王臣：低成本、低碳、智能成为炼铁高质量转型发展方向

近日，在第四届全国钢铁行业“新知识、新技术、新理念”交流大会上，宝山钢铁股份有限公司炼铁厂主任工程师王臣做炼铁新技术、新装备及新工艺报告。他介绍了该公司智能化高炉关键技术研发与应用情况，并表示，低成本、低碳、智能成为炼铁高质量转型发展方向。

王臣介绍，高炉是一个高温、高压、多相多场耦合、固—液—气—粉多态共存的多相流反应器，是冶炼反应过程无法直接观察和检测的“黑匣子”，其操作控制主要依赖于人工经验。

因此，宝山钢铁股份有限公司炼铁厂在智能化高炉研发工作上，重点聚焦3个方面。一是炉况诊断定量化与标准化，要实现从“定性”到“定量”、从“离线、阶段性”到“在线、连续”、从“个体经验”到“统一规则”的转变。二是炉内状态高仿真解析，即将炉内无法直接监测的冶炼过程，通过机理模型、仿真模型进行解析，其输出与实际运行状态高度吻合，变“不可见”为“可见”。三是关键操作过程自动控制，关键操作过程是炉内煤气流的分布调剂及炉温水平的控制调节；煤气流分布、炉温水平自动闭环控制，即自动判断调什么参数、什么时候调、调整多大幅度。

“在智能化高炉研制过程中，我们使用了高炉炉况智能诊断技术、炉内状态一体化解析、高炉煤气流分布自动调剂技术、高炉炉温水平自动调控技术等，打造‘会思考’的高炉。”王臣说。

目前，该公司智能化高炉项目受理发明专利9项，相关工作人员发表论文4篇；形成《智能高炉系统》行业团体标准；获得企业技术秘密认定4项，经中国金属学会鉴定，成果达到国际领先水平。

在应用效果方面，王臣介绍，该公司智能化高炉项目已在宝钢股份4座高炉应用，正实施推广至宝武各基地其他高炉。在该项目开展期间，实现年度最高效益10767.2万元；3年累计效益达23831.5万元。

“智能化高炉项目引领我国高炉智慧制造发展方向，推动业内进一步智慧化转型升级；高炉自动控制模型可移植、可复制推广，具备基础信息化的大高炉均可应用，并明显改善技术经济指标，产生显著的经济效益。”就该项目社会效益，王臣如是说。

就炼铁高质量转型发展方向，王臣认为，应关注低成本、智能、低碳3个方面。其中，在低成本炼铁方面，要关注高炉长寿稳定、高炉高效低耗、高炉经济大煤比、低成本智能配矿，以及高效低耗烧结、大比例弱黏煤配煤炼焦、高效的低碳低耗炼焦、一体化铁水成本控制。在智能炼铁方面，要积极拥抱数字化、场景+AI（人工智能）应用、大模型研发等前沿技术。在低碳炼铁方面，要关注氢还原电熔炼、富氢碳循环氧气高炉、电冶金、氢基流化床、低碳炉料等。

此外，王臣介绍了炼铁长流程、短流程低碳化工艺路径。在炼铁长流程低碳化工艺路径方面，可采用碳循环、富氢气体喷吹技术，使用绿色原料，并开展操作优化工作。具体来看，脱除炉顶煤气中的二氧化碳，实现一氧化碳和氢气循环使用，完全利用碳的化学能；优化现有高炉的操作制度，使用高品位原料等；喷吹生物质炭、废塑料、废轮胎等，使用微波团矿、废钢、含碳球团等。

在炼铁短流程低碳化工艺路径方面，可使用氢冶金技术，包括竖炉直接还原工艺、流化床直接还原工艺、氨还原工艺。其中，竖炉直接还原工艺使用高品位球团矿，后接电炉炼钢，使用天然气、焦炉煤气等作为还原剂，未来使用纯氢作为还原剂；使用中低品位球团矿，后接熔分炉炼铁，使用天然气、焦炉煤气等作为还原剂，未来使用纯氢作为还原剂。流化床直接还原工艺使用矿粉，后接熔分炉炼铁，分为流化床和多级流化床，使用天然气、焦炉煤气等作为还原剂，未来使用纯氢作为还原剂。氨还原工业方面，相比氢气，氨在运输和存储方面具有明显优势，还处在实验室研究阶段。

“目前，竖炉直接还原工艺相对成熟，欧洲的大部分钢铁公司都计划用直接还原竖炉替换高炉。受高品位球团矿产量限制，近年来越来越多的企业开始研究预还原—电熔分工艺。流化床直接还原工艺处在商业化完善阶段，工艺操作控制复杂，大规模推广难度大。中国宝武在氢冶金方面处于跟跑位置，已布局氢冶金2.0技术。”王臣坦言。

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