新一代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)研究與探索

洪 新, 鄭少波, 張捷宇, 徐建倫, 尤靜林,王興慶, 吳永全, 李秋菊

(上海大學(xué)上海市現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200072)

新一代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)研究與探索

洪 新, 鄭少波, 張捷宇, 徐建倫, 尤靜林,王興慶, 吳永全, 李秋菊

(上海大學(xué)上海市現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200072)

傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)具有規(guī)模巨大、能源與資源密集、工藝路線曲折的特點(diǎn).中國(guó)能源和資源的狀況要求未來(lái)鋼鐵工業(yè)引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念,用創(chuàng)新的思維開(kāi)發(fā)新流程,逐步向冶金材料制備、能源轉(zhuǎn)換和社會(huì)廢棄物處理三大功能方向轉(zhuǎn)變.結(jié)合這一戰(zhàn)略思路,近年來(lái),上海大學(xué)現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始在鐵礦微粉低溫氫還原、碳-氫鐵浴混合終還原、廢鋼中痕量元素脫除、時(shí)空多尺度冶金理論與建模等方面進(jìn)行一些相關(guān)的基礎(chǔ)研究和探索.

鋼鐵生產(chǎn);鐵礦粉;氫還原;痕量元素;時(shí)空多尺度;建模

1 傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)

1.1 生產(chǎn)規(guī)模巨大

中國(guó)是世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的國(guó)家之一,1982—2002年的 20年間,中國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的年平均增長(zhǎng)率為 9.4%.2003年中國(guó)經(jīng)濟(jì)總量名列世界第 6位,2006—2008連續(xù) 3年位居第 4位,2009年位居第 3位.中國(guó)的粗鋼產(chǎn)量從 1992年的 8 000萬(wàn) t,躍升到 2007年的 4.89億 t,占世界總產(chǎn)量的比重由 11.2%提高到 36.5%.2008年以來(lái),雖然受全球金融危機(jī)所累,中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度變緩,鋼鐵生產(chǎn)也相應(yīng)受到嚴(yán)重影響,但 2008年粗鋼產(chǎn)量仍增長(zhǎng)到 5.00億 t,2009年繼續(xù)增長(zhǎng)到 5.68億 t,占世界總產(chǎn)量的 46.6%.中國(guó)鋼材消費(fèi)增長(zhǎng)主要由國(guó)內(nèi)需求支撐,其中建筑、機(jī)械、汽車、造船、鐵道、石油、家電、集裝箱等為主要的用鋼行業(yè).按 2005年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),八大鋼材消費(fèi)行業(yè)使用的鋼材總量約 2.13億 t,占當(dāng)年鋼材總產(chǎn)量的 60%左右,其中建筑用鋼量最大,每年需要消耗鋼材近 1億 t.鋼鐵產(chǎn)量的增長(zhǎng)受到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)烈推動(dòng),其增長(zhǎng)速度與全國(guó)城鎮(zhèn)房屋新建面積 (標(biāo)志著城市化的進(jìn)程)以及汽車產(chǎn)量 (推動(dòng)道路建設(shè)的發(fā)展)基本同步.

圖 1 中國(guó)粗鋼產(chǎn)量Fig.1 Crude steel production in China

1.2 能源與資源密集

鋼鐵工業(yè)是典型的能源與資源密集產(chǎn)業(yè).在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中,每生產(chǎn) 1 t鋼約消耗 0.7～0.8 t標(biāo)煤、1.50～1.65 t鐵礦石和 3～8 t新水.同時(shí) ,鋼鐵工業(yè)也是典型的“三廢”排放大戶,每生產(chǎn) 1 t鋼約排放 2.7 t廢水、360 kg冶煉渣、6.3 kg SO2、6.39 kg煙塵與粉塵、2.1 t CO2和 4.5 g揮發(fā)酚.鋼鐵工業(yè)的能耗約占全中國(guó)工業(yè)總能耗的 11%,水耗約占 9%,排放的廢水和廢氣約占 14%,固體廢棄物約占 16%.這些數(shù)據(jù)意味著中國(guó)鋼鐵工業(yè)每年要消耗數(shù)十億 t的能源與原材料,同時(shí)排放數(shù)十億 t的廢水、廢氣和廢渣.

1.3 工藝路線曲折

如圖 2所示,現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的代表性流程有高爐煉鐵—轉(zhuǎn)爐煉鋼—連鑄—連軋 (長(zhǎng)流程)、電弧爐全廢鋼煉鋼—連鑄—連軋 (短流程)和電弧爐熱裝部分鐵水—連鑄—連軋 (混合流程).經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)改進(jìn),鋼鐵生產(chǎn)在提高生產(chǎn)率、降低消耗和提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但是仍然保留著歷史上形成的在化學(xué)、物理過(guò)程中曲折變化的本質(zhì)(見(jiàn)圖 3).

以高爐為代表的煉鐵工序的產(chǎn)品為碳飽和的鐵水,而焦炭和熔劑中的硫、磷、錳、硅等元素亦部分或全部被還原進(jìn)入鐵水.在煉鋼工序中先進(jìn)行吹氧脫碳,而后在精煉工序中再進(jìn)行脫氧處理.此外,礦石—鐵水—鋼液—鑄坯—鋼材這一過(guò)程也需經(jīng)歷溫度的起伏,這些過(guò)程都意味著能量和資源的額外消耗[2].

圖 2 鋼鐵生產(chǎn)流程Fig.2 Process of iron and steel production

圖 3 鋼鐵材料生產(chǎn)過(guò)程中成分與溫度的曲折變化Fig.3 Vialation of content and temperature in production of ferro metal

2 未來(lái)鋼鐵生產(chǎn)流程的展望與構(gòu)想

2.1 中國(guó)能源與資源狀況

中國(guó)是一個(gè)人口眾多、資源相對(duì)短缺的國(guó)家,其中能源資源最為緊張,煤炭、石油和天然氣的人均探明儲(chǔ)量分別只有世界人均水平的 1/2,1/10和 1/20.在 13種主要金屬原料的地區(qū)分布排名上,除了錫 (占 14.8%)和鉬 (占 6.0%),其余都榜上無(wú)名,按人均排名更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后.按 2002年的統(tǒng)計(jì),中國(guó)鐵、錳、鉻礦石的預(yù)計(jì)可開(kāi)采年限分別為 30,20和 7 a.2003年,中國(guó)鐵、錳、鉻礦石的進(jìn)口依存度分別為36.0%,47.3%和 100.0%.中國(guó)重要能源和原料的進(jìn)口依存度存在逐年增加的趨勢(shì),例如石油在1995,2001,2005和 2009年的進(jìn)口依存度分別為6.6%,30.0%,42.9%和 51.3%,鐵礦石在 2003,2005,2007和 2009年的進(jìn)口依存度分別為 36.0%,57.0%,51.7%和69.0%.

同時(shí),中國(guó)又是資源和能源利用率較低的國(guó)家之一.例如中國(guó)礦產(chǎn)資源總回收率和共伴生礦產(chǎn)資源綜合利用率分別為 30%和 35%左右,比國(guó)外先進(jìn)水平約低 20%.單位產(chǎn)值能耗不僅遠(yuǎn)高于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家,也高于世界平均水平,并且與世界先進(jìn)水平的差距還在不斷擴(kuò)大.例如與日本相比,1981年兩國(guó)單位 GDP耗能的差距約為 6倍,現(xiàn)在已擴(kuò)大到約15倍.

2.2 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略思路

中國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)需要走信息化帶動(dòng)工業(yè)化的道路,其中最重要的內(nèi)容之一就是利用先進(jìn)和適用技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè),走可持續(xù)發(fā)展之路,將循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念注入到經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型之中,有步驟地實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、生態(tài)工業(yè)、持續(xù)農(nóng)業(yè)、綠色消費(fèi)和廢物利用等環(huán)節(jié).為實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化的目標(biāo),鋼鐵制造流程應(yīng)逐漸拓展以下 3個(gè)功能:①冶金材料制造功能;②能源轉(zhuǎn)換功能 (發(fā)電、大容量氫氣制備等);③社會(huì)廢棄物 (廢鋼、廢塑料、廢輪胎、其他固體廢棄物)處理功能.

2.3 未來(lái)鋼鐵工業(yè)實(shí)施循環(huán)構(gòu)想

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,大量消耗天然資源以及大量排放爐渣、廢熱和廢氣的傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)方式必將逐步被取代.原材料和能源被充分循環(huán)利用,高效率、低排放甚至零排放的新型生產(chǎn)方式將得到發(fā)展和推廣.從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求和技術(shù)積累的層面分析,新型鋼鐵生產(chǎn)方式應(yīng)包含以廢鋼循環(huán)為主的原料結(jié)構(gòu)和以氫能源為主體的能源結(jié)構(gòu),包含對(duì)排氣、廢水、廢渣的回收和綜合利用,從根本上保證可持續(xù)發(fā)展的需要 (見(jiàn)圖 4).同時(shí)還將采用全新工藝路線,從低品位鐵礦資源和廢渣中開(kāi)采和提煉金屬,以解決貧礦和固體廢棄物的經(jīng)濟(jì)利用問(wèn)題,并補(bǔ)充在循環(huán)過(guò)程中消耗的鐵源.

圖 4 鋼鐵工業(yè)原料與能源循環(huán)構(gòu)想Fig.4 Recycle conception of raw mater ial and energy in iron and steel industry

低溫氫還原鐵礦微粉—多物理場(chǎng)下成型工藝流程如圖 5所示[2].鐵礦在電、磁、機(jī)械力的協(xié)同作用下被破碎成 1～10μm大小微粉,以實(shí)現(xiàn)鐵氧化物的單體分離.通過(guò)選分后獲得純凈的鐵礦微粉,并加入到低溫還原反應(yīng)器還原.如需生產(chǎn)合金鋼,可將金屬氧化物微粉與鐵礦微粉混合后一起加入還原反應(yīng)器中,還原生成金屬微粉.該金屬微粉經(jīng)過(guò)脫氫處理后,在多種物理場(chǎng)的作用下高速成型,可生產(chǎn)常規(guī)的管、線、板材,也可直接制成大型的金屬結(jié)構(gòu)件 (如螺旋槳、軸等).

圖 5 低溫氫還原鐵礦微粉—多物理場(chǎng)下成型工藝流程Fig.5 Process of hydrogen reduction of fine iron ore at low temperature/form ing under m ulti-physical f ields

3 在上海大學(xué)開(kāi)展的相關(guān)基礎(chǔ)研究與探索

3.1 鐵礦微粉中、低溫氫還原研究

鐵礦粉以較小的粒度在較低的溫度和壓力下還原,既能利用工序中爐氣的余熱和余壓,又可避免高溫反應(yīng)器的諸多問(wèn)題.鐵礦微粉氫還原的模擬試驗(yàn)分成兩組:一組是在 500～700℃中溫條件下,反應(yīng)時(shí)間為 40～300 s的快速還原,粒徑取 1.84～39.14μm;另一組是在 280～400℃低溫條件下,反應(yīng)時(shí)間為 3～20 min的慢速還原,粒徑取 0.35～16.00μm.兩組試驗(yàn)均以 H2為還原劑,氣固比為3.61 NL/g.

圖 6所示為第一組試驗(yàn)的部分結(jié)果.可見(jiàn),粒徑對(duì)氧化鐵的還原率有明顯影響,當(dāng)溫度和還原時(shí)間相同時(shí),較細(xì)粒度的粉料可以獲得較大的還原率.例如,細(xì)粉 (中位徑為 1.84μm)在 500和 700℃ 2種溫度條件下的還原率均明顯高于粗粉 (中位徑為16.35和 39.14μm),細(xì)粉在 700℃下還原 240 s,還原率可達(dá) 77.90%[3-6].

第二組試驗(yàn)在不同條件下 (不同還原溫度、還原時(shí)間和礦粉粒度)的部分結(jié)果如圖 7所示.可以看出,粒度為微米級(jí)的礦粉在 400℃下反應(yīng) 20 min就能達(dá)到 90%以上的還原率[7-8].

圖 6 粒徑對(duì)還原率的影響Fig.6 Influence of corn scale on reduction degree

圖 7 鐵礦微粉低溫氫還原部分試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Par t of exper imental results of f ine iron ore reduction w ith hydrogen at low tem perature

3.2 碳-氫鐵浴混合終還原技術(shù)

碳-氫鐵浴混合終還原流程[9]如圖 8所示,其技術(shù)特點(diǎn)為:①直接使用粉礦與粉煤,以碳作為主要的發(fā)熱劑,氫作為主要的還原劑,并通過(guò)爐氣中CO—H2的轉(zhuǎn)換形成氫的循環(huán);②控制碳的燃燒率,使煙氣中 CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng);③環(huán)境友好并滿足可持續(xù)發(fā)展 (既降低能耗,又減少 CO2排放).

圖 8 碳-氫鐵浴混合終還原流程示意圖Fig.8 Schematic d iagram of end reduction process in bath w ith m ixture blast of carbon/hydrogen

為了考察能耗最小化的最佳工藝參數(shù)組合,建立衡算數(shù)學(xué)模型.模型中的輸入數(shù)據(jù)包括各種物料加入量、原料成分、目標(biāo)鐵水成分、燃料煤和還原煤成分等原料信息,以及產(chǎn)能、鐵礦預(yù)還原度、二次燃燒率、比底吹氫量等工藝參數(shù);輸出數(shù)據(jù)則包括爐渣成分、爐氣成分、物料收入與支出、熱量收入與支出以及煤耗、總能耗等計(jì)算結(jié)果.圖 9所示分別為預(yù)還原率、二次燃燒率、產(chǎn)能、比底吹氫量與能耗 (包括煤耗、碳?xì)淇偰芎暮突厥蘸竽芎?之間的關(guān)系,其中回收后能耗 (標(biāo)煤)=碳?xì)淇偰芎?-爐氣顯熱回收-爐氣潛熱回收.

3.3 廢鋼中痕量元素脫除試驗(yàn)

隨著廢鋼的循環(huán)使用,銅、錫、砷、銻、鉍等對(duì)鋼材性能有害的元素會(huì)進(jìn)入鋼水中,而常規(guī)的煉鋼方法無(wú)法將這些元素從鋼水中去除.由于鋼中殘余有害元素對(duì)鋼材性能的影響日漸突出,各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)此給予了高度重視.

圖 9 碳-氫鐵浴混合終還原器中主要工藝參數(shù)對(duì)能耗的影響Fig.9 Influence of main var iables on energy consuption in bath reactor for end reduction with carbon/hydrogen

渣化法[10]是分離鋼中銅、錫等有害元素的一種新方法,其基本原理為選擇性氧化.根據(jù)銅、錫、砷、銻、鉍等元素在煉鋼過(guò)程中不易氧化而留存于鋼液中的特點(diǎn),將鐵元素氧化入渣,而將銅、錫等元素富集在鋼水殘液中,從而實(shí)現(xiàn)鐵與銅、錫等有害雜質(zhì)元素的分離.將獲得的純凈富 FeO熔渣轉(zhuǎn)入另一反應(yīng)器,采用氫還原的方式將鐵還原并精煉成純凈鋼.該方法可同時(shí)去除鋼水中的多種有害雜質(zhì)元素,消除或減少鋼鐵材料循環(huán)過(guò)程中銅、錫、砷、銻、鉍等元素的不斷富集對(duì)鋼材性能的影響,而殘液中的有價(jià)元素被不斷富集,從而有可能實(shí)現(xiàn)用低質(zhì)廢鋼為原料生產(chǎn)高純凈鋼材,并回收利用其中的有價(jià)元素.

為了對(duì)渣化法分離廢鋼中鐵與銅、錫、砷、銻、鉍等有價(jià)元素進(jìn)行驗(yàn)證,分別在高溫管式電阻爐和實(shí)驗(yàn)感應(yīng)爐中進(jìn)行平衡試驗(yàn)和熱態(tài)模擬試驗(yàn),表1所示為部分結(jié)果.試驗(yàn)證實(shí)了渣化法確實(shí)能同時(shí)將以上殘存元素留在殘液中,5種殘存元素的分離效率在 90%左右或更高[11-13].

表1 渣化法元素分離試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Exper imental results of elements separation w ith slaging method

3.4 時(shí)空多尺度冶金理論與建模

上海大學(xué)在信息論冶金學(xué)基礎(chǔ)構(gòu)架方面的探索及初步成果體現(xiàn)在基于長(zhǎng)期研究積累所構(gòu)建的幾個(gè)平臺(tái),包括微觀到介觀范疇內(nèi)熔體結(jié)構(gòu)的集成知識(shí)、基于冶金熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)的宏觀尺度下的模型化和數(shù)字化、在工藝和裝備級(jí)尺度下的過(guò)程仿真和控制等.首先依靠先進(jìn)的物理學(xué)測(cè)試手段和化學(xué)研究方法,獲取可靠的微結(jié)構(gòu)集成知識(shí)及其變化.圖 10所示為硅酸鹽熔態(tài)結(jié)構(gòu)的高溫拉曼 (Raman)譜檢測(cè)結(jié)果.在實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得突破的同時(shí),構(gòu)建了完全從理論計(jì)算體系 (主要是硅酸鹽玻璃和熔體)振動(dòng)光譜的微結(jié)構(gòu)模型,提出了離子簇標(biāo)識(shí)符、空間節(jié)點(diǎn)拓?fù)渚S數(shù)、微觀硅氧四面體應(yīng)力指數(shù)、微環(huán)境、精細(xì)結(jié)構(gòu)和超分子團(tuán)簇等若干描述微結(jié)構(gòu)和光譜表征的重要且必要的新概念,揭示和研究了陽(yáng)離子、鄰位增強(qiáng)和超分子作用等微結(jié)構(gòu)光譜表征中特殊的物理化學(xué)效應(yīng),構(gòu)建了從微觀結(jié)構(gòu)信息直接計(jì)算宏觀熱力學(xué)性質(zhì) (如自由能、焓、熵、活度等)的離子簇模型[14-15].

圖 10 硅酸鹽熔態(tài)結(jié)構(gòu)的 Raman譜檢測(cè)Fig.10 Detection of melts structure of silicatesw ith Raman spectrum

現(xiàn)代鋼鐵冶金及材料制備工藝和裝備的革新需要更全面準(zhǔn)確地了解整個(gè)工藝過(guò)程中的各種參數(shù)和信息,但由于高溫多相反應(yīng)過(guò)程的復(fù)雜性以及設(shè)備規(guī)模大、運(yùn)行費(fèi)用高等特點(diǎn),控制煉鋼過(guò)程所必要的規(guī)律往往難以通過(guò)大量的試驗(yàn)取得.經(jīng)濟(jì)有效的方法是利用現(xiàn)代化檢測(cè)手段取得工藝過(guò)程的一次信息,在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)提煉和綜合建立數(shù)學(xué)模型,并以計(jì)算機(jī)為工具,通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的模型分析對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真,對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)、診斷和優(yōu)化[16].圖 11所示為冶煉過(guò)程建模和數(shù)值模擬結(jié)果[17].

為了更好地與應(yīng)用結(jié)合,將相關(guān)部分研究成果以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行整理和歸類 (見(jiàn)圖 12).數(shù)據(jù)庫(kù)包含以下子庫(kù).

(1)微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù).該數(shù)據(jù)庫(kù)主要依靠先進(jìn)的高溫 Raman譜等物理測(cè)試手段和分子模擬研究方法,以已推出的冶金熔渣離子簇理論為基礎(chǔ),獲取可靠的高溫下物質(zhì)微結(jié)構(gòu)集成知識(shí)并和物性溝通.

(2)冶金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù).該數(shù)據(jù)庫(kù)主要內(nèi)容包括相關(guān)物質(zhì)的比熱、標(biāo)準(zhǔn)自由能、焓和熵,以及金屬材料中組元的熱力學(xué)參數(shù)、重要冶金材料的相圖數(shù)據(jù)、溶解度及相圖的不同截面等.

(3)物性數(shù)據(jù)庫(kù).該數(shù)據(jù)庫(kù)主要是收集爐渣、耐火材料、冶金熔體和鋼鐵產(chǎn)品的各項(xiàng)物理化學(xué)性能,主要內(nèi)容包括表面張力、黏度、電導(dǎo)、熔點(diǎn)和各種機(jī)械性能.

圖 11 煉鋼過(guò)程鋼液及爐渣成分的動(dòng)態(tài)模擬Fig.11 Dynam ic sim ulation of bath-and slag-con ten ts dur ing steelmak ing procedure

圖 12 數(shù)據(jù)庫(kù)界面Fig.12 Interface of database

(4)工藝過(guò)程分析數(shù)據(jù)庫(kù).該數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括當(dāng)前用于鋼鐵冶金生產(chǎn)中的能量與物料平衡模型、工序消耗數(shù)據(jù)及鋼鐵廠實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù),可以利用該類模型預(yù)報(bào)冶煉進(jìn)程,最終實(shí)現(xiàn)冶煉過(guò)程的智能控制.

(5)原料信息數(shù)據(jù)庫(kù).該數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括鐵礦資源、煤炭資源和其他輔料的產(chǎn)地、儲(chǔ)量、化學(xué)成分、冶金性能等鋼鐵冶金生產(chǎn)和研究中涉及的原輔材料的有關(guān)信息.該系統(tǒng)除了為客戶提供上述數(shù)據(jù),還可為客戶提供使用過(guò)程中數(shù)據(jù)選擇方面的技術(shù)指導(dǎo).

圖 13所示為在信息論冶金學(xué)[18]及現(xiàn)有時(shí)空多尺度平臺(tái)基礎(chǔ)上建模與應(yīng)用之間的關(guān)系.

圖 13 多尺度建模與應(yīng)用示意圖Fig.13 Schematic d iagram of m ulti-scalem odeling and itsapp lication

4 結(jié) 束 語(yǔ)

中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和世界范圍內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)中心的轉(zhuǎn)移,為中國(guó)鋼鐵工業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇,也面臨著新的任務(wù).鋼鐵工業(yè)規(guī)模大,能源與資源密集,工藝路線曲折,而中國(guó)國(guó)內(nèi)的能源和資源不富裕,一些重要資源的進(jìn)口依存度不斷提高.所以,一方面要走信息化帶動(dòng)工業(yè)化的道路,以先進(jìn)適用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),包括采用先進(jìn)的檢測(cè)、模型和控制技術(shù)提高生產(chǎn)率,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低消耗和污染;另一方面,也需要引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念,用創(chuàng)新的思維開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的流程,實(shí)現(xiàn)以低開(kāi)采、低消耗、低排放、高利用率為特征的綠色冶金,走可持續(xù)發(fā)展之路.

[1] 徐匡迪.中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與鋼鐵工業(yè)[J].中國(guó)冶金,2003(12):1-7.

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Exploration of the Next-Generation Iron-and Steel-M ak ing Technology

HONGXin, ZHENG Shao-bo, ZHANGJie-yu, XU Jian-lun, YOU Jing-lin,WANG Xing-qing, WU Yong-quan, L IQiu-ju
(Shanghai Key Laboratory of Modern Metallurgy&Materials Processing,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)

The traditional iron and steel industry are characterized by its huge scale,heavy consumption of energy and resources,and comp licated technical p rocesses.Due to the limited energy and resource deposit,the concep t of circulation economy needs to be introduced in the next generation iron and steel industry.New p rocessesmust be developed through technical innovation,and converted p rogressively to threemain functions:metallic material preparation,energy conversion,and socialwastes treatment.With this strategy,fundamental studies have been carried out at the Key Laboratory of Modern Metallurgy&Materials Processing,Shanghai University.The researches involve hydrogen reduction of fine iron ore at low temperature,mixture end-reduction in iron bath with carbon and hydrogen,trace elements separation from scrap,metallurgical theory,and modeling with multi-scalesof time and scope,etc.

iron and steel production;fine iron ore;reduction with hydrogen;residual elements;multiscale of time and space;modeling

TF 552

A

1007-2861(2011)01-0013-08

10.3969/j.issn.1007-2861.2011.01.003

2010-11-12

國(guó)家科技支撐重大計(jì)劃項(xiàng)目專題(2006BAE03A12);國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50634040)

洪 新 (1951～),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)殇撹F新流程、冶金過(guò)程模型與仿真.E-mail:xhong@mail.shu.edu.cn

(編輯:丁嘉羽)

迫于地球能源、資源及環(huán)境日益嚴(yán)峻的形勢(shì),循環(huán)型經(jīng)濟(jì)和知識(shí)型經(jīng)濟(jì)已成為世界經(jīng)濟(jì)兩大發(fā)展趨勢(shì),即以環(huán)境友好的方式利用自然資源和環(huán)境容量,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的生態(tài)化轉(zhuǎn)向,以及加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)過(guò)程中智力資源對(duì)物質(zhì)資源的替代,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的知識(shí)化轉(zhuǎn)向.中國(guó)不僅需要走信息化帶動(dòng)工業(yè)化的道路,以先進(jìn)和適用技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè),還需要走可持續(xù)發(fā)展之路,將循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念注入到經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型之中,有步驟地實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、生態(tài)工業(yè)、持續(xù)農(nóng)業(yè)、綠色消費(fèi)和廢物利用等環(huán)節(jié)[1].