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南非铜尾矿球团氢基直接还原性能及优化配矿技术
韩星1，张彩东1，王耀彬2，唐珏3，杨永强4，王小艾1，田志强1，李兰杰1
(1. 河钢材料技术研究院， 河北 石家庄 050023；2. 河钢集团有限公司， 河北 石家庄 050000；3. 东北大学冶金学院， 辽宁 沈阳 110819；4. 河钢集团张宣高科科技有限公司， 河北 张家口 075000)
为解决氢基竖炉还原用高品位铁矿粉成本高、供应不稳定的问题，河钢集团以自有南非铜尾矿作为氢基竖炉炉料结构开展研究，并在此基础上开展5 000 t铜尾矿工业应用试验。以特诺恩希尔(HYL)公司推荐的铁矿石使用要求为依据，实验室研究确定100%铜尾矿球团氢基还原的适合参数，并在模拟实际工况条件下给出铜尾矿适宜的配矿比例。当铜尾矿与高品矿配合使用且配比不超过60%时，球团氢基直接还原性能指标(还原性指数、还原膨胀率、还原黏结指数、低温还原粉化指数)满足氢基竖炉还原使用要求。为了保证竖炉平稳运行，采用“40%铜尾矿+60%高品矿”的配矿结构进行工业试验，结果显示，试验期比基准期(100%高品矿)直接还原铁(DRI)的金属化率提高0.97个百分点，达到95.45%，满足电炉冶炼要求。研究结果为优化氢基竖炉还原炉料结构提供了支撑。
南非铜尾矿； 氧化球团； 氢基还原； 优化配矿； 工业试验
中国是世界钢铁第一大消费国和生产国，2022年粗钢产量为10.18亿t，占全球总量的54%。钢铁是国之基石，支撑着中国经济的快速发展。但与此同时，钢铁行业也是国内碳排放的主要来源，其排放量仅次于电力行业，占全国排放总量的15%以上。在“双碳”目标约束下，钢铁行业碳减排压力巨大。目前，中国钢铁生产流程仍以高炉-转炉长流程为主，粗钢产能所占比例约90%，高炉炼铁工艺CO2排放量占全流程的70%以上，因此其成为全行业落实碳减排目标的关键所在。氢冶金以“氢”代“碳”进行冶炼，被认为是钢铁行业CO2减排有效选择之一，且氢冶金产品洁净度高，可作为高温合金、精密合金等高端、高附加值材料的基材。但是氢基竖炉还原工艺的还原气(H2)以及原料(高品位铁矿粉，其中TFe质量分数不低于69%)成本较高，限制氢基竖炉工艺推广应用。河钢不断深耕氢能与钢铁的融合创新，建成120万t氢冶金示范工程，开发以焦炉煤气零重整的直接还原技术，克服用氢成本高的不利影响。为解决高品位铁矿粉成本高且无稳定来源的难题，河钢集团提出将自有铜尾矿作为氢基竖炉炉料结构的思路，以期降低原料成本。南非铜尾矿价格较同品位铁矿粉低，经过磨选后TFe质量分数可以达到65%~66%，但是Ti含量高(TiO2质量分数为2.5%~3.0%)，规模化利用容易引起烧结、球团质量变差以及高炉渣铁流动性变差、难分离等问题。课题组对南非铜尾矿的原料分析、球团制备、氢基竖炉还原、配矿结构优化进行详细研究，在实验室研究基础上开展了5 000 t铜尾矿氢基竖炉还原工业应用试验，为优化氢基竖炉还原炉料结构提供了支撑。
1)100%铜尾矿球团氢基还原试验结果表明，提高还原温度可改善铜尾矿球团的还原性能，但是会导致球团的还原黏结和还原膨胀性能变差；提高还原气体中的H2含量可改善铜尾矿球团的还原膨胀性能、还原黏结性能和球团低温还原粉化指数，在还原温度为1 000 ℃、H2体积分数在70%条件下，铜尾矿球团的还原膨胀率、还原黏结指数均符合HYL公司推荐使用要求。2)在模拟河钢氢基竖炉工况条件下，当铜尾矿配比不高于60%时，球团氢基还原性能满足HYL公司推荐使用要求；随着铜尾矿配比的降低，球团还原性及低温还原粉化指数有改善趋势。3)工业试验的结果表明，采用“40%铜尾矿+60%高品矿”可满足氢基竖炉还原要求，球团抗压强度高于2 800 N/P，DRI金属化率高于95%，满足电炉冶炼要求，具有工业化应用前景。转载自：中国冶金
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