张建良等：炼铁新技术及基础理论研究进展 ·1631 recent years.This article introduces the new technology of sintering pellet quality improvement and consumption reduction from the aspects of new ironmaking technology and basic theoretical research,analysis of coke behavior in the blast furnace,blast furnace clean fuel injection technology,blast furnace longevity technology,blast furnace ironmaking data modeling technology,and metallurgical dust and mud reprocessing technology.Starting from basic research,the new ironmaking technology with the most potential is proposed. Then,under the general background of the current national carbon neutral strategy,the current international non-blast furnace ironmaking technology research progress is reviewed to provide a basis for the development of low-carbon ironmaking in China.Finally, starting from the latest micro-research methods,it introduces the current research progress in the field of ironmaking in the micro-scale, multi-scale comprehensive regulation and control of the mechanism of the blast furnace ironmaking process,and provides ideas for the future development of low-carbon ironmaking. KEY WORDS new ironmaking technology;low-carbon ironmaking;non-blast furnace ironmaking;simulation;energy-saving and cost-reducing 在十四五规划的元年，“双碳”目标、环保问 我国钢铁工业节能减排的有力措施.当前，国内外 题、科技创新将在各行各业逐步落地并由政策付 烧结机的料层厚度普遍处于700~900mm水平， 诸于实际行动.钢铁行业作为高能耗、高排放的 少数企业实现900m料层生产，但始终未能突破 重工业，仍然是蓝天保卫战的主战场.现如今资源 1000mm超厚料层烧结的瓶颈.经分析，超厚料层 紧张，环境污染日益严重，工艺技术创新进展艰 烧结的限制性因素主要有两点：一是料层厚度持 难，钢铁产业发展面临着重要变革，各类问题将倒 续升高后的高负荷对料层透气性的限制倒：二是久 逼钢铁企业发展低碳技术，未来钢铁工业可以通 高不下的漏风率对料层风量的限制 过潜在的低碳等多种工艺技术来降低CO2排放或 基于此，北京科技大学炼铁新技术梯队从烧 者解决当前发展存在的问题.在全球“脱碳”以及 结理论层面出发，着眼于工艺全流程，以天钢联合 工艺技术创新大潮的背景下，以降低碳排放和致 特钢的两台230m烧结机为实践样本展开了 力工艺创新为中心的传统钢铁怡金工艺技术变 1000mm超厚料层烧结技术的研发.针对透气性， 革，已成为钢铁行业绿色发展的新趋势.我国实现 提出从新型强化制粒、抑制过湿层、促进燃料燃 钢铁工艺的进步，归根结底需要依靠科技进步.传 烧三个层面进行工艺技术设计与开发：针对漏风 统高炉炼铁工艺和非高炉炼铁工艺正在高速发展 率，设计了滑道密封、栏板加固和细节治理等工艺 中，传统高炉炼铁从原燃料和高炉设备出发，历经 及手段.同时，基于提出的料层热量峰、火焰峰和 还原过程，最后处理炼铁副产物，这中间环节均可 液相冷凝峰的“三同步”理论，确立了活性生石灰 进行相应的技术创新，进而实现高炉炼铁的工艺 为超厚料层技术开发的核心载体最终，形成了 创新：非高炉炼铁工艺主要是熔融还原工艺和直 如图1(a)所示的综合性的超厚料层烧结技术体系 接还原工艺，两种工艺都旨在减少焦炭的使用，长 和针对性的全活性石灰强化烧结技术阿在230m2 远计划实现“双碳”目标.需要强调的是，无论是传 烧结机上实现了长期高效、稳定、低耗的烧结生 统高炉炼铁工艺还是非高炉炼铁工艺，其本质的 产.烧结机利用系数达到1.87tm2h,固体燃耗 还原反应是相同的，因此，其中涉及的科学问题是 仅为41.85kgt,烧结电耗降至27kWht,漏风 相同的，立足科学问题的解释和解决，可极大的为 率降至34%，各项指标均位于行业前沿.在此基础 工艺生产提供思路.科学问题与工程问题的结合， 上，1000mm的厚料层下维持了烧结矿纵向上的 将为炼铁工艺提供良好的发展方向 性能和成分的质量均衡，烧结矿微观矿物相以铁 酸钙黏结相与铁氧化物晶粒的交织形式为主，烧 1烧结球团技术提质降耗技术 结矿各项质量指标（如图I(b)所示）满足高炉高效 1.1高效低耗1000mm超厚料层烧结技术 冶炼需求，其中包括还原粉化指数(Reduction 在我国，长流程的钢铁生产仍然占据主导地 degradation index,RDI),RDL6.3为还原后大于6.5mm 位，2020年铁钢比仍然维持在80%以上，铁矿石 的物料比例，RDL+3.1s为还原后大于3.15mm的物 烧结生产仍然主要负担着高炉含铁炉料供给川.烧 料比例，RDL-o.5为还原后小于0.5mm的物料比例. 结生产是钢铁流程中能耗最高、污染物排放量最 此外，固体燃耗与电耗的降低带来实质性的CO2、 多的工序之一回，因而发展厚料层烧结技术是实现 NOx、SO2的减排，在碳中和背景下意义卓著recent years. This article introduces the new technology of sintering pellet quality improvement and consumption reduction from the aspects of new ironmaking technology and basic theoretical research, analysis of coke behavior in the blast furnace, blast furnace clean fuel injection technology, blast furnace longevity technology, blast furnace ironmaking data modeling technology, and metallurgical dust and  mud  reprocessing  technology.  Starting  from  basic  research,  the  new  ironmaking  technology  with  the  most  potential  is  proposed. Then,  under  the  general  background  of  the  current  national  carbon  neutral  strategy,  the  current  international  non-blast  furnace ironmaking technology research progress is reviewed to provide a basis for the development of low-carbon ironmaking in China. Finally, starting from the latest micro-research methods, it introduces the current research progress in the field of ironmaking in the micro-scale, multi-scale comprehensive regulation and control of the mechanism of the blast furnace ironmaking process, and provides ideas for the future development of low-carbon ironmaking. KEY  WORDS    new  ironmaking  technology； low-carbon  ironmaking； non-blast  furnace  ironmaking； simulation； energy-saving  and cost-reducing 在十四五规划的元年，“双碳”目标、环保问 题、科技创新将在各行各业逐步落地并由政策付 诸于实际行动. 钢铁行业作为高能耗、高排放的 重工业，仍然是蓝天保卫战的主战场. 现如今资源 紧张，环境污染日益严重，工艺技术创新进展艰 难，钢铁产业发展面临着重要变革，各类问题将倒 逼钢铁企业发展低碳技术. 未来钢铁工业可以通 过潜在的低碳等多种工艺技术来降低 CO2 排放或 者解决当前发展存在的问题. 在全球“脱碳”以及 工艺技术创新大潮的背景下，以降低碳排放和致 力工艺创新为中心的传统钢铁冶金工艺技术变 革，已成为钢铁行业绿色发展的新趋势. 我国实现 钢铁工艺的进步，归根结底需要依靠科技进步. 传 统高炉炼铁工艺和非高炉炼铁工艺正在高速发展 中，传统高炉炼铁从原燃料和高炉设备出发，历经 还原过程，最后处理炼铁副产物，这中间环节均可 进行相应的技术创新，进而实现高炉炼铁的工艺 创新；非高炉炼铁工艺主要是熔融还原工艺和直 接还原工艺，两种工艺都旨在减少焦炭的使用，长 远计划实现“双碳”目标. 需要强调的是，无论是传 统高炉炼铁工艺还是非高炉炼铁工艺，其本质的 还原反应是相同的，因此，其中涉及的科学问题是 相同的，立足科学问题的解释和解决，可极大的为 工艺生产提供思路. 科学问题与工程问题的结合， 将为炼铁工艺提供良好的发展方向. 1    烧结球团技术提质降耗技术 1.1    高效低耗 1000 mm 超厚料层烧结技术 在我国，长流程的钢铁生产仍然占据主导地 位 ，2020 年铁钢比仍然维持在 80% 以上，铁矿石 烧结生产仍然主要负担着高炉含铁炉料供给[1] . 烧 结生产是钢铁流程中能耗最高、污染物排放量最 多的工序之一[2] ，因而发展厚料层烧结技术是实现 我国钢铁工业节能减排的有力措施. 当前，国内外 烧结机的料层厚度普遍处于 700～900 mm 水平， 少数企业实现 900 mm 料层生产，但始终未能突破 1000 mm 超厚料层烧结的瓶颈. 经分析，超厚料层 烧结的限制性因素主要有两点：一是料层厚度持 续升高后的高负荷对料层透气性的限制[3] ；二是久 高不下的漏风率对料层风量的限制. 基于此，北京科技大学炼铁新技术梯队从烧 结理论层面出发，着眼于工艺全流程，以天钢联合 特钢的两 台 230  m2 烧结机为实践样本展开了 1000 mm 超厚料层烧结技术的研发. 针对透气性， 提出从新型强化制粒、抑制过湿层、促进燃料燃 烧三个层面进行工艺技术设计与开发；针对漏风 率，设计了滑道密封、栏板加固和细节治理等工艺 及手段. 同时，基于提出的料层热量峰、火焰峰和 液相冷凝峰的“三同步”理论，确立了活性生石灰 为超厚料层技术开发的核心载体[4] . 最终，形成了 如图 1（a）所示的综合性的超厚料层烧结技术体系 和针对性的全活性石灰强化烧结技术[5] . 在 230 m2 烧结机上实现了长期高效、稳定、低耗的烧结生 产. 烧结机利用系数达到 1.87 t·m−2·h−1，固体燃耗 仅为 41.85 kg·t−1，烧结电耗降至 27 kW·h·t−1，漏风 率降至 34%，各项指标均位于行业前沿. 在此基础 上 ，1000 mm 的厚料层下维持了烧结矿纵向上的 性能和成分的质量均衡，烧结矿微观矿物相以铁 酸钙黏结相与铁氧化物晶粒的交织形式为主，烧 结矿各项质量指标（如图 1（b）所示）满足高炉高效 冶炼需求 ，其中包括还原粉化指数 （ Reduction degradation index，RDI），RDI+6.3 为还原后大于6.5 mm 的物料比例，RDI+3.15 为还原后大于 3.15 mm 的物 料比例，RDI−0.5 为还原后小于 0.5 mm 的物料比例. 此外，固体燃耗与电耗的降低带来实质性的 CO2、 NOx、SO2 的减排，在碳中和背景下意义卓著. 张建良等： 炼铁新技术及基础理论研究进展 · 1631 ·