LKAB试验高炉应用低还原率铁的试验
1 概述
ULCOS计划的分项目之一是开发以天然气为基础的新的炼钢路线，
在最近几十年的新增炼铁产能中，高炉炼铁工艺占据了主导，在未来的数年中仍将持续。在高炉-炼钢工序中，根据使用原料及技术水平的不同，吨钢CO2排放量为1.7~2.2t。直接还原流程的产品_直接还原铁通常被运往电炉，同废钢一起作为电炉的原料。直接还原流程的CO2排放量仅为550kgCO2/t DRI。然而，对比高炉-转炉炼钢，用废钢/DRI作原料的电炉炼钢工艺因生产效率太低而不能满足现代钢铁生产的要求。
为了降低CO2排放，同时保证产量，四种新型炼钢流程被列为ULCOS的分方案。其中的一个分方案是在高炉/转炉流程中，把LRI做为原料加入到高炉。
2 LKAB公司的试验高炉
LKAB公司是一家国际高科技矿业公司，总部位于瑞典的吕勒奥，是为钢铁工业提供优质铁矿石的顶级矿业公司之一，并为其它领域提供工业盐产品。位于瑞典矿区的LKAB公司的使命是：为全球市场提供优质矿石及为客户带来高附加值的服务。
LKAB公司高炉建于1996年，主要用于以客户需求为导向的产品研究和提高高炉炼铁技术。根据LKAB矿石产品发展的需要，试验高炉按五代高炉炉役进行设计。鉴于试验高炉对球团矿、炉料结构和高炉炼铁新技术发展的研究做出了巨大贡献，因此目前仍在该高炉进行新的试验研究。
尽管试验高炉在容积上不及商业高炉，但其装备充分使用了商业高炉的设备，甚至更为先进。炉顶煤气在线检测仪可以精确分析煤气成分，加之炉顶煤气十字测温装置，可以为高炉操作者提供煤气利用和炉内煤气分布等信息。高炉顶压可以达到150kPa，保证了在大风量操作下不破坏高炉冶炼。在生产过程中，通过炉身上部和下部的炉料探测仪和斜角探测仪可以实现“即时取样”，为技术人员改善高炉操作提供更详细的“高炉内部信息”。风口光学摄像机能在一定程度上帮助高炉操作者增强对高炉热状态的控制。
为保证在一代炉役期内，灵活地组织不同的炉料结构试验，试验高炉车间共设计了四个铁料仓，四个成渣仓和一个焦炭仓。料车上料系统可以保证高炉生产效率达到1.85t/h。先进灵活的喷吹系统可以同时喷吹煤粉和其它固体，如转炉钢渣喷吹物的多种喷吹组合，当然也可以喷吹重油和还原气体。
为对冷风进行加热，高炉配备了两个作用与热风炉一样的砾石加热器，可以把室温的空气加热到1250℃。在一代炉役期内，曾经试验鼓入高达40%富氧率的热风，未发生任何问题。当生产需要时，配备了取样功能的煤气清洁系统可以对烟道和瓦斯灰进行进一步分析。
出铁系统装备了开口机和泥炮，用于打开和封闭铁口。在出铁过程中，对铁水、炉渣进行人工取样，并人工测量铁水温度。铁水和炉渣的化学成分分析也在现场进行，这样可以给操作者提供快速的高炉热状态信息。
到目前为止，在该高炉上共进行了22个阶段试验。试验结果证明，试验高炉是用于探索产品发展和高炉新技术的优秀工具之一。
3 LRI在试验高炉上进行的试验
含铁炉料为LRI和LKAB的MPBO(橄榄石球团矿)，LRI由墨西哥的HYLSA公司专门为超低CO2炼钢计划生产。LRI的金属化率达到65%。焦炭、喷吹用煤粉和成渣由瑞典SSAB钢铁公司提供。
含铁炉料为LRI和LKAB的MPBO(橄榄石球团矿)，LRI由墨西哥的HYLSA公司专门为超低CO2炼钢计划生产。LRI的金属化率达到65%。焦炭、喷吹用煤粉和成渣由瑞典SSAB钢铁公司提供。
通过对入炉的MPBO球团和LRI样品做筛分分析发现，LRI的粒度较MPBO更细。由于缺乏相关的实验标准，未能进一步对LRI的冶金性能进行试验。对MPBO进行的冶金性能实验显示，MPBO的性能达到了LKAB公司满足高炉生产需要产品的标准要求。
当使用100% LKAB球团作为含铁原料时，冷风流量控制在1600Nm3/h，氧气流量为50 Nm3/h，喷煤比为130kg/t铁水，利用系数为1.35t/h。随着含铁料金属化率的提高，高炉的利用系数也将随之提高。理论分析和早期试验证明，含铁原料金属化率提高10%，高炉的利用系数可以提高6%~8%。因此当使用100%的LRI时，原料金属化率可以提高到65%，高炉的利用系数可以提高到1.8t/h。考虑到试验高炉的上料能力，在第一和第二阶段选择试验的参数较高；第三阶段时选择增加喷煤比和氧量，并相应降低高炉风量。
当把LRI加入到高炉后，还原剂用量降低，尤其是焦炭用量的减少非常明显，特别是在第四阶段，尽管该阶段同基准期比，炉顶煤气利用率明显下降。还原剂的需要量降到了329kg/t铁水，其中焦比为189kg/t铁水。同时，通过测量铁水温度和分析铁水成分，显示高炉的热状态没有恶化。
随着LRI比例的提高，高炉利用系数显著提高。在高炉操作参数保持相对稳定的情况下，含铁原料金属化率提高10%，高炉的利用系数提高了8%，这与之前在商业高炉上得到的试验结果一致。
随着LRI作为含铁原料加入到高炉中，尽管焦比下降，但是高炉生产顺行，料柱透气性、炉料下降、煤气利用率和煤气分布等参数保持稳定。随着LRI加入，透气性指数和炉内压差略有增加，但不明显。如果LRI的粒度可以达到MPBO球团的粒度，整个料柱的透气性将会得到改善。
但是LRI的加入，使得高炉煤气利用率，包括CO和H2的利用率大幅度下降。对于金属化率达到65%的预还原球团，预还原后残留在球团中的铁氧化物可能为氧化亚铁。该物质在900℃直接还原气氛下，需要CO/CO2比例超过2.3。在高炉下部燃烧和直接还原产生的还原气体，在上升的过程中由于高炉上部的含铁氧化物数量减少而得不到充分利用，因此导致煤气利用率降低。
同基准期相比，加入LRI后，炉顶煤气温度下降了50℃。虽然炉顶煤气温度和煤气利用率发生了变化，但其波动范围仍在基准期波动范围之内。
炉料下降状态通常由炉料下降速度和在试验高炉内的标准分布来表示。随着LRI所占炉料比例增加，炉料下降速度明显增加，但下料速度更为均匀，特别是在第三个阶段。在加入LRI后，高炉没有发生一次滑尺，即使是在使用100%LRI的第三个实验阶段。这也许可以理解为加入LRI有利于稳定炉料下降速度。
4 结论
高炉炼铁工序中，通过加入LRI，可以大幅度地降低CO2排放量和还原剂消耗，特别是焦炭的消耗量。与加入100%的球团矿作为含铁原料相比，加入100%的LRI可以降低焦比240kg/t铁水。相应的，可以降低CO2排放量690 kg/t铁水。
使用100%LRI作为铁料可以显著提高高炉利用系数。在LRI试验中得出的数据显示，铁料的金属化率每提高10%，试验高炉利用系数可以升高8%。
当使用100%的LRI作为铁料时，在低风量操作下，煤气利用率得到改善。
即使在相对较低的焦比、较高的利用系数下，高炉过程的稳定性也可以得到改善。但是使用LRI后，料柱的透气性会受到不利影响。原因可能是同球团矿相比，LRI的粒度偏细。
（来源：炼钢）
现货资源
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|---|---|---|---|---|---|---|
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| 无缝管 | 76*35 | 45# | 山东东银金属材料有限公司 | 聊城(东银库) | 4230 | 详情 |
| 圆钢 | 22*9380 | 25CrMoA | 山东大万实业有限公司 | 宣钢(河北宣化) | 0 | 详情 |
| 热轧卷 | 3.0*1800*C | Q235B | 上海盛钢联供应链管理有限公司 | 宝钢(泉安/津澜) | 0 | 详情 |
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