摘要:钢铁企业生产过程中产生的含锌粉尘具有产量大、粒度细、化学特性复杂等特点,且普遍带有毒性。此类粉尘若处置不当,不仅会威胁人体健康,还会引发严重的环境污染。然而,含锌粉尘中富含铁、碳、锌等有价元素,回收利用潜力巨大,是一种极为宝贵的二次资源。本文系统总结了钢厂含锌粉尘的形成机理及其物理化学特性,详细阐述了碳热还原工艺、湿法工艺及微波工艺的原理与特点,并对各工艺的研究进展与应用现状进行了梳理与分析。研究表明:含锌粉尘主要包括高炉粉尘、转炉粉尘和电炉粉尘,其理化特性较为复杂。其中,高炉粉尘中的锌元素主要以氧化锌形式存在,而转炉粉尘和电炉粉尘中的锌元素则主要以铁酸锌形式存在。微波工艺处理含锌粉尘具有加热均匀、清洁、高效等优点,可为钢铁企业处置冶金固废提供一种环境友好、可持续的技术路径。未来应重点关注含锌粉尘升温行为及介电性能影响因素的研究,深入探究不同添加剂、球团尺寸与形状、造球方式等因素对微波条件下含锌粉尘结构变化的影响,从而推动微波工艺的发展与应用

摘要:鉴于转底炉工艺在含铁含锌尘泥资源化利用中的关键作用,本文结合生产数据与理论分析,系统阐述转底炉金属化球团及筛下粉的综合利用途径。筛下粉可通过烧结配料、冷压成型(CBI)及转炉OG 泥改性实现高效回收;金属化球团返回高炉时,需管控配比以规避残锌对高炉的影响,铁水沟/ 鱼雷罐直投技术可突破锌循环限制并提升铁水产能;在炼钢应用中,需依据钢种质量要求优化配入策略,借助转炉吹炼与炉外精炼耦合工艺,使产品钢水的含硫量满足目标钢种要求,同时采用ITmk3 工艺需通过校企协同攻关突破技术瓶颈以推进国产化进程。全流程成本分析表明,转底炉金属化产品返转炉和烧结路径的吨钢成本较传统路径降低约47. 7%,而返高炉和烧结路径的吨钢成本降低约29. 1%。本文结论可为转底炉工艺提质增效及金属化产品多路径协同消纳提供理论与技术支撑。

摘要:粒度检测与基于工业CT 的微观结构精准分割,是把控球团矿质量、阐明焙烧机理以及保障高炉顺行的核心前提。本文系统综述了球团粒度检测技术从传统人工筛分、机器视觉到深度学习智能检测的演进历程。聚焦计算机视觉应用框架,重点剖析了图像增强、黏连球团分割以及CT 断层图像多物相精准提取等关键环节的算法特点与应用效果。为客观评估模型性能,本文构建了统一的球团CT 图像数据集,对主流深度学习模型的多相分割效果进行了量化对比。在此基础上,深入分析了复杂工业现场与微观成像场景下的技术瓶颈,包括黏连分离困难、光照与粉尘干扰强烈、物相边界模糊以及模型泛化能力不足等问题。进而对定制化深度模型、多模态融合、宏微观多尺度关联及在线闭环控制等未来发展趋势进行了展望。研究结果表明:传统检测方法难以兼顾宏观粒度检测精度与微观物相分割的鲁棒性;而基于U-Net 系列、注意力机制与Transformer 的深度学习模型,能够显著提升黏连球团的分割精度及球团CT 图像内部多相识别效果,为球团全维度质量评价提供可靠支撑。

摘要:电除尘器是烧结机机头除尘的首选技术,其清灰振打加速度直接决定除尘效率与设备寿命。振打加速度过大会引发二次扬尘,过小则清灰不彻底,二者均会降低除尘效果。在环保要求日益严格的背景下,本文通过综述振打加速度对除尘效率的影响规律,归纳总结市场对振打加速度的技术需求,并对超大型电除尘器的振打加速度进行实际试验测试,梳理出在不同工况条件下阴极和阳极振打加速度的合理范围。结果表明:对于6. 4 m × 5 m(高× 宽)的电场,阳极采用直径为125 mm 的振打锤可使振打加速度为150g ~1 100g,阴极采用直径为95 mm 的振打锤可使振打加速度为50g ~400g,13. 2 m 高度的迷宫收尘装置采用直径为90 mm 的振打锤可使振打加速度为50g ~200g。最后,研制了振打加速度的测试标准和限制值,形成团体标准并修订相关行业标准和国家标准,为电除尘器选型设计提供参考。

摘要:为解决高比例褐铁矿烧结过程中产量低、强度差以及固体燃料消耗高等问题,本文围绕热工制度与燃料结构协同优化开展研究,系统考察点火时间、保温时间、燃料用量及粒度组成对烧结指标的影响,并采用XRD、光学显微镜等检测手段分析烧结矿的矿物组成和微观结构。研究结果表明:在混合料水分质量分数为7. 3%、无烟煤配比为5. 42%、点火时间为90 s 和保温时间为90 s 的条件下,烧结矿成品率、转鼓强度、烧结机利用系数和固体燃料消耗分别为73. 44%、68. 85%、1. 477 t/ ( m²·h) 和67. 01 kg/ t。在此基础上, 调整燃料粒度组成, 适当降低≤0. 5 mm和>5 mm 粒级占比,设置3 ~5、1 ~3 mm 和0. 5 ~1 mm 粒级占比分别为47. 86%、43. 13% 和9. 01%,使固体燃料消耗进一步降低至66. 09 kg/ t,较优化前降低3. 09 kg/ t。烧结矿铁品位达到57. 2%,主要矿物相为磁铁矿、赤铁矿、铁酸钙与硅酸盐;针状铁酸钙呈交织状发育,使磁铁矿、赤铁矿及硅酸盐等物相紧密黏结成牢固整体;烧结矿微观结构致密均匀,力学性能得到有效改善。本文研究结果可为高比例褐铁矿的低碳高效烧结提供技术参考。

摘要:为实现烧结矿FeO 含量的高精度、前瞻性预测,支撑高炉稳定顺行、炉料质量优化与能效提升,本文提出一种融合时序信息与非时序信息的深度学习预测方法。基于某钢厂烧结机实际生产数据,采用孤立森林算法对异常样本进行识别与清洗,并结合归一化方法消除不同工艺参数间的量纲差异;在此基础上,利用Spearman 相关性分析与最大互信息系数(MIC)相结合的特征筛选方法,从多项生产变量中提取出9 项与FeO 含量密切相关的关键工艺参数,构建预测数据集;进一步建立融合长短期记忆网络(LSTM) 与深度神经网络(DNN) 的LSTM-DNN 混合模型,以充分挖掘烧结过程中的时序依赖特征及高维非线性映射关系。结果表明:与单一LSTM 模型和DNN 模型相比,所建立的LSTM-DNN 混合模型的预测性能更优,在±0. 5 误差范围内的预测准确率达到93. 33%,具有较高的稳定性和泛化能力。该模型已成功集成至烧结机尾断面热成像监测系统,实现图像信息与工艺参数联动的FeO 含量在线预测与预警,可为抑制FeO 含量波动、提升烧结矿质量稳定性和促进烧结过程智能化提供有效技术支撑。

摘要:针对采用化学分析法检测烧结矿中FeO含量存在滞后性、难以实时反映烧结过程状态，以及现有预测模型仅关注特定工况下的强相关性参数、难以适应参数相关性的动态变化，导致模型泛化能力与预测精度不足的问题，本文提出一种融合时序注意力机制（TPA）的门控循环单元（GRU）网络预测模型。首先，对工业现场采集的烧结生产数据进行预处理，包括异常值检测、异常值与缺失值处理以及数据标准化等步骤，以保证数据质量与模型训练的稳定性；其次，利用注意力机制对各输入特征参数进行权重分配，实现关键特征的自动筛选；最后，将筛选后的特征值输入GRU网络进行训练，构建烧结矿FeO含量预测模型。以某烧结厂2024年全年实际生产数据为研究对象，通过试验验证该模型的预测效果，并与其他神经网络模型进行对比。结果表明，模型评价指标R²达到0.923 1，均方根误差（RMSE）为0.179 1，平均绝对误差（MAE）为0.203 5，表现出较强的泛化能力与预测精度。该研究可为烧结生产中的配料优化与工艺调控提供实时决策依据，对稳定烧结矿质量具有重要的工程应用价值。

摘要:为表征球团矿的微观结构,针对传统二维图像在结构完整性和空间关联性表达上的不足,本文提出一种基于工业CT 的三维重构方法。在图像处理阶段,采用联合滤波、自适应直方图均衡化与超分辨模型对切片进行预处理,以改善灰度分布与相界可分性。该方法通过体素构建,保留了孔隙、液相和赤铁矿等物相的空间分布特征;结合基于体积分布的标注机制与灰狼优化算法,完成三相阈值自动寻优(寻优结果约为80. 03 与102. 25)。三维物相统计结果表明,赤铁矿、液相和孔隙的体积分数分别稳定在82%~86%、8%~11% 和4%~ 6%,降低了二维切片带来的统计波动。在此基础上计算球团的分形维数并与二维加权结果进行对比,结果显示:二维维数主要分布在1. 2 ~1. 6,而三维维数均大于2. 5,且不同方向间差异低至0. 007,表现出较好的各向同性与结构稳定性。三维方法克服了方向依赖与截断误差,提升了体积分布与结构复杂度指标的客观性,为球团结构表征与冶金工艺分析提供基础数据支撑。

摘要:鉴于还原温度对不同类型球团还原膨胀行为有显著差异,本文通过研究还原温度对球团还原膨胀性能的影响,采用可视化卧式电阻炉在900 ~1 200 ℃温度条件下对不同类型球团进行还原膨胀率检测。结果表明:在还原过程中,球团均出现还原膨胀率开始逐步升高至峰值再降低的过程;在900 ~1 200 ℃条件下四种球团还原1 h 后最大还原膨胀率的排序:普通碱性球> 含镁碱性球> 普通酸性球> 低钛酸性球;而随着还原温度由900 ℃逐步提高至1 200 ℃时,碱性球团发生恶性膨胀。在还原41 min、温度为1 105 ℃时,普通碱性球的还原膨胀率达到最大值98. 13%;在还原37 min、温度为1 082 ℃时,含镁碱性球的还原膨胀率达到最大值84. 10%。在高温还原条件下,碱性球的外观出现明显的裂纹和粉化现象,外层出现大量的铁晶须和铁晶粒。本文研究结果对认识不同类型球团在高炉内高温条件下的实际还原膨胀变化规律具有一定指导意义,可为高配比球团矿冶炼研究和生产调整提供科学依据。。

摘要:冷固结压块工艺是一种低碳冶金炉料绿色制备技术,因其生产过程具有原料适应性强、工艺调整灵活、能源消耗少等突出特性,已成为冶金工业副产物或固体废弃物资源高质高效化利用和推动绿色转型的重要途径。为此,本文通过研究高炉返矿冷固结压块的制备工艺,寻找适宜的原料配比,考察压块的冶金物理化学性能,同时分析3%压块配比下涟钢6^#高炉(2 200 m³ )的各项技术经济指标变化情况。结果表明:该压块具有较好的冷态和热态强度,并且在工业应用期间高炉炉况稳定,相关指标呈现向好趋势,高炉利用系数提升至3. 28 t/ (m³·d),透气性指数提升3. 06%,折算生铁成本降低2. 07 元/ t,对高炉炼铁工序降碳降本起到积极作用。本文研究结论可为返矿等含铁副产物的高值化利用提供富有潜力的实践路径。

摘要:为评估富H₂ 含CO 气基竖炉工艺中赤铁矿的还原行为, 研究基于最小吉布斯自由能原理, 利用HSCChemistry 9. 5. 1 软件构建热力学模型,分析在固定反应气的物质的量为3 kmol 条件下,气体成分与温度对铁氧化物还原路径及平衡物相组成的影响。结果表明:单一还原剂条件下,H₂ 在1 000 ℃时可完全还原赤铁矿的临界量为0. 405 kmol;CO 在700 ~800 ℃时还原能力达到最强,临界量为0. 415 kmol,但超过800 ℃后,CO 受高温逆向反应制约还原能力减弱。增加还原剂配比可促进磁铁矿与浮氏体向金属铁转化。H₂ 中引入约40% CO 可拓宽还原温度窗口,弥补纯H₂ 低温区( <700 ℃)还原能力不足与纯CO 高温区( >800 ℃)还原势衰减的缺陷,在800 ℃左右有效提升金属铁产率。典型气基竖炉工艺还原能力排序为HyMEX≈HYL - III > Midrex,其中Midrex 工艺完全还原赤铁矿的最高处理量为0. 352 5 kmol,而HYL - III 与HyMEX 工艺分别可达0. 395 kmol 和0. 400 kmol,后两者因富H₂ 气氛更适应高温还原。本文研究成果可为优化气基竖炉的还原工艺参数提供理论依据。

摘要:高温含铁窑渣是冶金粉尘经回转窑提锌处理后的副产物,因其杂质含量高、难以有效利用,导致产品附加值低,并造成含铁资源的浪费。本文针对该窑渣铁品位高、金属化率高、出渣温度高等特点,提出高温含铁窑渣在线还原熔分工艺,系统研究还原熔分温度、配碳量、恒温时间以及渣系添加剂(二元碱度、镁铝比)对熔分效果及铁回收率的影响规律。结果表明:适宜的还原温度和配碳量可促进铁氧化物充分还原及铁滴聚集。当温度由1 400 ℃提升至1 500 ℃时,铁从无法被有效分离提升到铁回收率为84. 41%;当配碳量由10. 37 g 增至27. 63 g 时,铁回收率由36. 84%升至90. 93%;优化渣系碱度与镁铝比可改善熔渣流动性并抑制铁的二次氧化,适当提高二元碱度和镁铝比有利于提升铁回收率,但继续增大二者则会生成高熔点物相和镁铝尖晶石,恶化渣铁分离效果,导致铁回收率下降。在还原熔分温度为1 500 ℃、配碳量为27. 63 g、恒温时间为40 min、二元碱度为1. 5、镁铝比为0. 6 的优化条件下,铁回收率可达95. 92%,所得含铁物料中铁品位为97. 16%。该工艺可实现渣铁高效分离与铁资源的高值化回收,同时充分利用窑渣显热,避免传统选矿工艺中的冷却能耗和铁损失,为冶金固废的绿色低碳处理提供新思路。

摘要:在“双碳”战略目标背景下,矿化固定技术作为一种重要的CO₂ 减排途径日益受到重视。作为一种富含碱性物质的钙基工业固废,钢渣已成为固定CO₂ 的理想廉价原料。本文采用低液固比湿法矿化方法研究不同液固比、温度及压力对固碳率的影响及最佳工艺条件,并采用XRD、XRF 等手段分析钢渣和固碳产物的矿相组成和微观结构。结果表明:低液固比湿法矿化方法通过降低水耗与能耗,强化反应的传质效率,协同实现经济高效的钢渣固废资源化与CO₂ 封存。受水膜厚度的影响,液固比存在最优值。100 ℃、0. 85 MPa、450 r/ min 条件下,当液固比由0. 2 mL/ g 提升至0. 4 mL/ g 时,固碳率由11. 8% 提升到21. 2%,继续提高液固比至1 mL/ g 后固碳率反而下降为9. 3%,说明适当的水膜厚度有助于传质过程;固碳率随着温度、压力的升高呈现增加的趋势,在液固比为0. 6 mL/ g的条件下,当温度由25 ℃提升至100 ℃时,固碳率由4. 8%提升至20. 9%,压力由0. 85 MPa 提升至2. 85 MPa,固碳率由20. 9%提升至27. 6%,过高的温度及压力会导致固碳率的增幅下降及能耗增加。综合来看,在反应温度为100 ℃、液固比为0. 6 mL/ g、压力为2. 85 MPa、时间为1 h 及搅拌速率为450 r/ min 的最优工艺组合条件下,钢渣的固碳率为27. 6%,即最大固碳量为276 g/ kg。

摘要:采用常规物理方法分选褐铁矿强磁选尾矿,得到的铁精矿存在品位与铁回收率较低、易造成资源浪费等问题。为提高褐铁矿综合利用水平,本文开展褐铁矿类铁尾矿磁化焙烧提质的试验研究,考察焙烧温度、焙烧时间、还原剂用量、预处理温度及磨矿磁选条件等关键参数对铁精矿分选指标的影响;运用XRD 和热力学分析探讨焙烧过程中物相转变和磁化历程,并通过吉布斯自由能理论计算,明确不同温度段磁化反应的热力学可行性及化学反应。结果表明:采用“高温改性—磁化—弱磁选”工艺可明显提升该类型矿石的分选指标; 在空气气氛中经过高温预处理后, 铁尾矿中针铁矿相可全部脱羟基转化为赤铁矿相, 且颗粒内部孔隙发育促进了磁化还原反应与磁铁矿晶粒的生长。在焙烧温度为800 ℃、磁化时间为30 min、还原剂用量为3%、磨矿细度<0. 045 mm 粒级占比为45. 6%、磁场强度为111. 4 kA/ m 的分选条件下, 可获得铁品位为61. 59%、铁回收率为91. 38% 的铁精矿指标。本文研究成果可为褐铁矿类复杂尾矿的资源化利用提供重要技术支持。

摘要:为实现钢铁冶金含锌固废的高效资源化利用,并解决其含碳冷压块强度不足的问题,本文以转炉高锌污泥和兰炭为主要原料,系统开展了压块制备工艺优化及黏结剂性能研究。通过优化冷压工艺参数( 水分添加量为8%、成型压力为16 MPa)及真空焙烧制度(1 100 ℃、40 min),重点探究了膨润土、水泥、氧化钙及创新型黏结剂腻子粉对压块强度的影响规律与作用机理。结果表明,腻子粉凭借其独特的有机- 无机复合黏结体系(HPMC 与水泥、石膏协同作用),在最低添加量(3%)下即可实现最优的增强效果,其干压块抗压强度达571. 2 N/ P,还原后金属化团块强度高达840. 4 N/ P,显著优于传统黏结剂,且完全满足转炉入炉的强度要求( >800 N/ P)。热力学分析表明,在10 Pa 真空度下,铁酸锌等含锌物相的碳热还原反应在600 ℃以上均可自发进行,升温至1 100 ℃可显著促进锌的挥发脱除。本文研究结果可为钢铁冶金含锌固废制备高性能含碳压块提供有效的工艺参数与黏结剂选择依据。

摘要:采用气淬法粒化高炉熔渣能够有效回收利用熔渣内高温余热,同时避免高炉熔渣堆积对环境造成的破坏,实现高炉熔渣的高值资源化利用。气淬喷嘴的高度是渣珠冷却凝固过程中的关键控制参数,直接影响粒化后的渣珠品质。为此,本文通过对熔渣气淬粒化过程进行模拟仿真,构建粒化模型并解析熔渣的破碎粒化机理,通过仿真模型计算渣珠的落地时间,进而确定优化喷嘴高度,获取高炉熔渣最优的粒化效果。结果表明:高炉熔渣在破碎过程中存在“熔渣—液膜—液丝—液滴—渣珠”5 种形态变化,熔渣的冷却凝固过程从迎风面开始,依次为上下两侧和背风面;当气体初速度为420 m/ s、气淬喷孔的直径为0. 051 m、高炉渣处理量为60 t/ h、高炉渣与气淬风相遇点高度为0. 2 m 时,渣珠的飞行速度可达9 ~12 m/ s;在保证渣珠落地后凝固不黏连的前提下,喷嘴高度的设定范围为2. 2 ~4. 5 m。在适宜的喷嘴高度下,高炉熔渣喷吹粒化主要形成渣珠和未粒化完全的纤维。渣珠的粒度分布主要呈正态分布,且分布较均匀,粒度主要集中在1 ~ 2. 5 mm。成珠率随喷嘴高度的增加基本呈现逐渐增加的趋势,超过4 m 后,增加趋势变缓。本文研究结论可为干式气淬粒化高炉熔渣的工业化应用提供数据支撑。

摘要:针对烧结机普遍采用的280 ~320 ℃中高温SCR 脱硝工艺能耗高的难题,本文以某钢铁厂360 m² 烧结机半干法脱硫后烟气为研究对象,系统阐述了基于V-Mo-Ti 体系的低温SCR 脱硝改造方案及实施效果。具体措施包括:将原外置式热风炉改造为等离子点火- 内置式直燃炉,避免局部高温损伤催化剂;更换原有中温催化剂为V-Mo-Ti体系低温蜂窝催化剂,将反应温度降低至210 ~230 ℃;并调整声波与耙式吹灰器位置,确保清灰效果。结果表明,改造后系统在210 ~230 ℃下稳定运行近一年,脱硝效率维持在80%~85%,排口NOx 质量浓度≤45 mg/ m³ ,优于钢铁行业超低排放限值。经济效益分析显示,低温改造可减少烟气补热炉的高炉煤气用量约35. 98%,年节约煤气约1 ×10⁸ m³ ,折合标准煤为1. 23 万吨,降低烧结工序生产成本5. 97 元/ t。该技术在360 m² 烧结机半干法脱硫后的成功应用,可为同类型烧结机的低温脱硝改造提供参考。

摘要:钢铁行业作为高能耗产业,其烧结工序的余热回收效率偏低,已成为亟需解决的关键问题。针对国内环冷机余热发电系统因参数设计不合理所导致的能源浪费,本文通过构建双压余热发电系统的热力学模型,以及烧结矿冷却过程的多孔介质流- 固耦合传热模型,系统分析冷却风速、料层高度、蒸汽压力等关键参数对吨矿发电量与供电量的影响规律。研究结果表明:冷却风速存在最佳取值范围(1. 6 ~ 2. 0 m/ s),可使吨矿供电量达到最大,矿温由450 ℃升至700 ℃,最佳吨矿供电量对应的风速也从1. 6 m/ s 提高至1. 9 m/ s;适当增加料层高度可显著提升余热回收效率,且发电量的增幅高于风机能耗的损失,当料层增高至2. 0 m 时,吨矿发电量可由1. 0 m 时的14. 38 kW·h/ t 提升至19. 31 kW·h/ t(在600 ℃矿温基础工况下);高压蒸汽压力建议选取1. 5 ~2. 0 MPa(表压,g),低压蒸汽压力宜控制在0. 5 ~0. 8 MPa(g),二者协同优化有助于进一步提高系统经济性,在600 ℃烧结矿温下,最大吨矿发电量由高压蒸汽1. 6 MPa(g)、低压蒸汽0. 5 MPa(g)对应的22. 63 kW·h/ t,提高至高压蒸汽4. 0 MPa(g)、低压蒸汽1. 2 MPa(g)对应的23. 73 kW·h/ t;最大吨矿供电量由高压蒸汽1. 6 MPa(g)、低压蒸汽0. 6 MPa(g)对应的17. 41 kW·h/ t,提高至高压蒸汽4. 0 MPa(g)、低压蒸汽1. 3 MPa(g)对应的18. 54 kW·h/ t。研究结果可为环冷机余热发电系统的参数设计与工程应用提供理论依据,对提升钢铁行业能源利用效率具有重要指导意义。