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近日，首钢京唐公司“低碳清洁高效炼铁工艺和技术集成”科研成果荣获2021年度冶金科学技术奖一等奖。这一成果有哪些优势和特点？研发的背景是什么？
首钢科学技术特殊贡献奖获得者、首钢京唐公司副总经理刘国友是这一项目的主要参与者，谈到低碳高效冶炼，他颇有感触：“面对国内高比例球团冶炼技术空白，我们经过多次工业试验，在2019年最终确定了烧结矿配加碱性球、酸性球、生矿的四元炉料结构。当时，国内对于低硅碱性球团的研究少，工业生产几乎没有可借鉴的经验。我们依托公司铁前一体化平台，与相关技术研究院紧密对接合作，开展了系统、海量的基础研究。最终，我们成功开发了以消石灰作为熔剂生产低硅碱性球团的独有技术。这一技术在世界范围内属首创，碱性球还原膨胀率由原来的25%~30%下降到16%~18%，高炉球团矿比例由原来的30%逐步提升至50%以上。自2019年6月份开始，我们在京唐3座超大型高炉全面实施了高比例球团低碳高效冶炼技术，迄今为止高炉运行稳定，入炉球团矿比例长期稳定在50%以上。首钢京唐低碳清洁高效炼铁工艺和技术集成的成功应用实施，可让高炉年粉尘排放量与之前相比减少35%，二氧化硫排放量减少28%，氮氧化物排放量减少30%，开创了国内大型高炉建立大球比炉料新结构的先河。另外，京唐公司通过应用高球团比例高炉冶炼技术，降低铁水成本，年经济效益约为1.5亿元。”
为了推动炼铁工艺低碳绿色化发展，2015年首钢规划京唐公司二期工程，在原炼铁工艺系统基础上新建1座5500立方米超大型高炉和2条504平方米大型带式焙烧机球团生产线，形成“3台504平方米带焙机+2台500平方米烧结机+3座5500立方米高炉”炼铁工艺流程配置（即“3+2+3”模式）和以球团矿为主的炉料结构，利用高品质球团矿及工艺能耗低、污染物排放少等优势，大幅度降低炼铁系统的二氧化碳和污染物排放。该项目高比例球团冶炼模式，实现了3座5500立方米高炉50%球团比例的高效稳定运行。
据介绍，首钢京唐“低碳清洁高效炼铁工艺和技术集成”科研项目基于该公司球团矿在环保、能耗等方面的优势，根据低碳炼铁要求的总体目标，开发并采用低碳清洁冶炼炉料结构及工艺流程配置，将传统三元炉料结构调整为以球团矿为主的四元炉料结构，即确定了“35%熔剂性球+20%酸性球+40%烧结矿+5%块矿”的基础炉料结构，创新配置了3台504平方米带焙机+2台500平方米烧结机+3座5500立方米高炉的炼铁工艺装备。
该项目从改善球团矿质量、优化原燃料结构配比及相匹配的高炉冶炼技术等方面入手，开发出了与高比例球团冶炼相匹配的合理布料及煤气流分布控制技术，建立了以“中心焦+水平料面”、高富氧、高顶压、高风温、采用湿分控制为特点的超大型高炉高比例球团冶炼技术体系；开发出适宜高比例球团冶炼的高炉装备，设计了适用于高比例球团冶炼的并罐布料装置、炉身角度及合适的高径比，有效解决了高比例球团冶炼时布料偏析、炉料膨胀等难题，为超大型高炉高比例球团稳定冶炼创造了有利条件；自主集成了低碳清洁炼铁成套装备及工艺技术，开发了全球最大跨度的单拱料场封闭技术、高炉炉顶煤气全量回收系统、烧结烟气循环工艺、烧结球团工序实施半干法+SCR脱硫脱硝技术，实现了首钢京唐炼铁工序的清洁生产。
据介绍，该项目成果总体达到国际领先水平，获授权发明专利9项。自首钢京唐3座5500立方米高炉使用大球比冶炼工艺以来，吨铁原料污染物排放总量减少24%，铁前工序综合能耗降低20千克标准煤/吨以上，二氧化碳减排10%。其中，3号高炉实现了59%的球团配比、利用系数为2.4吨/(立方米·天)、渣比为218千克/吨、燃料比475千克/吨，引领钢铁行业绿色发展的方向，经济效益和社会效益巨大。
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首钢科学技术特殊贡献奖获得者、首钢京唐公司副总经理刘国友是这一项目的主要参与者，谈到低碳高效冶炼，他颇有感触：“面对国内高比例球团冶炼技术空白，我们经过多次工业试验，在2019年最终确定了烧结矿配加碱性球、酸性球、生矿的四元炉料结构。当时，国内对于低硅碱性球团的研究少，工业生产几乎没有可借鉴的经验。我们依托公司铁前一体化平台，与相关技术研究院紧密对接合作，开展了系统、海量的基础研究。最终，我们成功开发了以消石灰作为熔剂生产低硅碱性球团的独有技术。这一技术在世界范围内属首创，碱性球还原膨胀率由原来的25%~30%下降到16%~18%，高炉球团矿比例由原来的30%逐步提升至50%以上。自2019年6月份开始，我们在京唐3座超大型高炉全面实施了高比例球团低碳高效冶炼技术，迄今为止高炉运行稳定，入炉球团矿比例长期稳定在50%以上。首钢京唐低碳清洁高效炼铁工艺和技术集成的成功应用实施，可让高炉年粉尘排放量与之前相比减少35%，二氧化硫排放量减少28%，氮氧化物排放量减少30%，开创了国内大型高炉建立大球比炉料新结构的先河。另外，京唐公司通过应用高球团比例高炉冶炼技术，降低铁水成本，年经济效益约为1.5亿元。”
为了推动炼铁工艺低碳绿色化发展，2015年首钢规划京唐公司二期工程，在原炼铁工艺系统基础上新建1座5500立方米超大型高炉和2条504平方米大型带式焙烧机球团生产线，形成“3台504平方米带焙机+2台500平方米烧结机+3座5500立方米高炉”炼铁工艺流程配置（即“3+2+3”模式）和以球团矿为主的炉料结构，利用高品质球团矿及工艺能耗低、污染物排放少等优势，大幅度降低炼铁系统的二氧化碳和污染物排放。该项目高比例球团冶炼模式，实现了3座5500立方米高炉50%球团比例的高效稳定运行。
据介绍，首钢京唐“低碳清洁高效炼铁工艺和技术集成”科研项目基于该公司球团矿在环保、能耗等方面的优势，根据低碳炼铁要求的总体目标，开发并采用低碳清洁冶炼炉料结构及工艺流程配置，将传统三元炉料结构调整为以球团矿为主的四元炉料结构，即确定了“35%熔剂性球+20%酸性球+40%烧结矿+5%块矿”的基础炉料结构，创新配置了3台504平方米带焙机+2台500平方米烧结机+3座5500立方米高炉的炼铁工艺装备。
该项目从改善球团矿质量、优化原燃料结构配比及相匹配的高炉冶炼技术等方面入手，开发出了与高比例球团冶炼相匹配的合理布料及煤气流分布控制技术，建立了以“中心焦+水平料面”、高富氧、高顶压、高风温、采用湿分控制为特点的超大型高炉高比例球团冶炼技术体系；开发出适宜高比例球团冶炼的高炉装备，设计了适用于高比例球团冶炼的并罐布料装置、炉身角度及合适的高径比，有效解决了高比例球团冶炼时布料偏析、炉料膨胀等难题，为超大型高炉高比例球团稳定冶炼创造了有利条件；自主集成了低碳清洁炼铁成套装备及工艺技术，开发了全球最大跨度的单拱料场封闭技术、高炉炉顶煤气全量回收系统、烧结烟气循环工艺、烧结球团工序实施半干法+SCR脱硫脱硝技术，实现了首钢京唐炼铁工序的清洁生产。
据介绍，该项目成果总体达到国际领先水平，获授权发明专利9项。自首钢京唐3座5500立方米高炉使用大球比冶炼工艺以来，吨铁原料污染物排放总量减少24%，铁前工序综合能耗降低20千克标准煤/吨以上，二氧化碳减排10%。其中，3号高炉实现了59%的球团配比、利用系数为2.4吨/(立方米·天)、渣比为218千克/吨、燃料比475千克/吨，引领钢铁行业绿色发展的方向，经济效益和社会效益巨大。
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