那么(me)利用气体中的C成分就能(néng)达到热平衡,还能分享(xiǎng)到氢还原的好处。在各种气体中,天然气是***好的气体。在一面从外部(bù)补充热能(néng),一面制氢的工艺研究中(zhōng)还包含了优化喷(pēn)吹量和(hé)优化喷(pēn)吹(chuī)位置等(děng)课题(tí)。

    高炉内的还原可分为(wéi)CO气体间接还原、氢还原和直接还原,根据其还原的分配比可以明确还(hái)原平衡控制、炉顶煤气循环或氢还(hái)原(yuán)强化的方向。根据模型(xíng)计算可知,在(zài)普通高炉基本条件下,CO间(jiān)接还原为62%、氢还(hái)原为(wéi)11%、直接还原为27%。

    在氧气高炉的基础上(shàng)对炉顶煤气进行CO2分离,由(yóu)此可提高返(fǎn)回高炉(lú)内的(de)CO气(qì)体的还原(yuán)能(néng)力,此时虽然CO气体(tǐ)的(de)还原能力会因循环气体量分配的不同而不同,但CO还原会提高到大(dà)约80%,直接(jiē)还原会下降到10%以下。根(gēn)据喷吹的氢系气体如COG、天(tiān)然气(qì)和氢的计算结(jié)果(guǒ)可知,在氢还原(yuán)加强的情况下(xià),会出现氢还原增(zēng)加、直接还原下降的情况。另一方面,循环气(qì)体(tǐ)的上下运动会(huì)使输入碳减少,实现低碳炼铁的目标。另外,当还原气体都是从炉身部吹入时,其在炉内(nèi)的浸透(tòu)和扩散(sàn)会影响到还原效果。根据模型计算(suàn)可(kě)知,气体的渗透(tòu)受(shòu)动(dòng)量平衡(héng)的控(kòng)制。采(cǎi)用CH4对CO2进行(háng)改质,并以炉顶(dǐng)煤气(qì)中的CO2作为改质源,还原气体(tǐ)的性状不会偏向氢。

    从CO2总产生量***小的观点来看,在炉(lú)顶煤气(qì)循环和(hé)氧气(qì)高炉的基础(chǔ)上,还要考虑喷(pēn)吹(chuī)还原气体时的工艺优(yōu)化。在2050年实(shí)现COURSE50项目(mù)后,为(wéi)追求新的炼铁工艺(yì),还必须(xū)对热风高(gāo)炉的基础概念做进(jìn)一(yī)步的研究。

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    3.欧(ōu)洲ULCOS

    ULCOS是一个由欧(ōu)洲15国48家企业和研究(jiū)机构共同参与的研究课题,始(shǐ)于2004年,它以欧盟旗下的煤与钢研究基金(RFCS基金)推进(jìn)研究(jiū)。

    该(gāi)研究课题由(yóu)9个子课题构成,技术研究范围(wéi)很广,甚至包(bāo)括了电解法炼(liàn)铁工艺研究。重点是高炉炉顶煤气循环(huán)为特征的新(xīn)型高炉(NBF)、熔融还(hái)原(HIsarna)和直接还原工艺的研究。当前,在推进这些研究的同(tóng)时,要全力做好未来削减CO2排放(fàng)50%目标的***佳工艺的研究。目前,研究的核(hé)心课题是NBF。根据还原气(qì)体的再加热、还(hái)原气体的喷(pēn)吹位置(zhì),对(duì)4种模型进(jìn)行了研究。

    作为NBF工艺的验证,采用了(le)瑞典的MEFOS试验高炉(炉内容积8m3),从2007年9月开始进行6周NBF实(shí)际操作试验。在两种模型条件下(xià),用VPSA对炉顶煤气中(zhōng)的CO2进(jìn)行(háng)吸(xī)附分(fèn)离(lí),然后从高炉风口和炉身下(xià)部(bù)进行喷吹(chuī)试验,结果表明(míng)可削减输入(rù)碳24%。今后,加上可再生物(wù)的利(lì)用,能够实现削减CO2排放50%左右(yòu)的目标。为验证实际高炉中喷吹还原(yuán)气体的(de)效果,下一步准备采用小型商业高炉进行(háng)炉顶煤气循环试验,但由于研究资金的问题,研究进度有(yǒu)些迟缓。

    另外,荷兰CORUS将开始进行HIsarna熔融还原工艺的中间试验。该技术(shù)是将澳大利亚的HIsmelt技术与20世纪90年(nián)代CORUS开(kāi)发的CCF(气(qì)体循环式(shì)转炉)结合的工艺。该工艺的(de)特征是,先将煤(méi)进行预处理,炭化后作为熔融还原炉的碳材,通(tōng)过(guò)二次燃烧使熔融还原(yuán)炉(lú)产生(shēng)的气体变成高浓度CO2,然后(hòu)对CO2进行分离,并将产(chǎn)生(shēng)的(de)热能(néng)变(biàn)换成电能(néng)。氢(qīng)的利用(yòng)也是ULCOS研究的课(kè)题之一,主(zhǔ)要目的是利用天然气的改质,将(jiāng)氢用于(yú)矿(kuàng)石的直接(jiē)还原。这(zhè)不仅仅(jǐn)是针对高炉(lú)的研究课题,同时还涉及实施国的各种不同的实际工艺研究。

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    4.与资源国的合作和分散型(xíng)炼铁厂的构想

    钢铁生产国从资源(yuán)国(guó)进口了大量的煤和铁矿石,从物流方面来看,钢铁生(shēng)产是从资源国的开(kāi)采就(jiù)开(kāi)始(shǐ)了。从削(xuē)减(jiǎn)CO2的观点(diǎn)来看(kàn),并没有从开采、输(shū)送和钢铁生产的(de)全(quán)过(guò)程来研究***佳(jiā)的CO2减排办法。就(jiù)铁矿石而言,它(tā)是(shì)产生CO2的(de)物质根源,钢(gāng)铁生产国在进(jìn)口铁矿石的同(tóng)时也进口(kǒu)了铁矿(kuàng)石中的(de)氧和铁,因此钢铁生产国几(jǐ)乎(hū)统(tǒng)包了(le)CO2产生的全过程。虽然对煤进行了(le)预处理,但(dàn)从(cóng)经济性方(fāng)面来看,为实(shí)现削减CO2的低(dī)碳高炉操作,应加强与之相符的原(yuán)料性状的管理,如原料的品位等。同时应在大量处理(lǐ)原(yuán)料的资源国加强对(duì)原料(liào)性状的(de)改善,研究减少CO2排放的方法。铁矿(kuàng)石中(zhōng)的(de)氧、脉石、水分和煤中的灰分与(yǔ)高炉还(hái)原剂比有直接的关(guān)系,在钢(gāng)铁生产(chǎn)中因脉石和灰分而(ér)产生的高(gāo)炉渣会增(zēng)加CO2的产生量(liàng)。因(yīn)此,如果资源国(guó)能(néng)进一步提高铁矿石和(hé)煤的品(pǐn)位,就能改善(shàn)焦(jiāo)炭和烧结(jié)矿的性状、降低焦比,从而有助于高炉实现低还(hái)原剂比操(cāo)作。根(gēn)据计算可知,煤灰(huī)分减(jiǎn)少2%,可降低还原剂(jì)比10kg/t铁水。另外,从削(xuē)减CO2排放的观(guān)点来(lái)看,还应(yīng)该考虑从资源开采到钢(gāng)铁产品(pǐn)生(shēng)产全过程的(de)各种CO2减排方法(fǎ)。

    日本田中等(děng)人提出了(le)以海外资源国生产还原铁(tiě)为轴线的(de)分散型炼铁厂的构想。目(mù)前,人们重视大型高炉的(de)生产率,追求集中式(shì)的生产工艺(yì),但对于资源(yuán)问题(tí)和削减CO2的问题缺(quē)乏应(yīng)对(duì)能力(lì)。从这些观点来(lái)看(kàn),应把作为(wéi)粗原料的(de)铁(tiě)的生产分散到资源国,通过合作来解决目(mù)前削减(jiǎn)CO2的课题。扩(kuò)大废钢的使用,可以大幅度减少CO2的排放,但日本废钢的(de)进口量有限,因此(cǐ)日本提出了实现清洁生产(chǎn)应将生产地域分(fèn)散(sàn),确保铁源的构想。

    还原铁的生产方法有许(xǔ)多种,下面只介(jiè)绍可(kě)使(shǐ)用(yòng)普通煤(méi)的转底炉生产法的ITmk3和FASTMET。它们(men)不受原料煤的制约(yuē),采用简单的(de)方法就(jiù)能生产还原铁。还原铁可大幅度提高铁含量,它可以(yǐ)加入高炉。虽然在使(shǐ)用煤基的高(gāo)炉上削减(jiǎn)CO2的效果不明显,但在使用天然气(qì)生(shēng)产还原铁时(shí)可(kě)以大幅度(dù)减少CO2的产(chǎn)生(shēng)。还原铁(tiě)和废钢的混合使用可以(yǐ)削减CO2。目前(qián)一座回转炉年生产(chǎn)还原铁的(de)***大量为100万t左右,如(rú)果能与盛产天然气的国家合作,也有助(zhù)于日本削减CO2的产生。欧(ōu)洲的ULCOS工艺在利用(yòng)还(hái)原铁方(fāng)面也引(yǐn)人关注。

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    5.结(jié)束语(yǔ)

    对于今后(hòu)削减CO2的要求,应通(tōng)过改(gǎi)善(shàn)工艺功(gōng)能(néng)实现(xiàn)低碳和脱碳(tàn)炼铁(tiě)。在这种情况下,将低碳和(hé)脱(tuō)碳组(zǔ)合的多角(jiǎo)度系(xì)统设计(jì)以及改善炼铁原料功能很重要(yào)。作为高炉的未(wèi)来发展,可以考虑几种(zhǒng)以氧气高炉为基础的(de)低CO2排放工(gōng)艺,通过与喷吹还原气体用(yòng)的CO2分离工艺(yì)的组(zǔ)合,就能显(xiǎn)示出其优越性。如果能以CO2的分离(lí)、存贮为前提,选择的范围会扩大,但在(zài)实(shí)现CCS方面还存在(zài)一些不确定的因素(sù)。尤(yóu)其是,日(rì)本对(duì)CCS的实际应用问题还(hái)需进行详(xiáng)细的研究。以CCS为前提的工艺设计还存在着危险性,需(xū)要将其(qí)作为未来的目(mù)标进行研究开发,但必须冷静判断。钢(gāng)铁(tiě)生产设备的(de)使用年限长,2050年并不是遥远的未来(lái),应考虑与(yǔ)现(xiàn)有高炉的衔(xián)接性(xìng),明确今后的技(jì)术开发目标。

    今后的问题是研究各(gè)种(zhǒng)新工艺的(de)验证方法。商用(yòng)高炉为5000m3,要在(zài)大型(xíng)高炉应用目前还是(shì)个问题。欧洲的ULCOS只在8m3的试验高炉上进行基(jī)础研究,还(hái)处在工艺原理的认识阶段,商(shāng)用(yòng)高炉的(de)试(shì)验还停留在计划阶(jiē)段。日本没有做(zuò)验证的(de)设(shè)备。

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