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高炉喷吹煤粉预热工艺技术进展及应用

炼铁 2024年第3期43卷 6-10,16页

作者：王保张建良徐润生张宗旺李飞吕国明尹玉北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 山西建龙实业有限公司山西西运城043801

煤粉预热可提高高炉喷吹煤粉的初始温度,加强煤粉在风口前的气化热解过程,降低喷煤对风口区域热风的冷却效应,进而提高煤粉燃烧率,为高煤比创造条件。对现有几种煤粉预热工艺,如高炉废烟气对流预热、电磁感应预热、立式筒仓管板预热和... 详细信息

煤粉预热可提高高炉喷吹煤粉的初始温度,加强煤粉在风口前的气化热解过程,降低喷煤对风口区域热风的冷却效应,进而提高煤粉燃烧率,为高煤比创造条件。对现有几种煤粉预热工艺,如高炉废烟气对流预热、电磁感应预热、立式筒仓管板预热和流化床预热技术特点依次进行了分析。高炉废烟气对流预热工艺,充分利用高炉煤气和热风炉废烟气余热,既能提高煤粉初始温度,又能减少能源浪费。攀钢钒高炉和舞钢高炉预热煤粉工业试验结果表明,提高煤比和降低焦比的效果良好,应用前景广阔。

关键词：高炉煤粉预热煤粉温度煤粉燃烧率煤比

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煤矸石-赤泥基全固废陶瓷材料制备机理

有色金属科学与工程 2024年第2期15卷 293-301页

作者：储英健李宇张伟李帅周晓峰刘万超北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 中铝环保节能集团有限公司北京102209

在我国中西部部分地区同时存在煤矸石和赤泥两类大宗难利用固废,利用这些区域内的煤矸石和赤泥协同制备陶瓷材料是实现其大规模资源化利用的有效途径。以山西河津地区煤矸石和赤泥为原料,制备了煤矸石-赤泥基全固废陶瓷样品,并采用XRD、... 详细信息

在我国中西部部分地区同时存在煤矸石和赤泥两类大宗难利用固废,利用这些区域内的煤矸石和赤泥协同制备陶瓷材料是实现其大规模资源化利用的有效途径。以山西河津地区煤矸石和赤泥为原料,制备了煤矸石-赤泥基全固废陶瓷样品,并采用XRD、SEM和碱金属浸出实验等手段,研究了原料配比、烧结温度和烧结时间对样品物理性能和微观结构的影响。研究表明,原料配比影响样品的矿相和孔洞结构,最佳质量配比为煤矸石∶赤泥=1∶1,较好烧结温度为1200℃,较好烧结时间为15 min,此时样品的吸水率为0.15%,抗折强度为90.40 MPa,结构致密,主要矿相为钙长石、蓝方石。赤泥中的碱金属得到了有效固化,相对于烧结前,钠、钾离子固结率分别达到了97.17%和96.76%,钙长石和蓝方石是碱金属离子的主要赋存矿相。

关键词：赤泥煤矸石陶瓷材料微观结构抗折强度

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铝工业赤泥用于脱硫技术现状及展望

中国有色冶金 2024年第2期53卷 34-41页

作者：闫飞飞刘万超练以诚李永艳张立志中铝环保节能集团有限公司北京101300 中铝环保节能集团有限公司北京技术中心北京101300 北京铝能清新环境技术有限公司北京101300

以铝工业赤泥作为原料制备工业脱硫剂,具有来源丰富、价格低廉、理论硫容高等优点,在低成本脱硫的同时,达到了“以废制废”的目的。本文总结了铝工业赤泥在脱硫方面的应用,全面综述了赤泥干法、湿法脱除SO_(2)和H_(2)S的技术现状,从活... 详细信息

以铝工业赤泥作为原料制备工业脱硫剂,具有来源丰富、价格低廉、理论硫容高等优点,在低成本脱硫的同时,达到了“以废制废”的目的。本文总结了铝工业赤泥在脱硫方面的应用,全面综述了赤泥干法、湿法脱除SO_(2)和H_(2)S的技术现状,从活性组分利用效率、能量消耗、工艺复杂程度、后续环境问题等几个维度分析对比了几种研究方向各自的优劣,并展望了未来工业化应用可能遇到的问题和进一步研究方向。指出在湿法浆液脱除烟气中SO_(2)方面,仍需克服管道堵塞、低效率、高能耗、以及由此产生的大量稀盐处理等技术性难题,同时应对其含有的过渡金属的反应机理和活化手段进行研究;在干法脱除H_(2)S方面,需进一步从低成本活化氧化铁的途径、极端工况环境下的适用性、废脱硫剂的资源化、以及与其他工业固废的协同处理等方面展开研究。

关键词：铝工业赤泥消纳赤泥脱硫干法脱硫湿法脱硫 SO_(2) H_(2)S 赤泥综合利用

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烟煤特性及其对喷吹安全性的影响研究

冶金能源 2024年第1期43卷 3-7,13页

作者：王振飞张建良李飞徐润生吕国明王申洋罗宁国能集团神东集团有限责任公司北京科技大学冶金与生态工程学院山西建龙实业有限公司

烟煤挥发分高、易燃易爆的特性使得烟煤用于高炉喷吹时受到较大限制。文章选取了山西建龙高炉喷吹的四种烟煤,分析了四种烟煤燃烧特性参数、爆炸性和可磨指数等,研究了烟煤粒度和比例对喷吹安全性的影响。研究结果表明,混煤中烟煤比例... 详细信息

烟煤挥发分高、易燃易爆的特性使得烟煤用于高炉喷吹时受到较大限制。文章选取了山西建龙高炉喷吹的四种烟煤,分析了四种烟煤燃烧特性参数、爆炸性和可磨指数等,研究了烟煤粒度和比例对喷吹安全性的影响。研究结果表明,混煤中烟煤比例逐渐提升,混煤的着火点逐渐降低,爆炸性逐渐增强;增大烟煤煤粉的粒度能够有效减弱烟煤的爆炸性,是保证烟煤喷吹安全性的有效方法;国华能源烟煤和内蒙江化烟煤配比高于80%时,应合理控制煤粉的制粉、储运和喷吹系统的温度和氧含量以保障生产安全。

关键词：高炉喷煤高挥发分烟煤粒度安全控制参数

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铝冶炼低碳清洁智能化创新发展研究

中国工程科学 2024年第5期26卷 223-233页

作者：李劼黄小卫刘桂华刘风琴李家琦赵洪亮张红亮中南大学冶金与环境学院长沙410083 低碳有色冶金国家工程研究中心长沙410083 中国有研科技集团有限公司北京100088 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

铝是第一大有色金属,开展铝冶炼低碳清洁智能化创新发展研究是落实新发展理念、培育新质生产力的关键举措。本文基于我国铝冶炼产业的时代背景与发展态势,全面阐述了铝冶炼流程工业的生态链接与关键症结点,深入剖析了节能低碳智能化铝... 详细信息

铝是第一大有色金属,开展铝冶炼低碳清洁智能化创新发展研究是落实新发展理念、培育新质生产力的关键举措。本文基于我国铝冶炼产业的时代背景与发展态势,全面阐述了铝冶炼流程工业的生态链接与关键症结点,深入剖析了节能低碳智能化铝电解、含铝资源低碳清洁生产氧化铝、铝工业固危废安全处置及资源化利用3个方面的技术发展现状与挑战。在审视资源、能源、环境等维度的基础上,提出了铝冶炼低碳清洁智能化创新发展的基本构思,凝练了各个重点方面的创新发展方向、关键技术以及面向2035年的发展目标。研究建议,完善国家政策体系、制定高质量标准体系、健全保障制度体系、推动绿色低碳技术变革、实施人才强国战略,谋划具有低碳、清洁、智能化等特征的高质量发展组合策略,促进铝工业新质生产力发展。

关键词：铝冶炼铝电解生产氧化铝生产低碳冶金绿色冶金

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生物质炭煤粉高炉混合喷吹性能分析

钢铁 2024年第2期59卷 55-64页

作者：但家云袁骧邹凡球李仁国徐坤宁晓钧王广伟湖南华菱湘潭钢铁有限公司炼铁厂湖南湘潭411101 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

在“双碳”目标积极推进的背景下,节能减排已经成为当前钢铁工业绿色可持续发展的重要任务之一。生物质作为可再生的碳源,应用于高炉炼铁可显著降低钢铁生产的CO_(2)排放。为改善生物质原料应用于高炉喷吹的冶金性能,分别采用热解炭化... 详细信息

在“双碳”目标积极推进的背景下,节能减排已经成为当前钢铁工业绿色可持续发展的重要任务之一。生物质作为可再生的碳源,应用于高炉炼铁可显著降低钢铁生产的CO_(2)排放。为改善生物质原料应用于高炉喷吹的冶金性能,分别采用热解炭化和水热炭化对生物质原料进行炭化提质制备生物质炭,并探究了生物质炭与煤粉混合搭配进行高炉喷吹的可行性。结果表明,生物质水热炭和热解炭的挥发分高于烟煤,当生物质炭以5%~20%比例与煤粉混合时会使混煤的固定碳含量和发热值降低,但降低幅度较小。当生物质炭配比低于20%时,混煤无爆炸性,着火点大于350℃,满足高炉制粉和喷吹系统的安全性能要求。生物质炭具有较好的可磨性和燃烧性,能够改善混煤的制粉性能和风口前的燃烧性能。生物质热解炭灰成分中含有较高的碱金属,造成生物质热解炭混煤的灰熔点降低幅度远大于生物质水热炭混煤。通过对生物质炭混煤方案的碱负荷变化分析发现,高炉喷吹生物质热解炭对高炉冶炼碱负荷影响大于水热炭,生物质炭配比为20%,高炉喷煤比为140 kg/t时,生物质热解炭混煤方案的碱负荷增加0.3943 kg/t,生物质水热炭混煤方案的碱负荷增加0.0064 kg/t。以上分析表明,生物质水热炭能够满足高炉喷吹的各项冶金性能要求;生物质热解炭由于碱金属含量高,限制了其在高炉喷吹生产中的应用,发展生物质水热炭化技术是实现农林废弃生物质资源在高炉炼铁工序高效应用的关键。

关键词：生物质碳排放水热炭化热解炭化高炉喷吹

冶金机理与贝叶斯优化XGBoost融合的VD精炼终点钢液温度预测研究

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工程科学与技术 2024年

作者：徐吉信自成兰模林文辉张波刘青北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室江苏金恒信息科技股份有限公司吕梁建龙实业有限公司

在炼钢生产过程中，真空脱气精炼炉（vacuum degassing， VD）是生产高品质钢的重要设备之一，其精炼终点温度对钢液质量、生产效率和连铸顺行具有重要影响。为了实现对VD精炼终点钢液温度的精准控制，本文采用了冶金机理和贝叶斯优化... 详细信息

在炼钢生产过程中，真空脱气精炼炉（vacuum degassing， VD）是生产高品质钢的重要设备之一，其精炼终点温度对钢液质量、生产效率和连铸顺行具有重要影响。为了实现对VD精炼终点钢液温度的精准控制，本文采用了冶金机理和贝叶斯优化极端梯度提升（metallurgical mechanism - Bayesian optimization - extreme gradient boosting， MM-BO-XGBoost）相结合的方法建立钢液温度预测模型。首先，基于VD冶金机理解析，确定了影响精炼终点钢液温度的主要因素；其次，使用3σ原则对实际生产数据进行预处理，剔除异常值，并采用皮尔逊相关性分析剔除对钢液温度影响较小的因素，从而确定了模型的输入变量；再次，将冶金机理与XGBoost模型进行融合，对输入变量的初始特征重要性进行部分放大；最后，针对XGBoost模型的超参数寻优问题，采用贝叶斯优化（Bayesian optimization， BO）对其进行超参数寻优，由此构建了MM-BO-XGBoost模型。在模型仿真过程中，对本文模型同时使用网格搜索和随机搜索进行超参数寻优，旨在对比和验证BO寻优的效果；此外，使用本文提供的数据对已有的冶金机理模型、多元线性回归模型和反向传播神经网络模型进行仿真并与MM-BO-XGBoost模型进行性能对比。结果表明：本文提出的MM-BO-XGBoost模型，超参数优化效果最好；本文模型的预测VD终点钢液温度在±10 ℃和±15 ℃误差范围内的命中率分别为87.81%和96.42%，均高于其他已有模型，综合性能最优。本文构建的VD钢液精炼终点温度预测模型，对实现钢液温度精准控制、降低生产成本和提高VD精炼效率具有重要的现实意义。

关键词： VD精炼钢液温度预测机理分析 MM-BO-XGBoost模型

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高强度生物质含碳球团制备及性能优化

中国冶金 2024年第4期34卷 96-105页

作者：赵满祥刘嘉雯贾国利王广伟余晓波北京首钢股份有限公司迁顺技术中心北京100041 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

炼铁原料劣化趋势难以改变,含碳球团为低碳冶炼提供了可能。将生物质作为清洁可再生零碳排放碳源、用于制备含碳球团还原剂成为钢铁企业节能降碳生产的发展趋势之一。目前限制含碳球团应用的关键因素是其高温强度较差,研究如何提高含碳... 详细信息

炼铁原料劣化趋势难以改变,含碳球团为低碳冶炼提供了可能。将生物质作为清洁可再生零碳排放碳源、用于制备含碳球团还原剂成为钢铁企业节能降碳生产的发展趋势之一。目前限制含碳球团应用的关键因素是其高温强度较差,研究如何提高含碳球团高温强度具有重要意义。为此,采用大石河粉为含铁原料、生物质热解炭为还原剂,探究成型压力、水分添加量、焙烧制度及黏结剂种类对含碳球团的影响。结果表明,含碳球团强度随着成型压力和水分添加量增加均先升高后降低,以16 MPa成型压力和8%水分添加量为宜。随着还原温度升高,生物质含碳球团强度先降低后升高,由于在900~1000℃温度区间发生晶格畸变,导致体积膨胀,强度最差;后期随着温度升高,金属铁逐渐汇聚成片,强度和金属化率均逐渐升高,1200℃下金属化率可达84.84%。使用膨润土、水玻璃作为黏结剂时,常温强度较差,通过提高两者添加量可在一定程度上提升高温强度,但水玻璃含碱金属钠,不利于高炉顺行;使用标准水泥作为黏结剂时,常温和高温强度均较差,且生产效率较低;使用有机黏结剂CMC常温强度较高,但其在高温下易分解,球团高温强度较差;使用复合黏结剂可以同时获得常温和高温强度,可通过调节配加量满足不同炉窑对炉料的要求。

关键词：生物质双碳高强度含碳球团黏结剂高温强度

煤及燃煤产物中稀土元素的分布赋存特征研究进展

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 269-282页

作者：邢艳阳丁华白向飞何金煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

稀土元素因其特殊的性质被广泛用于永磁、冶金、储氢材料等领域,消费量逐年递增。我国是稀土元素储量大国,至2020年我国稀土元素矿产量在世界占比逐年下降,近几年有所回升,但仍需要寻找和开发其他可作为稀土元素供应源的材料。煤作为一... 详细信息

稀土元素因其特殊的性质被广泛用于永磁、冶金、储氢材料等领域,消费量逐年递增。我国是稀土元素储量大国,至2020年我国稀土元素矿产量在世界占比逐年下降,近几年有所回升,但仍需要寻找和开发其他可作为稀土元素供应源的材料。煤作为一种有机矿产,形成过程中可富集稀土元素。深入认识煤中稀土元素含量及赋存状态对后续研究其燃烧产物中稀土元素赋存和提取回收具有重要意义。国内外学者分时代、地区、煤级研究煤中稀土元素含量,对煤及其燃烧产物中的稀土元素赋存状态研究进行总结,并初步认识到我国煤及其燃烧产物中的稀土元素分布赋存特征。目前研究表明,中国煤中的平均稀土元素含量是世界煤中的平均稀土元素含量的两倍;晚二叠世时期煤中稀土元素相对富集;煤中稀土元素主要以硅酸盐态存在。稀土元素性质稳定,经过燃烧后可在燃煤产物中明显富集,主要富集在非磁性的细飞灰颗粒中。对于煤中稀土元素含量的统计应综合考虑样品来源矿区的覆盖率、样品处理方式、微量元素测试方式等因素,以提高统计数据的代表性和准确性。综合直接观测、表征测试方法、逐级化学提取法及数理统计方法以推测得到较为可靠的赋存状态。我国煤炭消费量可观,能源供应以火力发电为主,燃煤产物产量巨大,煤中稀土元素至燃煤产物中可得到几十倍的富集,探明电厂燃煤产物中稀土元素富集分布规律,结合其提取的难易程度提出对应的回收工艺,以实现对燃煤产物资源化利用。

关键词：煤稀土元素赋存状态燃煤产物富集行为