摘要:“十五五”规划期间，碳市场体系会进一步完善，“双碳”目标依然是钢铁行业需要关注的重要问题。气基直接还原铁—电炉流程是生产“绿钢”、降低碳排放的关键技术，但有三个制约因素: 一是必须使用高品位矿; 二是电炉炼钢控氮非常难，造成高端钢种生产困难; 三是我国钢铁生产以长流程为主，其被改造为电炉短流程，会导致已建成的长流程设备闲置与浪费，不利于产业资源的优化配置。本文详细分析气基直接还原炼铁、多种铁矿熔分工艺和熔分炉的发展现状，认为针对中等品位矿的气基直接还原铁—熔分—转炉的绿色低碳冶炼流程，既能发挥出氢冶金的绿色低碳优势，又能利旧钢铁厂现有的大量转炉，进而降低钢铁厂的设备改造成本，同时继承转炉的生产经验。转炉钢冶炼，在最终产品方面具有极大的灵活性和适用范围，能源消耗小，产品附加值高。直接还原铁—熔分—转炉的绿色低碳冶炼流程适合作为我国钢铁企业绿色低碳改造的方向，是行业降低碳排放的一条新路径。

摘要:钢铁工业烟气成分复杂，飞灰、NO_x 和二英等污染物普遍存在，其对烟气处理单元的要求越来越高。催化滤袋能够在同一反应器中处理多种污染物，成为协同脱除技术的突破口。本文重点综述除尘、除尘脱硝以及除尘脱二英一体化催化滤料，阐述多种催化滤袋技术的研究现状。针对催化组分与滤袋结合强度不足问题，一方面是改进负载方法，如使用原位生长法、优化涂覆法等，其中原位生长法效果突出且负载均匀度也更高，是具有潜力的负载方法之一; 另一方面是对滤袋的处理，如覆膜、滤料预处理等，这两种方法还可提升催化滤袋的抗中毒性能，但要解决易中毒难题需聚焦催化材料组分的优化。针对多污染物脱除温度窗口与滤料耐受温度存在差异的问题，更换 P84 材质滤料是目前较好的解决办法。随着材料学的发展，更耐高温的滤料材料将涌现。本文旨在缩短当前技术与实际需求之间的差距，为实现催化滤料在多污染物协同脱除方面的商业应用提供助力。

摘要:在国家“双碳”战略目标背景下，钢铁行业作为高碳排放的重点领域，加速推进绿色低碳转型已刻不容缓。 依托焦炉煤气资源丰富的优势，我国氢基竖炉直接还原技术对国外已成熟应用的 Midrex 法和 HYL/Energiron 法进行优化改进，其以富氢或纯氢气体为还原剂生产固态海绵铁，已在多个项目中取得阶段性成果。为此，本文重点探讨氢基竖炉直接还原技术的工艺特点、减碳机制以及经济价值。结果表明: 氢基竖炉生产系统包含多个部分， 核心是氢基竖炉本体，其以 H₂ 还原为主、CO 还原为辅，生产的 DRI 成分稳定、化学反应活性高。该工艺的减碳关键环节: 借助炉内条件，CH₄-CO₂ 重整避免外部重整带来的高能耗问题，可实现能源循环利用; 采用 MDEA 化学吸附法，能够高效脱除CO₂ ; 而在 CO₂ 利用环节，通过多级精制工艺可制备出纯度达 99. 9% 的食品级 CO₂ 产品，创造显著的经济效益。基于焦炉煤气的氢基竖炉直接还原零重整工艺结合 CCUS 技术，相比传统高炉炼铁，可实现碳减排超 60% ，同时大幅降低粉尘、SO₂、NO_x 等污染物排放。

摘要:烧结矿竖冷工艺是一种高效节能环保的烧结余热回收新技术，然而该工艺在试运行阶段存在料床局部阻力过大、烧结矿冷却不均匀和余热回收率低于预期等问题。为解决上述问题，本文采用一种解析型 CFD-DEM 方法对烧结矿竖冷装置内的气固多相流场进行高精度计算，从本质上明确烧结矿与冷却气体之间的耦合运动行为规律，重点分析烧结矿在竖冷装置内的堆积特性( 如空隙率分布等) 和运动模式，研究冷却空气在与烧结料层逆流接触过程中的流动行为和分布规律，分析不同区域的高精度气相流场数据( 如速度场等) 。结果表明: 在多通道分流布料条件下，料床径向空隙度分布较为均匀; 料床上部烧结矿以 1. 0 mm/s 左右的速度稳定下降，形成活塞流; 装置拐角处和中心风帽上方存在颗粒滞留区; 冷却室底部和排料段内烧结矿速度显著提升，形成漏斗流; 冷却气体在上升过程平均速度逐渐下降并向壁面方向扩散，装置拐角处和中心风帽上方区域的气固接触条件相对较差，可通过调整收缩段倾角、中心/周向进风流量比、中心风帽外沿倾角和尺寸等方式进行改进。研究结果可为烧结矿竖冷工艺系统的优化提供技术支撑。

摘要:我国部分处于内陆地区的钢铁企业拥有丰富的铁矿资源，其部分自产铁精矿用于烧结生产对于降本增效具有重要意义。本文通过调整精矿和粉矿的配比进行混合、制粒，采用烧结杯模拟工业烧结过程，并检测垂直烧结速度、成品率、转鼓强度、利用系数等烧结指标，研究铁精矿配比对制粒效果、烧结指标的影响规律，解析其作用机理。结果表明: 随着精矿配比从 0 提高到 100% ，料层透气性指数下降。原因在于: 随着配比的不断增加，精矿的干燥脱粉率由 7. 71% 上升至 20. 34% ，导致制粒时容易出现小球兼并长大，使得制粒小球强度下降且易脱落粉碎从而影响料层透气性; 当精矿配比从 35% 提高到 50% 时，料层透气性较好，烧结指标处于较优水平; 提高精矿配比至 100% 时，成品烧结矿中赤铁矿质量分数由 35. 00% 下降至 22. 20% ，磁铁矿质量分数由 28. 40% 增加至 43. 50% ，铁氧化物总量有所增加，而铁酸钙质量分数由 29. 30% 减少至 25. 00% ，使得烧结矿强度降低。因此，适宜的精矿配比范围为 35%~ 50% 。研究结果对于铁精矿高配比应用于烧结生产具有重要指导作用。

摘要:在烧结生产过程中，烧结矿粒度是评价烧结矿质量的重要指标之一。为提高烧结生产水平，针对烧结过程检测的滞后性和粒级占比调控预测问题，建立基于整体生产参数的烧结矿粒级占比预测模型; 将经过特征选择之后的 12 个关键参数作为输入变量，对应的烧结矿粒级占比作为输出变量; 通过缺失数据填补、数据增强以及异常点替换等数据预处理方法，获取用于预测烧结矿粒级占比的高质量数据集; 采用鱼鹰优化算法( OOA) 和类别特征梯度提升算法( CatBoost) 构建预测模型。结果表明，OOA-CatBoost 算法模型的平均绝对误差( MAE) 为 0. 276 9，均方误差( MSE) 为 0. 043 3，决定系数( R² ) 为 0. 949 9。对比侏儒猫鼬优化( DMO) 算法、麻雀搜索算法优化( SSA) 、 鱼鹰优化算法优化的随机森林( RF) 、轻量梯度提升机( LightGBM) 以及极限梯度提升算法( XGBoost) 等其他 11 个机器学习模型，本文模型取得良好的预测效果。基于工业实测数据，OOA-CatBoost 算法对烧结矿粒级占比的平均预测误差达到 0. 085 2，可为优化原料配比、混合料参数和烧结机参数调控提供理论指导，从而提升优质烧结矿的粒级占比。

摘要:为资源化利用铁矿选矿过程中产生的大量尾矿，本文以某高塑性选铁尾泥为主要原料，经过改性处理开发尾泥替代膨润土作为球团黏结剂的新技术。试验结果表明: 选铁尾泥粒度极细，且富含黏土矿物，小于 0. 038 mm 粒级质量分数为 98. 79% ，高岭石质量分数为 27. 6% 。采用 80% 选铁尾泥与 20% F 黏结剂共反应制备改性尾泥， 可得到性能优良的黏结剂; 改性尾泥的膨胀容由 1. 9 mL/g 提升至 18 mL/g。铁精矿的比表面积对生球的质量影响显著。以某弱成球性铁精矿为研究对象，在铁精矿的比表面积为 850 cm² /g 和最优造球工艺参数下，添加 1% 的改性尾泥进行造球，生球的落下强度可达 11. 10 次/( 0. 5 m) 、抗压强度可达 12. 60 N/P、爆裂温度 ＞ 500 ℃，优于同条件下 3% 膨润土用量的生球质量。选铁尾泥在焙烧过程中发生高岭石脱羟基、菱铁矿和方解石分解等反应，影响预热球团的强度，但改性尾泥中少量有机物的燃烧可促进次生赤铁矿的生成，提升球团矿的强度。在预热温度为 1 050 ℃、预热时间为 16 min，焙烧温度为 1 220 ℃、焙烧时间为 12 min 的条件下，预热球的强度达到 466. 1 N/P， 焙烧球的抗压强度达到 2 309 N/P，可满足工业应用的要求。

摘要:应用纯有机黏结剂可以显著提高成品球的 TFe 质量分数，研究纯有机黏结剂球团对炼铁工艺具有重要意义。本文以细粒级高品位磁铁精矿和有机黏结剂 JDOB-4 及印度膨润土为原料，研究有机黏结剂和膨润土对高品位球团矿性能的影响，并采用光学显微镜与扫描电子显微镜-能谱仪等仪器，分析球团矿的微观结构变化规律。 结果表明: 当 JDOB-4 添加量为 0. 15% 时，生球的落下强度为 6. 1 次/( 0. 5 m) ，在预热温度为 1 050 ℃、预热时间为 18 min、焙烧温度为 1 300 ℃、焙烧时间为 21 min 的预热焙烧条件下，焙烧球的抗压强度为 2 290 N/P; 随着 JDOB-4 添加量的增加，焙烧球的抗压强度先增加后减少。当有机黏结剂用量过多时，球团内部孔洞增加，形成了高孔隙度、疏松的微观结构，导致球团的抗压强度下降。相比膨润土球团，添加有机黏结剂较多的球团焙烧过程需要提高焙烧温度、延长焙烧时间来促进赤铁矿连晶，进而提高焙烧球的抗压强度。本文研究成果可为采用国内高品位铁精矿，配加纯有机黏结剂生产高品位氧化球团提供参考。

摘要:为降低铁矿球团干燥过程的生产成本，加快成球速度，促进大球团形成，提升球团的综合性能，本文以 10 ~ 12、12 ~ 14、14 ~ 16 mm 和16 ~ 18 mm 这四种粒度范围的球团为研究对象，探索粒度大小对球团性能及工艺条件的影响。结果表明: 增大球团粒度需要更高的造球水分和更长的造球时间，并且生球的落下强度和抗压强度显著提升; 随着球团粒度的增大，预热球内部颗粒的排列更加规整，成品球内部的固相占比增加，气孔减小，晶体连接更好，致密性提高，预热球和成品球的抗压强度均增大; 球团粒度不宜高于 16 mm，当粒度提高至 16 ~ 18 mm 时，还原膨胀指数由 11. 6% 降低至 9. 7% ，还原度指数由 70. 7% 降低至 54. 5% ，还原度变差; 铁精矿的轻度干燥或免干燥有助于提高球团粒度，大幅降低生球中 ＜ 12 mm 粒级的占比，提升 12 ~ 16 mm 粒级占比，使生球的粒度分布更均匀。因此，在球团生产中将粒度控制在 12 ~ 16 mm，既能节省干燥成本，又能获得更好的球团性能指标，为后续高炉冶炼提供更多优质炉料。

摘要:我国钒钛磁铁矿资源储量丰富，但传统的高炉—转炉工艺在处理该矿时存在工艺流程长、资源综合利用效果差、能耗高、环境污染大等问题。气基竖炉直接还原—电炉熔分工艺为钒钛磁铁矿的清洁高效利用提供了新途径。本文通过进行钒钛球团矿气基竖炉直接还原投笼试验，研究实际生产过程中钒钛球团矿的直接还原情况及球团品质，并提出相应改善措施。结果表明: 钒钛球团矿的抗压强度是影响气基竖炉生产的因素之一，其较高的低温还原粉化率和还原膨胀率，也是导致直接还原铁( DRI) 粉化严重、外观形貌差的重要因素，这成为气基竖炉生产的限制性环节; 由于钒钛球团矿的特殊矿物组成，其还原性较差，生产 DRI 的金属化率偏低; 通过提高气基竖炉进口温度和改善还原气氛等措施调整气基竖炉的操作制度，可使得 DRI 的金属化率有所提升。投笼试验为改善钒钛球团矿的冶金性能提供了方向，未来应着重优化竖炉操作制度，进一步提高还原效率。

摘要:为优化带式焙烧机球团工艺的熔剂配比与原料结构，提升生球强度及成品球的高炉适应性，本文开展酸性与碱性球团系统试验，通过投笼试验确定碱性球团的最佳熔剂结构为“消石灰 + 石灰石粉”的混合熔剂，酸性球团采用 2. 0% 膨润土的配比方案; 在带式焙烧机试生产中验证两种方案球团的性能，结合扫描电镜( SEM) 与能谱分析( EDS) 表征其微观形貌及元素分布。结果表明: 酸性球团的铁品位达 66. 20% ，抗压强度为 2 500 N/P，合格粒级占比为 78. 24% ，还原膨胀率为 11. 4% ，还原度指数为 62. 68% ; 碱性球团的铁品位为 65. 41% ，抗压强度提升至 2 733 N/P，合格粒级占比为 76. 34% ，还原膨胀率稳定控制在 15% 以下，还原度指数提高至 82% 。两种方案球团均满足高炉生产指标，其中碱性球团因高强度与低膨胀特性，更适用于大球比生产模式。此外，通过扫描电镜观察和能谱分析，明晰酸性、碱性球团的微观形貌及元素分布特征。本文研究结果不仅可为提高球团质量提供重要依据，也可为带式焙烧机球团工艺相关设计、投产和运行提供参考。

摘要:为进一步拓宽球团原料来源、提高球团品质，本文针对铁品位为 62. 42% 、SiO2 质量分数为 3. 30% 的某印度铁矿粉，在对其理化性质和矿相特征分析的基础上，开展采用不同物理选矿方法时铁组分回收工艺参数优化研究，并确定适宜的磨选提质流程。结果表明，该铁矿粉的最佳提质工艺流程: 先对原矿进行水洗和筛分得到粗、细两个粒级( ＞ 0. 1、＜ 0. 1 mm) 矿粉，其中，粗粒级采用湿式磨矿—高梯度磁选的“一粗一精”流程，细粒级则采用高梯度磁选“一粗一扫”流程; 选别得到的 2 种铁精矿产品( 1_# 、2_# ) 中，1^# 精矿产品的铁品位为 65. 97% 、产率为 23. 29% 、作业回收率为 24. 62% ，2# 精矿产品的铁品位为 62. 06% 、产率为 72. 89% 、作业回收率为 72. 52% ，全流程铁回收率达到 97. 14% 。普通铁矿粉分选出的一定比例高品位铁精矿有望用于直接还原铁( DRI) 生产，除铁精矿外的其他部分仍可作为普通球团和烧结原料，实现无尾高效利用。

摘要:针对超纯铁精矿制备工艺条件复杂、生产成本高的不利因素以及我国铁矿资源“贫、细、杂”等禀赋缺陷，本文以智利某磁铁矿为原料，探究采用进口铁矿生产超纯铁精矿的工艺流程，并进行单一磁选及磁-浮联合工艺试验; 通过磨矿细度试验与选矿工艺优化，系统探究超纯铁精矿的高效制备途径。结果表明: 在原矿磨矿细度 ( ＜ 0. 045 mm 粒级质量分数) 为 97. 88% 的条件下，经“一粗一精”弱磁选工艺可得到 TFe 质量分数为 71. 00% 、回收率为 93. 60% 的铁精矿; 采用“一粗二精”的反浮选工艺，最终可获得 TFe 质量分数为 71. 78% 、回收率为 60. 93% 的超纯铁精矿，其 SiO₂ 质量分数降低至 0. 272% ; 浮选尾矿的 TFe 质量分数达 69. 11% ，可作为普通精铁矿使用。因进口高品位铁矿杂质含量低、嵌布特征简单，采用简化后的选矿流程，可提升工艺流程的综合效益，并制备出高品位、较高回收率的超纯铁精矿。本文试验旨在降低超纯铁精矿制备成本、优化制备工艺，为国内钢铁企业生产高附加值产品提供参考与依据。

摘要:钒钛磁铁矿作为我国重要的战略性矿产资源，其综合利用面临越来越严峻的挑战，如何有效开发成为当前的迫切任务。某低品位钒钛磁铁矿中 TFe 、TiO₂ 质量分数分别为 11. 83% 、2. 77% ，有价元素除铁、钒、钛外，其他元素均未达到可综合利用的程度。为此，本文基于该矿的性质特点，进行干式磁选抛废、湿式磁选抛废以及多级抛废等条件试验，并制定合理的抛废工艺流程和作业参数。结果表明: 该矿的矿物组成复杂，金属矿物主要是 12. 46% 的钛磁铁矿和 3. 19% 的钛铁矿，以及少量磁黄铁矿、赤铁矿、镁铝尖晶石和黄铜矿等; 脉石矿物主要为长石类、透辉石、绿泥石等; Ti 元素主要以钛铁矿、钛磁铁矿及榍石形式赋存，V 元素大部分赋存在钛磁铁矿中。最优的抛废预选工艺流程: 将原矿破碎至 0 ~ 10 mm 粒度，在切向速度为 1. 2 m/s、磁场强度为 3 500 GS 的条件下进行干式磁选抛尾; 进一步将获得的粗选精矿破碎至 ＜ 3 mm 粒度，并在 3 500 GS 磁场强度下进行湿式精选。最终得到抛废精矿的产率为 44. 30% 、TFe 的质量分数和回收率分别为 19. 44% 和 77. 31% 、TiO₂ 的质量分数和回收率分别为 4. 64% 和 75. 30% 。通过该工艺流程可以抛掉产率为 55. 70% 、TFe 和 TiO₂ 质量分数分别为 4. 54% 、 1. 21% 的废石，抛废效果良好，且磨矿能源消耗降低，品位提高，有利于后续的选别作业。本文试验方法可为类似资源的开发利用提供借鉴，同时证明抛废预选技术用于低品位钒钛磁铁矿磨选作业前预处理的可行性和必要性。

摘要:转底炉处理含锌粉尘工艺存在高锌原料无法充分脱锌的问题。为此，本文通过对现场金属化球团产品进行剖析，探讨锌残留的原因; 研究外加气流对还原过程中锌和铁反应行为的影响，具体探究 N2 流速、CO 含量对金属化团块还原效果的影响。结果表明: 还原焙烧过程中生成的铁连晶和低熔点化合物堵塞了孔隙，阻碍了锌的挥发，使锌以 Zn 和 ZnO 的形式附着在铁连晶周围; 当氮气流速从 0 提高到 6 m/s 时，脱锌率从 50. 83% 增长至 93. 19% ，金属化率从 74. 69% 降低至 67. 92% ; 当 CO 体积分数从 0 增长到 40% 时，脱锌率均维持在 90% 以上，金属化率从 68. 30% 增长到 85. 77% ，说明还原性气流可以促进锌的挥发，同时提高金属化率。气流强化脱锌机理分析表明，在无气流条件下，液相产生或者铁连晶长大阻碍了锌的挥发通道，导致锌在团块内部富集，而外加还原性气流能够提高锌挥发的速度，促进锌的挥发过程。

摘要:钢铁冶金渣湿法碳酸化封存CO₂ 作为新兴的碳捕集与封存技术( CCUS) ，因其原料资源化利用与碳封存的双重效益展现出显著的经济价值。本文探讨时间、温度及 CO₂ 气流流量对 Ca ^{2 +} 萃取液碳酸化效率的影响规律，结合反应动力学模型解析其限制性环节; 通过 SEM 与 X 射线衍射( XＲD) 表征产物的形貌特征。试验结果表明: 随着温度和时间的增加，碳酸化程度呈现出先增大后减少的趋势; 而随着气流量的增大，碳酸化程度先减小后增大。 在CO₂气流流量为 0. 1 L/min、温度为 60 ℃的最佳条件下反应 22. 5 min，此时碳酸化率为 68. 03% 。结合阿伦尼乌斯方程，计算表观活化能为 24. 45 kJ/mol，说明该反应体系受表面化学反应与气液边界层扩散双重控制。产物表征显示合成碳酸钙的纯度达 99. 37% ，并且其晶形结构主要为稳定的方解石与球霰石，碳酸钙产品 ＜ 0. 075 mm 粒级占比为 93. 6% ，符合工业沉淀碳酸钙( PCC) 质量标准，可广泛应用于造纸、塑料及建筑材料领域。本研究可为冶金固废协同碳封存技术提供关键工艺参数与理论支撑。

摘要:以环冷机末段出口低温烟气为有机朗肯循环( ORC) 热源，建立系统热经济性能模型，并选取纯工质 R600 和 R601a 组成混合工质，研究不同混合工质质量分数和 ORC 关键参数对系统热力性能和经济性能的影响。结果表明，对于给定的 ORC 关键参数，随着混合工质中 R_601a 质量分数( M_R601a ) 的增加，系统净输出功率( W_net) 和效率 ( η_ex ) 先下降后上升，而系统平准化能源成本( LEC) 先上升后下降。当 M_R601a一定时，系统 Wnet随蒸发温度( T6 ) 增加先上升后下降，随过热度(ΔT_7-1 ) 增加而稳定下降。T6 越高，ΔT_7-1越低，系统 η_ex越大。系统 LEC 随 T6 增加逐渐变小，而随 ΔT_7-1增加先下降后上升。在 M_R601a和 ORC 关键参数变化范围内，纯工质 R600 的系统 W_net和 η_ex最大，表现出较好的热力性能，而纯工质 R601a 的系统 LEC 最小，显示出较好的经济性能。