科创中国

          建立了高炉综合数学模型，该模型是以高炉物料平衡、全炉热平衡为理论基础，并结合对山钢炼铁厂现场及各历史数据综合分析后，从理论上计算了高炉废钢比不同时的能耗情况。综合计算结果并分析可知，随着废钢比例的增加，在煤比不变的情况下，焦比、矿比（含废钢）明显下降，其中每加入100kg废钢的平均节焦量为30kg；可增加6%的铁水产量。为了保证高炉的正常冶炼，依据不同废钢种类制定相应的质量标准及规格要求，重点关注废钢尺寸，可以提高上料效率，避免上料过程中废钢划伤和撕裂皮带、引起炉顶卡料，造成高炉休慢风等现象的出现，一般将入炉废钢的粒级控制在：10-80mm，<10mm或>80mm的粒度比例均不超过10%，料形整齐，规格相近，堆密度控制在1~3g/cm3。

性能指标：

1. 高炉冶炼理论是基础，本技术进行了系统的理论分析与计算。建立了高炉综合数学模型，包括高炉物料平衡、全炉热平衡、成本测算模型，结合山钢炼铁厂现场及各历史数据，可得加入100kg废钢节焦30kg，增产6%。

2. 高炉冶炼原料和设备是保障，本技术制定了废钢的质量标准、规格要求及布料制度。一般入炉废钢的粒级控制为10-80mm，<10mm或>80mm比例均不超过10%，料形整齐，规格相近，堆密度控制在1~3g/cm³。

3. 废钢入高炉的物理性质及冶金性能变化是关键，针对废钢加入高炉炉料软熔性能、加料方式、渣铁滞留量等方面进行了系统的研究。随着废钢比增加（＜15%），软熔区间向下移动变窄，透气性变好，透气性指数由未加废钢的169.34 KPa·℃降低至配加15%钢筋头的10.43KPa·℃，降低了158.91 KPa·℃；铁水滞留量由未加废钢的4.4%降低至加入15%废钢的3.7%，综合改善了高炉下部的透气透液性。

4. 基于废钢特殊的软化熔滴性能以及其熔化后铁液中碳的不饱和现象，可利用废钢处理高炉炉缸的石墨化堆积。由软化熔滴实验滴落物的检测结果可以看出，随着废钢比的增加铁液中的碳含量由不加废钢的3.21%降低至加入15%废钢的2.55%，铁液中的碳含量明显降低。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利3项，申请3项;

2. 技术先进性：国际先进在高炉炉缸堆积处理方面，国内外分别应用了减少碳性粉末、粉煤/烟尘混合物，优化装料制度，添加锰矿处理和冲洗添加剂，改变吹制燃料供应时间等技术来处理炉内堆积问题。本项目借助废钢滴落过程渗碳能力强和炉缸热需求减少等条件，利用高炉加入合适比例的金属化炉料来快速处理炉缸内石墨堆积问题。此技术在国内外处于领先水平。

废钢是指钢铁厂生产过程中不成为产品的钢铁废料（如切边、切头等）以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，统称废钢。废钢不是废弃物，是绿色环保可再生的铁素资源。理论上讲，钢铁循环利用率可达到100%，是实现循环经济的基础。根据GB/T4223-2017废钢铁分类标准，废钢可以分为重型废钢、中型废钢、小型废钢、轻薄料、打包块、破碎料、钢渣、钢屑等。从废钢来源来看，主要可分为国产废钢和进口废钢两部分。其中，国产废钢又可分为自产废钢、加工废钢及折旧废钢三类。

自1996年我国粗钢产量首次突破1亿吨以来，我国钢铁产量开始保持快速增长。特别是2000年后，我国钢铁产量增速显著加快，这就意味着我国钢材消耗量自2000年后是快速增加的。

结合主要用钢行业钢材使用寿命来看，我国主要用钢行业使用的钢材开始进入回收高峰期。根据《中国再生资源回收行业发展报告（2019）》，2014—2018年我国废钢铁回收量年均复合增速达到8.7%。

废钢是我国最大的再生资源，也是回收价值最大的再生资源。根据商务部发布的《中国再生资源回收行业发展报告（2019）》显示，2018年我国十大类别的再生资源回收总量为3.20亿吨，其中废钢铁回收量2.13亿吨，占比66.56%；十大品种再生资源回收总值为8704.6亿元，其中废钢铁回收价值3925.4亿元，占比45.10%，均位居十大品种再生资源的首位。

随着我国经济进入工业化后期，过去快速发展在城市建设和耐用品消费上积蓄了大量钢材资源；同时在内循环为主的经济周期下，汽车和家电耐用品消费迎来加快更新淘汰，在未来相当长一段时间内，社会废钢资源总量将非常充足，尽管自产废钢在减少，废钢铁资源总量仍将不断增加。如此巨大的废钢资源量将给我国废钢加工回收企业带来发展良机。

         佘雪峰副教授，长期从事高炉低碳炼铁和冶金固废综合利用相关工艺技术研究。已完成转底炉直接还原工艺处理钢铁厂含锌粉尘技术的成套工艺产业化。同时在高炉低碳炼铁领域主要负责和参与了炉顶煤气循环-全氧高炉冶炼技术、富氢高炉冶炼技术和高炉金属化炉料冶炼技术的开发等。相关的项目有：国家级(自然科学基金重点项目)全氧高炉炼铁关键技术基础、国家级(国家科技支撑计划)炉顶煤气循环氧气鼓风高炉炼铁新技术、校级(中央高校基本科研业务费)金属化炉料处理高炉炉缸堆积的关键技术基础研究、企业级金属化炉料处理高炉炉缸堆积的关键技术创新与应用、企业级高炉配加废钢冶炼技术研究等。

         近5年来主持包括国家自然科学基金面上项目等国家级项目3项，作为主要参加人承担973项目课题、国家自然基金重点项目、国家重点研发计划重点专项、科技支撑计划以及国家循环经济示范工程项目等重大科技项目各1项。企业重点技术开发项目4项。负责与参加的项目总计15项，本人直接负责项目到账经费300万元。主要成果有：合作发表论文近40篇，其中SCI和EI30篇，共申请发明专利10项，授权发明专利6项，其中两项发明专利转化到企业获得136万元。获省部级二等奖2项。

德龙的炉料结构为74%烧结矿+10%球团矿+16%块矿，烧结矿是最主要的含铁炉料，因此进行高炉使用废钢与外购烧结矿效益测算分析。

测算原则为：

（1）保持现有的生产条件及高炉运行状态；

（2）3.25%的废钢置换成3.25%的外购烧结矿。

在以上两点的基础上，做如下分析：

（1）炼铁厂不加废钢综合焦比完成数为497kg/t，按现在高炉运行状态及3#高炉风温低的生产现状，高炉在不加废钢的基础上，产量按7960吨计算，要想实现铁水产量达到8250吨，需要废钢加入量约445吨，废钢比为54kg；

（2）加废钢后产量提升，综合焦比下降，按废钢比每增加100kg，降低综合焦比7%计算，综合焦比下降为=54/100*497*0.07=18.79kg（按总部方式计算，综合焦比下降为（445*（497-140）/8250=19.25kg）结论基本相当，综合焦比下降约19kg，其中：煤比下降4.5kg(煤比下降150-150*7960/8250=5kg）；

（3）风水电气消耗方面，均为全负荷使用或固定使用，吨铁消耗量变化与产量呈反比；

（4）炼钢铁耗820kg、生铁块、焦碳、渣料结构、精炼费用及电耗参照本月累计数据；

（5）轧钢工序日产按1.2万吨测算，其中：1250线9000吨，850线3000吨，1250线全部自产坯料，850线自产坯料+外调坯料，850线消耗自产坯成本=自产钢坯成本+开坯费19/1.16。

通过3#高炉实验数据分析、热平衡理论计算，高炉炉内加钢筋头，吨废钢消耗的燃料约140kg，提产约650kg。以此为依据进行的上述测算。经过实际生产统计，对比测算分析如表5-1所示，方案一为3.25%废钢配比，方案二为3.25%外购烧结矿配比。

通过使用外购机烧矿与使用废钢效益对比分析得出，在目前市场下，高炉不加废钢日毛利额减少约5.68万元，炉内加废钢能够实现利润增长。另外我们对废钢效益进行持续跟踪，根据市场变化，在2019年6月-9月四个月的连续性生产，均取得了较好的效益。

合作方式：合作开发

推广应用情况：

已经在德龙钢铁有限公司中成功应用并取得良好的炉缸堆积治理效果和良好的经济效益。