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低碳冶金技术的发展趋势与未来

作者:源达旺小编 发布时间:2022-01-07 11:49:12 来源:stqlgb.com点击:
[本文导读]: 低碳冶金技术的发展趋势与未来  发展现状与趋势  在全球积极推进碳减排和碳中和的背景下,国内外为数众多的钢铁企业开始研究探索低碳冶金、超低碳冶金、非碳冶金或氢冶金的前沿技术课题。以日本、瑞典、德国、韩国等工业发达国家为代表,相继开展此项研发工作: ...

  低碳冶金技术的发展趋势与未来

  发展现状与趋势

  在全球积极推进碳减排和碳中和的背景下,国内外为数众多的钢铁企业开始研究探索低碳冶金、超低碳冶金、非碳冶金或氢冶金的前沿技术课题。以日本、瑞典、德国、韩国等工业发达国家为代表,相继开展此项研发工作:有的是在原有高炉炼铁工艺的技术上进行改进创新,力图实现碳-氢耦合冶金(如日本COURSE50);有的是创建全新工艺流程,以“绿氢”为能源研发新的冶金工艺,完全摆脱碳冶金的技术路线;有的是在已有技术的基础上进行再创新,从传统的煤基碳素还原转变为气基氢还原或碳-氢耦合还原。我国部分钢铁企业和研究机构也相继开展了低碳冶金或氢冶金的试验探索和工程研究工作,氢-氧高炉、全氧高炉、焦炉煤气-合成气竖炉直接还原,甚至是基于HIsmelt铁浴法的熔融还原工艺装置,都在开展工业化应用的前期试验或者已经实现工业化初步应用。

  据有关机构测算,我国钢铁工业碳排放量占碳排放总量的15%~18%,是制造业中碳排放量最高的行业。面对日益严峻的生态环境保护形势,钢铁工业面临着巨大的碳减排压力,迫切需要开发能够显著降低CO2排放的突破性低碳冶金技术,以满足碳达峰和碳中和的政策要求。与此同时,我国作为世界上最大的粗钢生产国和消费国,2020年粗钢产量已达到10.65亿吨,占全球粗钢产量的57%,碳排放量占全球钢铁碳排放总量60%以上,钢铁工业碳减排的重要性和急迫性刻不容缓。我国目前钢铁制造流程,仍是以高炉+转炉的传统“长流程”工艺结构占主导地位。2020年我国高炉生铁产量达到8.88亿吨,转炉生产粗钢比率约占90%;钢铁制造流程能源结构“高碳化”,煤和焦炭等碳素消耗占能源总量近90%。

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  全球范围内,目前已有许多国家和钢铁企业对低碳冶金技术,特别是氢冶金技术进行了战略布局,而且呈现出迅猛发展态势。我国应积极探索和统筹规划适合我国国情的低碳冶金和节能减排技术路线图,对未来技术研发方向和发展目标进行系统科学的战略谋划,面对世界百年未有之大变局,承担起钢铁大国的责任担当。

  发展目标与路径

  面向未来,以高炉为核心的炼铁系统协同优化和动态有序、协同连续、精准高效运行,是我国高炉炼铁技术的发展重点。必须加强现代大型高炉以稳定顺行为基础的工程运行理念,建立系统性、全局性的工程思维模式,不片面追求所谓“极低成本”和个别技术指标的“领先”,摈弃不讲客观、不论条件的盲目攀比。

  遵循钢铁冶金制造流程的基本规律,科学认识高炉冶炼过程的动态运行规律,不断总结提升,加强知识管理,做好卓越炼铁工程师的培养,造就基础扎实、经验丰富、视野开阔的领军人才,形成具有企业特色的现代化大型高炉炼铁生产、管理的工程思维和工程理念。到21世纪中叶,高炉低碳炼铁的主要技术路径应当包括:

  (1)在常规高炉使用固体碳素燃料(焦炭+煤粉)的条件下,降低碳素燃料消耗是减少CO2排放最直接、最有效的技术措施。因此,到2030年前后,我国高炉燃料比应普遍降低到520kg/t以下;一大批装备精良的高炉燃料比应低于500kg/t;部分先进高炉应将燃料比降低到480kg/t以下;领先高炉燃料比应降低到470kg/t甚至更低。

  (2)进一步加强精料技术研究,探索并构建以球团矿为主的新型或新一代炉料结构,降低铁前工序和炼铁全流程的碳素消耗和污染物排放。

  (3)继续推进高风温、富氧喷煤等关键共性技术的再创新,进一步降低高炉碳素燃料消耗,减少CO2排放;积极采用富氢燃料喷吹、炉顶煤气循环/喷吹、高富氧冶炼、H2-CO耦合还原、CO2脱除再利用(CCUS)等新兴技术,在现有技术基础上,通过高炉炼铁关键技术突破,赋予高炉炼铁新的生命力;

  (4)加强现代大型高炉操作规律的研究,建立动态有序、协同连续、精准高效的现代高炉运行理念,以高炉生产长期稳定顺行为基础,不断改善、优化、提升大型高炉的操控水平,建立铁前工序信息物理系统(CPS)和数字化协同管控;实现料场、烧结、球团、焦化、高炉等多工序智能化协同和集成控制,提高全流程生产效能、实现节能减排;构建料场、烧结、球团、焦化、高炉炼铁系统一体化集成智能管控平台着重解决不同工序的界面技术优化问题,实现全流程的智能化动态管控。

  (5)进一步加强高炉运行过程的炉体维护,采取有效技术措施延长高炉寿命,为高炉高效长寿、安全稳定运行奠定技术基础,不断稳定并提高铁前工序的设备服役稳定性和寿命周期,将成为未来高炉炼铁流程的本构优势。

  (6)发挥既有资源优势,开展低碳绿色炼铁新技术的探索研究。依托国内、国外两种资源,结合我国铁矿粉加工制备工艺特点,开发新型炉料技术。开发应用低硅球团矿或低硅烧结矿,使高炉渣量降低到200kg/t~300kg/t,燃料比降低到470kg/t~500kg/t,进而可以实现CO2排放减少20%以上。

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