首钢炼铁新技术助力绿色低碳清洁生产

近日，由首钢负责牵头的“多目标优化的清洁低碳综合炼铁技术”课题顺利通过国家科技部高技术中心项目绩效评价验收，该项目在首钢京唐5500立方米高炉高比例球团应用示范工程上实现了入炉球团矿比例提高至50%以上、吨铁能耗降低5kgce以上、吨钢气体污染物排放较2015年降低20%以上的目标。

“十三五”初期，为提升我国重点基础材料生产技术与产业整体竞争力，国家科技部设立了“十三五”重大专项研究课题“钢铁流程绿色化关键技术”项目。作为一项国家重点研发计划，该项目旨在从基础前沿、重大共性关键技术到应用示范，进行全链条创新设计、一体化组织实施，着力解决钢铁生产过程环境负荷重、能源利用效率低等重大问题，通过钢铁产业结构调整与技术升级实现绿色低碳高效生产。2017年7月，由首钢集团牵头，联合武汉钢铁有限公司、北京科技大学、钢铁研究总院等单位共同开展多目标优化的清洁低碳综合炼铁技术研究工作。为了高质量完成国家课题任务，由技术研究院组建球团、炼铁、能源等专业的科研人员团队，与京唐技术人员协同开展研究工作。

在传统炼铁工艺炉料结构中，烧结矿、球团矿、块矿的配比大致在7:2:1，烧结矿占比较大。从能耗和污染物排放上来看，球团工序要显著低于烧结工序，以高比例球团矿替代高比例烧结矿将为绿色冶炼提供新的解题思路。常规球团矿主要为酸性球团矿，鉴于国内的原料资源特性与矿产需求，提高球团矿后为保持酸碱平衡，开发碱性球团矿成为了破题的关键之举。这一重任落在了技术研究院青格勒带领的球团团队身上，他们从微观机理及焙烧固结机理等基础研究入手，通过大量实验，创新开发出了消石灰制备超低硅碱性球团矿技术，通过该技术制备的球团矿SiO2含量降低到了2.0%、碱度达到1.1、还原膨胀率降至16.5%。京唐刘文旺和吴小江带领团队通过选择适宜的原料结构、热工参数和生产制备工艺解决了生球爆裂、布风板堵塞、篦条粘结、电除尘故障等一系列运行难题。康海军和董相娟组织优化原料结构和生产，通过大家的共同努力，项目在京唐504平方米带式焙烧机上实现了稳定生产，单条生产线碱性球团矿日产量达到13000吨，球团矿指标达到国际先进水平。

高炉炼铁犹如人类饮食，不仅要考虑吃什么，更要考虑吃得健康。碱性球团矿的成功开发解决了“粮食”问题，但高炉是否能够顺利“消化”则是接下来需要解决的难点。球团矿与烧结矿物性不同，二者在布料角度、熔化温度、滴落温度、透气性等方面都存在较大差异，高比例球团矿冶炼必然要打破传统冶炼制度，需要探索新的合理炉料结构与适宜的操作制度等。技术研究院徐萌带领高炉团队与京唐陈建、纪鹏飞带领的技术团队一起开展技术攻关，他们通过搭建1:1布料装置，进行不同溜槽形状、角度、球团比例等的模拟实验，探索出了高比例球团冶炼的布料规律。利用1千克级熔滴实验炉对碱性球团以及不同比例球团的炉料结构性能、液相温度等进行研究，找到了低渣比条件下高炉的合理炉料结构和操作制度，攻克了大型高炉高比例球团长期稳定高效运行的一系列技术难题。经过攻关，京唐5500立方米超大型高炉球团入炉比例达到55%，高炉利用系数2.45吨/立方米·天，铁水日产量突破13000吨，吨钢气体污染物排放降低66.7%，高炉渣比、燃料比、吨铁能耗显著降低，综合指标达到国际先进水平。

在项目推进过程中，团队还开展了高炉系统余热余能高效回收利用研究，在详细调研炉顶料罐放散荒煤气温度、含灰量、含氧量的基础上，通过多组仿真模拟研究、旋风除尘器灰处理方式研究等，找到了除尘器内煤气分布规律和除尘器破损原因，通过创新性设计与优化，最终实现了对京唐5500立方米超大型高炉炉顶煤气的100%回收，为污染物减排提供了有力支撑。

多目标优化的清洁低碳综合炼铁技术研究项目获冶金科学技术一等奖2项、申报专利10项、发表学术论文8篇、形成标准1项、申报技术秘密6项、培养研究生4名。首钢通过该项目在钢铁生产节能降耗、优质高效等方面进行了有益的探索，其成功实施具有行业示范引领作用，对长流程钢铁企业实现低碳清洁生产具有广阔的推广应用前景。

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