安娜·格里瑟（ANNA GRIESSER）湯瑪斯·伯格勒

奧鋼聯(lián)股份公司

《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)是到本世紀(jì)末與工業(yè)化之前相比將全球最高氣溫升高2°C，這無(wú)疑是朝著真正的全球氣候保護(hù)邁出的重要一步。《歐洲綠色協(xié)議》是對(duì)這些挑戰(zhàn)的回應(yīng)，并定義了將歐盟轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代，資源節(jié)約型和競(jìng)爭(zhēng)性經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略。綠色協(xié)議的總體目標(biāo)是到2050年使歐洲成為首個(gè)溫室氣體排放中性大陸。

1 邁向無(wú)CO 2排放煉鋼

煉鋼的脫碳挑戰(zhàn)在哪里？CO2排放源自焦炭/煤基高爐（BF）和堿性氧氣爐（BOF）的工藝路線，而這些工藝路線至今仍是全球72％的鋼鐵產(chǎn)量的全球標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖1）。高爐中鐵水的生產(chǎn)中需要碳作為氧化鐵的還原劑，并提供氣化所需的過(guò)程能量。鐵水中所含的碳必須通過(guò)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐的頂部吹氣進(jìn)行氧化。碳和氧一起形成二氧化碳。減少過(guò)程相關(guān)的CO2排放只能通過(guò)用氫部分（或長(zhǎng)期完全）替代碳來(lái)實(shí)現(xiàn)。

 圖1 全球鋼鐵生產(chǎn)路線[www.bir.org（第11版《世界鋼鐵回收》）

2 逐步脫碳

從今天的角度來(lái)看，實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的方案包括煉鋼逐步脫碳，并具有將氫完全替代CO 2的長(zhǎng)期愿景。過(guò)渡技術(shù)依賴(lài)于直接還原（DR）工藝，在該工藝中，天然氣用于生產(chǎn)熱壓塊鐵（HBI）的致密形式的直接還原鐵（DRI）。關(guān)于DR的核心工藝，與BF工藝相比，這可減少50％的CO 2。取決于電弧爐（EAF）中用于熔化廢料的發(fā)電能力，與高爐/轉(zhuǎn)爐方法相比，DR / EAF工藝可減少約35％的能耗。認(rèn)為CO2如果將質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽與DRI / EAF路線一起使用，則排放量可進(jìn)一步降低至BF / BOF路線的20％（見(jiàn)圖2）。

圖2 鋼鐵生產(chǎn)路線的CO 2排放量

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3 高爐作業(yè)的HBI

HBI在高爐/轉(zhuǎn)爐煉鋼路線中使用的潛力，而不僅僅是基于電弧爐的煉鋼，通常與各種形式的DRI的使用相關(guān)聯(lián)，這可能在歐洲鋼鐵冶煉的未來(lái)中發(fā)揮重要作用。削減CO2的目標(biāo)。HBI已在美國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)商中成功使用了25年，因此與突破性技術(shù)相比，使用HBI沒(méi)有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。奧地利林茨的奧鋼聯(lián)高爐在其高爐中使用了自己在美國(guó)德克薩斯州科珀斯克里斯蒂市的工廠生產(chǎn)的HBI。本文將討論在高爐中使用HBI對(duì)還原劑消耗，生產(chǎn)率，高爐操作和鐵水質(zhì)量的影響。

奧鋼聯(lián)林茨的5號(hào)和6號(hào)高爐爐膛直徑為8米，平均每天可生產(chǎn)2500-2700噸鐵水。圖4顯示了高爐在選定時(shí)期內(nèi)使用的HBI的具體數(shù)量和總累積消耗量。HBI的峰值在160kg / t HM。型煤在高爐中擔(dān)負(fù)重?fù)?dān)。

 
圖3高爐作業(yè)中使用的HBI數(shù)量

4 HBI對(duì)還原劑和熔融速率的影響

通常，HBI包含超過(guò)90％的鐵，金屬化程度高于90％。這些金屬僅需熔化即可還原。因此，高爐操作中的HBI減少了還原劑的消耗。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，如果使用100kg HBI / t HM，則還原劑率（焦炭當(dāng)量）可降低約5％。25千克/噸重金屬，如圖5所示。顏色表示熱風(fēng)中的氧氣量，氧氣量在4000-6000Nm3之間/ h超過(guò)60％的數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果降低焦炭率，則必須調(diào)整PCI（煤粉噴射）的速率。焦炭永遠(yuǎn)無(wú)法消除（盡管使用了HBI），因?yàn)榻固勘仨毺峁┴Q井的結(jié)構(gòu)和滲透性。因此，必須保證最小焦炭率。如果在高爐中加入HBI，則可以提高生產(chǎn)率（每小時(shí)鐵水[t]）。在恒定的氧氣含量下，每100kg HBI / t HM的生產(chǎn)率可提高高達(dá)10％（圖6）。

5 HBI對(duì)最高氣體條件的影響

每100kg HBI / t HM的氣體利用率降低0.5-1％（圖7）。因此，氣體中CO2/H2O的百分比降低，而CO / H2的百分比升高。HBI是一種預(yù)還原材料；因此，BF中還原的氧化鐵較少。由于使用HBI，氣體中CO和H2的百分比較高，因此發(fā)熱量略有增加，最高達(dá)到1.5％。

沒(méi)有發(fā)現(xiàn)最高氣體溫度的顯著相關(guān)性。在不同的測(cè)試期間，HBI對(duì)冷卻能力沒(méi)有影響，高爐壁上沒(méi)有明顯的氣流。

當(dāng)HBI成為負(fù)擔(dān)時(shí)，軸的滲透性未顯示任何負(fù)面或正面反應(yīng)。這也表明HBI不會(huì)觸發(fā)氣體沿爐壁流動(dòng)或以負(fù)面或正面方式影響爐的運(yùn)行。

6 HBI對(duì)鐵水質(zhì)量的影響

高鐵水質(zhì)量的標(biāo)志是高碳含量和低硫含量。還原劑的硫含量很高（焦炭含量約為0.5-0.7％），硫會(huì)阻止鐵水的滲碳。如果在高爐中加入HBI，可降低焦炭率。圖8顯示了HBI裝料為100–150kg / t HM時(shí)鐵水的S含量。使用HBI裝料可以降低鐵水的S含量。

但是，鐵水中的S含量不僅取決于還原劑的比例，還取決于爐渣的比例，含硫量高的再循環(huán)材料的使用以及熔融速率（在較高的熔融速率下，焦炭留在爐膛中）短時(shí)間）。

HBI裝料量為100–150kg / t HM時(shí)，鐵水中的C含量更高（圖9）。硫會(huì)阻礙鐵水中的碳溶液；因此，HM中的碳含量較高（對(duì)于HBI，=較少的硫輸入）。

7 結(jié)論

根據(jù)每日平均數(shù)據(jù)，研究了2017年1月1日至2018年1月31日期間在德克薩斯州林茨的奧鋼聯(lián)高爐中使用的得克薩斯州科珀斯克里斯蒂市奧鋼聯(lián)德克薩斯州奧鋼聯(lián)工廠不同的HBI收費(fèi)率。將100 kg HBI / t HM裝入高爐時(shí)，可以得出以下結(jié)論：

還原劑（CE）可以降低21.9 – 27.5 kg / t HM，而焦炭率可以降低10.9 – 18.1 kg / t HM。

在恒定的氧氣水平下，生產(chǎn)率可以提高到7.3 – 10.1％。

氣體利用率下降約0.4 – 1.1％，因?yàn)镠BI是一種預(yù)先還原的材料，而向高爐中加入的氧化物較少。在帶電氧化物的量的減少還減少了的量
CO和H2，其被轉(zhuǎn)化成CO2和H2O.

由于CO和H2含量較高，爐頂氣的熱值提高了12.3 – 23.5 Wh / Nm 3。

無(wú)法看到最高氣體溫度，冷卻能力和滲透率與HBI的使用之間的相關(guān)性。

與不帶HBI時(shí)相比，充入100 – 150 kg HBI / t HM時(shí)，鐵水的S含量較低，而C含量較高（高質(zhì)量）。鐵水中的S和C含量不僅取決于帶電的HBI量（還原含硫還原劑），還取決于其他因素，例如爐渣率，高S含量的量和性質(zhì)?；厥詹牧希约叭刍俣?。