2020年, 第32卷, 第7期　刊出日期：2020-07-22

  

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综合论述
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  高炉煤气净化提质利用技术现状及未来发展趋势

  郭玉华

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 525-531. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190274

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  摘要：高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的重要二次能源，随着环保要求的日益严苛和相关资源化利用技术的进步，高炉煤气的利用方式也不断发生变化。从高炉煤气的副产与利用现状出发，详细分析了煤气中的各种有害气体的来源与产生途径，梳理比较了高炉煤气精脱硫与除酸工艺技术路线，总结了高炉煤气CO2捕获封存与利用的技术发展方向以及高炉煤气分离提纯CO作为化工生产原料的技术现状与发展趋势。结合分析结果，提出了高炉煤气多种有害成分协同治理，分离提取有价成分作为化工生产原料是符合中国能源结构和工业现状的发展道路。
冶炼与加工
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  炭化工艺参数对铁焦冶金性能的影响

  鲍继伟1，储满生2，柳政根1，韩冬1，曹来更1，郭俊1

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 532-541. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200059

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  摘要：复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦，需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响，并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行了解析。结果表明，炭化温度的升高可以提高铁焦的抗压强度和反应性。当温度为900～1000℃时，铁焦的抗压强度和反应性较优。炭化时间的延长可以使铁焦的抗压强度提高，反应性降低。当炭化时间为3～4h时，铁焦抗压强度和反应性较优。升温速度越快，铁焦的机械强度越低。适宜的升温速度为:Ⅰ段（室温至550℃）小于7℃/ min，Ⅱ段（550℃至1000℃）小于5℃/min。为防止铁焦冶金性能因碳气化溶损反应而劣化，在CO和CO2混合炭化气氛中，CO2与CO体积比(V(CO2)/V(CO))应控制在0.11以下。在优化的炭化工艺条件下，制备的铁焦抗压强度大于3500N，反应性大于60%，反应后强度在16%左右。
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  碱中毒对烧结烟气SCR催化剂脱硝脱二噁英的影响

  钱立新1，丁龙1，龙红明1,2，张晓霞1，余正伟1

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 542-549. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200070

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  摘要：采用湿式浸渍法对商用V2O5-WO3/TiO2催化剂进行了碱金属硫酸盐（Na/K/Rb）中毒实验。在模拟铁矿烧结烟气条件下，对比了新鲜和中毒催化剂同时脱除NOx和二噁英的活性（以氯苯作为二噁英的模拟物），并通过N2吸脱附、XRD、NH3TPD、H2TPR和XPS等检测手段对催化剂进行了表征。结果表明：中毒催化剂的脱除NOx和催化降解氯苯活性明显降低，失活率顺序为K2SO4>Rb2SO4>Na2SO4。催化剂中毒后，碱金属离子可以占据催化剂表面化学吸附氧空位，导致表面化学吸附氧数量减少，物质的量之比n(V5+)/n(V4+)降低，V物种可还原性减弱。
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  精炼渣钙组分乙酸浸出制备钙基CO2吸附材料

  1.辽宁科技学院冶金工程学院， 辽宁 本溪 117004；2.东北大学冶金学院， 辽宁 沈阳 110819

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 550-555. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200036

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  关键词： CO2； 高炉煤气； 乙酸浸出； 钙基吸附剂； 精炼渣
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  烧结矿竖罐内气固传递过程的实验研究

  冯军胜1，董辉2，张晟2，赵亮2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 556-562. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200022

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  摘要：基于热力学第二定律和非平衡热力学理论，推导出烧结矿颗粒床层内气固传递特性的一般关系式，并借助自制气固传热实验平台，研究影响烧结矿床层内气固传递特性的主要因素及其影响规律。结果表明：平均传递系数随空气出口温度的升高而逐渐增加。当空气出口温度大于某一数值时，空气流量的增加和烧结矿颗粒直径的减小会导致平均传递系数的增加，反之亦然。对于某一特定的实验工况，随着颗粒雷诺数的增加，温度传递Nusselt数和平均传递Nusselt数逐渐减小，而压力传递Nusselt数逐渐增加，并且当空气出口温度低于某一数值时，平均传递Nusselt数会出现小于0的情况，对强化烧结矿床层内气固传热过程不利。
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  电炉半钢转杯离心粒化制备铁粉工艺

  黄青云1，贺文超1,2，吕学伟2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 563-570. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200120

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  摘要：为了实现钛精矿电炉冶炼副产品半钢的高附加值利用，提出了以半钢为原料，采用转杯与冷却水幕相结合的转杯离心粒化工艺制备铁粉，并作为硫酸法钛白还原剂的新工艺。实验研究了转杯直径和转速对铁粉粒度的影响规律，结果表明铁粉粒度随着转杯直径和转速的增大而减小；转杯直径为150mm、转速为1800r/min时，颗粒粒径小于0.45mm 的铁粉占比达到90.45%（质量分数）；建立了适用于转杯离心粒化颗粒粒度的预测模型，平均相对误差为 11.43%；利用扫描电镜观察了铁粉颗粒截面的显微结构，铁粉颗粒表面存在一层铁的氧化物；利用热重分析法研究了水幕对铁粉颗粒氧化程度的影响。论文最后提出了铁粉制备、余热回收与钛白制备相结合的新工艺。
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  利用选择性浸出和沉淀从高磷钢渣中提取磷

  杜传明1,2，于耀辉1，袁磊1，于景坤1，北村信也2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 571-576. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963。20200049

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  摘要：使用高磷铁矿石冶炼所产生的高磷钢渣被视为一种磷资源。为了回收高磷钢渣中的磷，研究采用了选择性浸出和沉淀的方法，对不同P2O5含量的高磷钢渣进行了研究。结果表明：高磷钢渣中P2O5主要富集在2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体中；pH值为5.0时高磷钢渣中大部分固溶体被溶解分离，磷溶出率超过81.0%，而铁溶出率低于6.0%，实现了选择性浸出；浸出后的低磷残渣可作为冶金熔剂循环使用；升高浸出液pH值后，磷酸根离子形成沉淀；回收的沉淀物中P2O5质量分数达到23.9%，可作为磷肥使用。通过本工艺，高磷钢渣中磷能被有效分离及提取，实现了资源化利用。
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  基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析

  李峰1，储满生2，唐珏1，柳政根1，周渝生2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 577-583. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200060

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  摘要：随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多，基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi73软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉（BF-BOF）长流程进行生命周期评价（LCA），对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明，煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10-11和9.31×10-11，短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程，短流程吨钢能耗、CO2排放可分别减少60.64%和55.65%，SO2、NOx以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知，煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。
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  转炉高温烟气中喷吹除尘焦粉后O2含量变化规律

  张翔1,2，周建安1,2，王宝1,2，王怡1,2，谢书培1,2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 584-590. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200041

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  摘要：为了解决目前煤气中O2含量超标导致煤气回收率较低的问题，提出向转炉汽化冷却烟道中喷吹除尘焦粉来降低烟气中氧含量的新方法。以热力学计算为基础，分析了焦粉在汽化冷却烟道内与烟气中各组分发生反应的可能性，探讨了不同烟气成分对反应的影响，并通过工业试验研究了不同喷吹速率对焦粉在烟道内的反应效果，以此来探索焦粉对煤气回收质量的影响。结果表明，焦粉与烟道中的O2反应生成CO的趋势最大，随着转炉冶炼的进行，煤气中O2的含量不断降低，当吨钢喷吹焦粉量从0kg/t分别增加到5、7和10kg/t时，煤气中O2体积分数达到回收标准（不大于2%）的时间分别减少了21.65%、40.55%和40.89%；煤气回收时间分别增加了29、77和104s；当吨钢焦粉喷吹量达到10kg/t时，回收煤气中平均氧体积分数则从0.855%降至0.358%。通过工业试验研究结果分析，证明了向汽化冷却烟道中喷吹焦粉的新方法回收超低氧煤气的可行性。
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  废弃块矿作铺底料强化红土矿烧结工艺及机制

  朱德庆1，薛钰霄1，潘建1，田宏宇1，潘料庭1,2，黄庆周2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 591-600. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200065

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  摘要：为减少因低品位废弃含镍矿堆积而产生的重金属污染和镍资源浪费，同时达到有效利用固废资源及改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能的目的，在研究两者基本物化性能及矿物赋存状态的基础上，对比了褐铁矿型红土镍矿无铺底料烧结工艺、烧结矿铺底料烧结工艺及废弃块矿铺底料烧结工艺各项指标，并揭示了相关机制。结果表明：相对于无铺底料烧结工艺及烧结矿铺底料烧结工艺，采用废弃块矿作为铺底料能更为有效地改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能，烧结矿转鼓强度分别提高10.16%、3.82%，利用系数分别增加13.40%、6.80%，固体燃耗分别降低9.64%、9.20%；同时，烧结矿冶金性能优异，RI和RDI+3.15mm分别高达78.24%及96.79%。固结机制研究发现：相对于其他2种工艺，废弃块矿铺底料烧结工艺中，烧结矿微观结构由大孔薄壁结构转化为大孔厚壁结构，且孔洞趋于规则的圆形；另外，SFCA面积分数由7.27%、8.78%增至12.21%，并沿孔洞边缘向内部发展，主要固相—铁尖晶石晶粒有所长大，彼此之间连结程度较好，能更为有效地被液相所润湿，烧结矿微观结构更为紧密，从而使得烧结矿强度进一步提高。而强度更高的块矿作为铺底料，料层透气性更为有效地提高，促进了无烟煤的充分燃烧，使得烧结矿固体燃耗大幅降低，利用系数明显改善。
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  冶金竖炉反应器处理垃圾焚烧飞灰工艺

  刘征建，陈龙智，张建良，李洋，王耀祖

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 601-609. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200062

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  摘要：当前国内的生活垃圾大部分都依靠焚烧技术处理，相应地会产生大量急需无害化处理的危险废物─垃圾焚烧飞灰，目前采用冶金方法处理垃圾焚烧飞灰是一个新的研究方向。首先对垃圾焚烧飞灰的成分进行分析，并在此基础上，对垃圾焚烧飞灰的压块制度及高温性能进行了探究。造块实验结果表明，水分配比为20%（质量分数），水泥配比为10%（质量分数），成型压力为10MPa，养护时间为48h，飞灰压块的抗压强度达到了512N；高温性能实验以及热力学软件计算结果表明，飞灰的融化温度控制在1400～1550℃，碱度控制在1.0～1.2之间时，炉渣具有较好的流动性。
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  烧结SDA脱硫灰还原煅烧解析SO2过程分析

  茅沈栋，苏航，王飞，毛瑞

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 610-617. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200017

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  摘要：烧结半干法（SDA）脱硫灰是钢铁企业烧结烟气脱硫副产物，因其成分复杂，组分含量波动大且含有未反应完全的氢氧化钙，一直没有较好的利用方式，目前的研究多以氧化改性为主。提出了一种处理半干法脱硫灰的新途径，将脱硫灰中的S以SO2形式解析出用于制酸，反应后固体产物也可二次利用。开展了脱硫灰还原煅烧模拟试验。结果表明，脱硫灰是一种高钙高硫产物，主要物相为CaSO3·0.5H2O、Ca(OH)2、CaCO3和KCl，90%颗粒的粒径小于77μm。在N2氛围下，煅烧温度从950℃升高至1100℃，亚硫酸钙和脱硫灰的失重与脱硫率也随之升高。在CO与CO2混合气体氛围下，随着煅烧温度从900升高至950℃以及CO体积分数从10%增至50%，亚硫酸钙的失重从26.2%上升至57.5%，脱硫率从41.9%下降至37.9%；脱硫灰的失重从23.0%上升至40.5%，脱硫率从33.9%下降至8.3%。随着CO体积分数增加，CaS的生成量增加，以SO2形态离开反应体系的S相应降低，从而使得脱硫率下降。
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  攀钢半钢冶炼热补偿工艺开发及应用

  陈均1，曾建华１，陈炼1，戈文荪1，杨森祥2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 618-625. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200020

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  摘要：针对攀钢半钢冶炼热源不足带来的问题，通过分析转炉热补偿技术优缺点，提出在提钒转炉出半钢时加入硅铁对半钢进行化学热补偿的增硅热补偿工艺，解决了增硅后预处理脱硫渣铁难分离的问题。结果表明，半钢增硅热补偿新工艺减少半钢温降5℃，降低兑铁时碳烧损0.06%，使得半钢碳质量分数平均提高了0.16%，温度平均提高5.3℃，半钢质量更为稳定。新工艺应用后，攀钢中高碳钢转炉终点钢水碳质量分数由原来的0.05%提高到0.12%，终点钢水碳质量分数在0.07%～0.15%的比例由原来的32.2%大幅度提高到92.4%。该工艺在降低转炉冶炼成本的同时，提高了钢水质量，同时减少了烟尘排放量，具有明显的经济效益和环保效益。
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  含锌粉尘冷固结团块高温自还原过程分析

  王飞1，毛瑞1，茅沈栋1，杜屏1，高峰2，王崇斌2

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 626-632. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190184

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  摘要：对含锌粉尘冷固结团块进行高温焙烧，研究了配碳量和焙烧温度对团块自还原过程的影响。结果表明，团块焙烧后的抗压强度随着焙烧温度的升高呈现先降低后增加的趋势，焙烧温度为900℃时，团块的强度降到最低。不同配碳量的团块焙烧后的抗压强度随焙烧温度增加的趋势也不同，配碳量低的团块抗压强度增加的趋势较强。焙烧温度超过900℃后，团块的金属化率显著增大，团块的体积开始收缩，且焙烧温度越高，团块体积收缩的程度越大，而配碳量低的团块体积收缩程度更大。团块中会形成少量含FeO的低熔点渣相，并在高温下融化成液态，有利于团块体积的收缩，减少了孔隙，促进了团块内金属铁连晶结构的形成。
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  焦粉粒度对烧结烟气中CO排放的影响

  刘文强1，程扬1，李杰1，朱金伟2，李飞3，李大亮3

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 633-638. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190283

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  摘要：针对钢铁企业大气污染物排放问题，生态环境部提出了NOx、SO2、烟气颗粒物等超低排放的要求，京津冀地区在此基础上对烧结工序的CO排放浓度也做了相应要求。为探究不同粒度焦粉对烧结烟气中CO排放的影响，进行烧结杯实验，使用紫外差分烟气分析仪实时测定烧结烟气中CO浓度，并测定烧结矿的性能指标。结果表明：焦粉粒径小于1mm时，生料层透气性差，焦粉燃烧不完全，CO排放量大，随着焦粉粒径增大，制粒得到强化，生料层透气性、氧化性气氛得到改善，在焦粉粒径达到3～4mm时达到最佳，较小于1mm降低约41%；随着粒径增大，烧结矿强度、成品率均有所增加，冶金性能得到改善，在焦粉粒径达到2～3mm时，综合性能达到最优。
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  基于RBF-BP混合神经网络的烧结烟气NOx预测

  易正明1,2，邓植丹1,3，覃佳卓1，刘强2，杜东4，张东升4

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 639-646. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190239

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  摘要：对烧结烟气NOx生成量进行预测，能为烧结NOx源头和过程减排提供有效指导。利用BP神经网络模型和RBF神经网络模型对烧结烟气NOx进行了预测，在此基础上结合BP模型自适应学习能力强和RBF模型快速收敛的特性，采用优化模型结构、设立连接层的方法，构建RBFBP混合神经网络模型进行了NOx预测研究，并对3种模型的预测结果进行了对比分析。研究表明，3种神经网络模型中，RBF-BP混合模型的均方根误差为11.37mg/m3，平均绝对误差为7.14mg/m3，最大绝对误差为35.47mg/m3，最小绝对误差为0.0083mg/m3，各评价指标均为3种模型中最优，混合神经网络模型的预测数据稳定性更好，结果拟合程度更高且收敛速度最快。采用混合模型预测NOx能有效消除烟气NOx生成量反馈延迟。
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  钢渣脱硫剂用于湿法石灰石石膏法脱硫工艺的试验研究

  张国成1，2，白晓光2，邬虎林2，罗果萍1，李玉柱1

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 647-653. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190272

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  摘要：针对钢渣脱硫剂的脱硫性能，在球团工序湿法石灰石石膏法脱硫系统开展了钢渣脱硫剂全部替代石灰石的大型工业试验研究。研究表明：从脱硫效果的角度分析，在烟气流量约34万m3/h，入口二氧化硫质量浓度约7000mg/m3的超高硫负荷条件下，钢渣脱硫剂的脱硫效果良好，脱硫效率大于97%，脱硫率和石灰石接近；从脱硫系统的稳定性角度分析，采用钢渣脱硫剂，脱硫废水表现出不同的性质特征，主要体现在pH值降低至4.0，Mg2+质量浓度循环富集至4536mg/L，不符合脱硫系统防腐蚀要求，通过采取在脱硫废水中配加固液比为37.5kg/m3的添加剂的技术措施，可提高脱硫废水pH值至8.33，Mg2+质量浓度降低至880mg/L，有利于实现脱硫废水的循环利用。因此，采用钢渣脱硫剂替代石灰石应用于湿法石灰石石膏法脱硫系统是可行的，可以实现脱硫系统长期、稳定运行的目标。
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  减少转炉提钒过程碳烧损

  陈炼1,2，谢兵1，戈文荪2，刁江1

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 654-660. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200098

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  摘要：为了有效减少了转炉提钒过程的碳烧损量，在硅钼炉内进行氧化性炉渣与铁水在不同温度下的渣金反应实验，发现炉渣与铁水的反应速率随温度的升高而加快；温度越高铁红(Fe2O3)将钒氧化到极值的速度越快，但达到极值后钒会被还原回铁水中，且还原速度也随温度的升高而提高；温度越高钒渣中的钒被铁水中碳还原的量越大。根据实验结果对转炉提钒工艺进行了优化，吹炼温度为1340～1350℃时加入冷却剂，控制较低的终点温度，在钒氧化率不降低的情况下，碳烧损率从19.39%降到17.91%、碳烧损量从0.82%减少到0.76%，有效减少了转炉提钒过程的碳烧损。
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  半焦制备活性炭的新工艺

  段茜1，潘建1，朱德庆1，白冰2，郭正启1，杨聪聪1

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 661-667. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200066

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  摘要：基于煤基直接还原过程，以半焦为原料，利用铁矿预热氧化球团还原产生的气体为活化剂，开发一步法炭化、活化制备高性能活性炭新工艺，并通过优化制备温度、制备时间及还原剂用量等工艺参数，可同时得到优质还原球团。结果表明：在制备温度850℃、时间1h，半焦/球团的质量比为1∶1～4∶1的条件下，活性炭产率大于67%，耐磨强度达90%以上，比表面积和碘吸附值分别高于330m2/g、500mg/g，远优于商品活性炭，同时可得到金属化率为85%以上的预还原球团。
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  利用铜渣制备铁硫合金的实验研究

  谢文东，陈雯，沈强华，张周，彭忠平

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 668-674. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190288

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  摘要：火法炼铜过程中产生的铜渣含有较高的有价金属，结合前期实验研究，提出了利用铜渣、硫铁矿和增炭剂混合制备能消除沉降电炉炉结的铁硫合金的新方法。结合工业应用条件，控制碳的加入量使铜渣中的铁橄榄石还原成单质Fe和铁硅比为2:9的共晶体残渣，实现了渣与合金因密度和熔点差异自动分离。结合FeO-SiO2二元系相图，并利用XRD、XRF研究了最佳制备温度、保温时间、碳粒度、碳添加比对铁硫合金密度和残渣铁硅比的影响，分析了铜渣中Fe、Cu、Ni的回收效果。结果表明：最佳制备温度1350℃、保温时间30min、碳粒度小于96μm、碳添加比1:6，此时制备出的铁硫合金满足消除炉结要求，且残渣易分离；铜渣中Fe回收率为33.52%，Cu回收率为95.34%，Ni回收率为100%。
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  烧结烟气循环系统数值模拟

  许源，毛瑞，王飞，杜屏

  钢铁研究学报. 2020, 32(7): 675-681. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20190271

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  摘要：以沙钢4号烧结机烟气循环系统为研究对象，建立烧结烟气循环系统三维数值计算模型。对烟气循环系统的烟气分配器及循环烟罩进行数值模拟，计算得到烧结循环系统速度场和温度场。计算结果表明：相比于常规循环烟罩结构，烟气分配器安装在循环烟罩的上部时，循环烟气吹扫范围在料面宽度方向上达到完全覆盖，在料面宽度方向上循环烟气的温度和速度分布梯度较小；分配器支管加装导流板后，支管出口的速度场有了一定的改善,中心区域和边缘区域的主流烟气速度基本相同，速度可达26m/s;分配器支管加装导流板后，循环烟气吹扫面积增加了一倍。