在高炉中使用HBI

安娜·格里瑟（ANNA GRIESSER）汤玛斯·伯格勒

奥钢联股份公司

《巴黎协定》的目标是到本世纪末与工业化之前相比将全球最高气温升高2°C，这无疑是朝着真正的全球气候保护迈出的重要一步。《欧洲绿色协议》是对这些挑战的回应，并定义了将欧盟转变为现代，资源节约型和竞争性经济的战略。绿色协议的总体目标是到2050年使欧洲成为首个温室气体排放中性大陆。

1 迈向无CO 2排放炼钢

炼钢的脱碳挑战在哪里？CO2排放源自焦炭/煤基高炉（BF）和碱性氧气炉（BOF）的工艺路线，而这些工艺路线至今仍是全球72％的钢铁产量的全球标准（见图1）。高炉中铁水的生产中需要碳作为氧化铁的还原剂，并提供气化所需的过程能量。铁水中所含的碳必须通过转炉转炉的顶部吹气进行氧化。碳和氧一起形成二氧化碳。减少过程相关的CO2排放只能通过用氢部分（或长期完全）替代碳来实现。

 图1 全球钢铁生产路线[www.bir.org（第11版《世界钢铁回收》）

2 逐步脱碳

从今天的角度来看，实现气候目标的方案包括炼钢逐步脱碳，并具有将氢完全替代CO 2的长期愿景。过渡技术依赖于直接还原（DR）工艺，在该工艺中，天然气用于生产热压块铁（HBI）的致密形式的直接还原铁（DRI）。关于DR的核心工艺，与BF工艺相比，这可减少50％的CO 2。取决于电弧炉（EAF）中用于熔化废料的发电能力，与高炉/转炉方法相比，DR / EAF工艺可减少约35％的能耗。认为CO2如果将质子交换膜（PEM）电解槽与DRI / EAF路线一起使用，则排放量可进一步降低至BF / BOF路线的20％（见图2）。

图2 钢铁生产路线的CO 2排放量

​

3 高炉作业的HBI

HBI在高炉/转炉炼钢路线中使用的潜力，而不仅仅是基于电弧炉的炼钢，通常与各种形式的DRI的使用相关联，这可能在欧洲钢铁冶炼的未来中发挥重要作用。削减CO2的目标。HBI已在美国的钢铁生产商中成功使用了25年，因此与突破性技术相比，使用HBI没有技术风险。奥地利林茨的奥钢联高炉在其高炉中使用了自己在美国德克萨斯州科珀斯克里斯蒂市的工厂生产的HBI。本文将讨论在高炉中使用HBI对还原剂消耗，生产率，高炉操作和铁水质量的影响。

奥钢联林茨的5号和6号高炉炉膛直径为8米，平均每天可生产2500-2700吨铁水。图4显示了高炉在选定时期内使用的HBI的具体数量和总累积消耗量。HBI的峰值在160kg / t HM。型煤在高炉中担负重担。

 
图3高炉作业中使用的HBI数量

4 HBI对还原剂和熔融速率的影响

通常，HBI包含超过90％的铁，金属化程度高于90％。这些金属仅需熔化即可还原。因此，高炉操作中的HBI减少了还原剂的消耗。根据我们的经验，如果使用100kg HBI / t HM，则还原剂率（焦炭当量）可降低约5％。25千克/吨重金属，如图5所示。颜色表示热风中的氧气量，氧气量在4000-6000Nm3之间/ h超过60％的数据点。如果降低焦炭率，则必须调整PCI（煤粉喷射）的速率。焦炭永远无法消除（尽管使用了HBI），因为焦炭必须提供竖井的结构和渗透性。因此，必须保证最小焦炭率。如果在高炉中加入HBI，则可以提高生产率（每小时铁水[t]）。在恒定的氧气含量下，每100kg HBI / t HM的生产率可提高高达10％（图6）。

5 HBI对最高气体条件的影响

每100kg HBI / t HM的气体利用率降低0.5-1％（图7）。因此，气体中CO2/H2O的百分比降低，而CO / H2的百分比升高。HBI是一种预还原材料；因此，BF中还原的氧化铁较少。由于使用HBI，气体中CO和H2的百分比较高，因此发热量略有增加，最高达到1.5％。

没有发现最高气体温度的显着相关性。在不同的测试期间，HBI对冷却能力没有影响，高炉壁上没有明显的气流。

当HBI成为负担时，轴的渗透性未显示任何负面或正面反应。这也表明HBI不会触发气体沿炉壁流动或以负面或正面方式影响炉的运行。

6 HBI对铁水质量的影响

高铁水质量的标志是高碳含量和低硫含量。还原剂的硫含量很高（焦炭含量约为0.5-0.7％），硫会阻止铁水的渗碳。如果在高炉中加入HBI，可降低焦炭率。图8显示了HBI装料为100–150kg / t HM时铁水的S含量。使用HBI装料可以降低铁水的S含量。

但是，铁水中的S含量不仅取决于还原剂的比例，还取决于炉渣的比例，含硫量高的再循环材料的使用以及熔融速率（在较高的熔融速率下，焦炭留在炉膛中）短时间）。

HBI装料量为100–150kg / t HM时，铁水中的C含量更高（图9）。硫会阻碍铁水中的碳溶液；因此，HM中的碳含量较高（对于HBI，=较少的硫输入）。

7 结论

根据每日平均数据，研究了2017年1月1日至2018年1月31日期间在德克萨斯州林茨的奥钢联高炉中使用的得克萨斯州科珀斯克里斯蒂市奥钢联德克萨斯州奥钢联工厂不同的HBI收费率。将100 kg HBI / t HM装入高炉时，可以得出以下结论：

还原剂（CE）可以降低21.9 – 27.5 kg / t HM，而焦炭率可以降低10.9 – 18.1 kg / t HM。

在恒定的氧气水平下，生产率可以提高到7.3 – 10.1％。

气体利用率下降约0.4 – 1.1％，因为HBI是一种预先还原的材料，而向高炉中加入的氧化物较少。在带电氧化物的量的减少还减少了的量
CO和H2，其被转化成CO2和H2O.

由于CO和H2含量较高，炉顶气的热值提高了12.3 – 23.5 Wh / Nm 3。

无法看到最高气体温度，冷却能力和渗透率与HBI的使用之间的相关性。

与不带HBI时相比，充入100 – 150 kg HBI / t HM时，铁水的S含量较低，而C含量较高（高质量）。铁水中的S和C含量不仅取决于带电的HBI量（还原含硫还原剂），还取决于其他因素，例如炉渣率，高S含量的量和性质。回收材料，以及熔化速度。