双碳技术

• 高炉低硅冶炼技术及其智能预测模型研究进展

  孙鹏龙;黄一凡;谭康康;杨爱民;韩阳;

  随着“双碳”目标的推进，钢铁行业作为高碳排放的关键领域，亟需向绿色化、低碳化和智能化转型。低硅冶炼技术是高炉炼铁的重要改进手段，对减少碳排放、优化铁水品质和提升生产效率具有重要意义。文章系统分析了高炉铁水中硅的迁移规律及还原氧化反应，结合钢厂实际生产实践，探讨了实现低硅冶炼的降硅措施及其应用效果。研究了众多预测模型在铁水硅质量分数数值预测和趋势预测应用时具有的优势和存在的问题。同时，针对预测模型中所涉及到的模型构建、模型参数的时滞性以及模型评价与选择三个关键问题进行了深入探讨。最后，总结了高炉低硅冶炼智能预测模型的实现过程，展望了低硅冶炼智能化预测模型在钢铁行业中的未来发展方向。

  2026年01期 v.45 3-10+69页 [查看摘要][在线阅读][下载 181K]
  

• 氢基直接还原铁氧化物等温还原动力学模型构建

  王惊涛;闫柏军;张建良;王振阳;伍豪;

  文章使用热重分析法，在1 173～1 323 K范围内进行了氢气还原铁氧化物实验。通过使用考虑氢气体积浓度影响的模型拟合法与等转化度法研究了氢气还原铁氧化物动力学，提出模型预测反应速率的方法来确定还原动力学机理。发现Jander方程预测的还原过程反应速率与实际反应速率吻合，误差小于0.01 min~(-1),反应过程限制性环节为内扩散控速。Jander方程2D与Jander方程3D模型得到指前因子随温度升高而增大，在2.27～2.73范围内变化。指前因子的变化趋势，与简单碰撞理论和过渡态理论描述的指前因子描述的变化趋势一致。表观活化能随还原反应的进行从63.54 kJ/mol增加到81.00 kJ/mol。

  2026年01期 v.45 11-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 415K]
  

• 高炉添加澳矿块矿的冶炼行为与合理炉料结构研究

  孙雨婷;盛宏沅;赵鸿波;高立华;何志军;

  高炉炉料中提高天然块矿的质量分数对降低炼铁过程中的能源消耗和碳排放具有关键性影响。文章针对澳矿块矿进行多温度条件下的冶金性能实验。研究表明，澳矿块矿在600℃时低温还原粉化性能最佳。澳矿块矿热爆裂性随爆裂温度升高显著恶化，爆裂温度从400℃升高至800℃,热爆裂指数和烧损分别增至20.29%和5.61%。熔滴特性试验表明，在层装条件下，软化开始温度随块矿质量分数增加而降低，软化区间变宽并向低温区移动，熔滴区间无明显变化；在混装条件下，块矿质量分数22%的炉料有相对较高的软化开始温度并且其软化区间最窄，熔化开始温度最高，另外，滴落温度随块矿质量分数增加逐渐升高，同时发现软熔滴落性能与炉渣中的黄长石相质量分数有关。

  2026年01期 v.45 18-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 485K]
  

• 煤沥青对铁焦非等温气化反应动力学的影响

  王杰;王炜;陈绪亨;鲍俊芳;伽亮亮;

  为探究煤沥青对铁焦气化反应行为的影响，采用非等温热重法对比研究了添加煤沥青前后铁焦的气化反应动力学机制，进一步使用等转化率法验证了动力学参数，结合拉曼和BET分析了铁焦微观结构对其气化行为的影响。结果表明添加煤沥青升高了铁焦的起始气化温度，降低了气化反应速率。随机孔模型对铁焦气化过程具有较好的拟合效果，且铁焦气化活化能随着转化率的增大先降低后升高，极值出现在转化率为0.4～0.5处。煤沥青对铁焦非等温气化活化能影响较小(由248.9 kJ/mol增大到253.8 kJ/mol),这主要归因于碳结构和孔结构演化对气化行为的平衡作用。一方面，煤沥青可以提高铁焦碳结构的有序性，从而降低其气化反应活性；另一方面，添加煤沥青增大了铁焦的比表面积，有助于促进气化反应的进行。

  2026年01期 v.45 26-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 321K]
  

• 不同炉料收缩—软熔—还原性能研究

  蒋永强;铁维博;李廷乐;汪琦;杨松陶;牛东坡;

  随着高炉冶炼技术的发展，高比例块矿和球团矿的使用可以有效降低炼铁成本。研究选取四种不同炉料(A_1、A_2、A_3和A_4),对其收缩、软熔和还原性能进行全面分析和比较。研究发现：当温度达到熔流开始温度T_(MFR)时，A_4的收缩率达到88.10%,远高于其他三种炉料的收缩率。A_3的收缩开始温度T_(Sh)最低，为1 093℃;四种炉料的软化开始温度T_S相近，均在1 270℃左右；A_1的熔流开始温度T_(MFR)最高，其软熔区间ΔS_(S&M)最大。在间接还原区内，A_2的间接还原度R_i(IR)最低，仅为52.04%。在耦合还原区内，A_3的直接还原度R_d(IR+DR)和间接还原度R_i(IR+DR)最高。在熔融还原区内，A_4的直接还原度R_i(S&M)最大，为20.62%。添加了PB块矿和熔剂性球团矿的A_3和A_4改善了渣铁熔流还原前的炉料还原度，并降低了熔流还原区内的直接还原度R_d(MFR)。研究结果为高炉炉料的优化提供了重要的理论依据。

  2026年01期 v.45 32-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 197K]
  

工艺节能

• 型焦强度评价方法选择及其热态强度性能优化

  李磊;马成;李彬;杨欣豪;王毅;邹冲;王昊;

  文章针对高碳铬铁冶炼用型焦性能不佳问题，对比了抗压和转鼓两种评估方法，通过计算发现型焦在矿热炉中所受压强远小于抗压强度检测时承受压强，故采用转鼓强度作为评估型焦强度的指标。研究发现，黏结剂受热失效是导致型焦强度不断下降的主要原因。利用热重分析技术对三种黏结剂的热稳定性进行了评估，基于黏结剂在不同温度下热稳定性的差异，研制了一种在低温、中温、高温下均有良好黏结作用的三段式黏结剂。该黏结剂可明显提高型焦强度，当其添加量(质量分数)为4%时制备的型焦转鼓强度可达42.1%,工业验证后满足生产需求。

  2026年01期 v.45 37-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 256K]
  

• 基于烧结燃料燃烧性能的燃料配加优化

  耿敬涛;吴硕轩;兰臣臣;卢建光;刘颂;吕庆;张淑会;

  为了降低钢铁企业烧结的生产成本并保证烧结矿质量，对烧结过程中煤粉的配加进行优化。文章利用热重分析仪测定了煤粉和焦粉的燃烧性能，通过烧结杯试验优化了煤粉粒度和配比，为煤粉的应用提供指导。研究结果表明，随着燃料粒度减小，煤粉与焦粉的燃烧性能均得到改善，且煤粉燃烧起始温度与燃尽温度低于焦粉的，二者在粒度小于1 mm时差异显著。煤粉配比增加初期，垂直烧结速度升高，但超过20%后下降，同时成品率、平均粒度及转鼓强度逐渐降低，这主要是由于煤、焦燃烧性能差异及高灰分导致烧结条件恶化。通过优化煤粉粒度，减少粒度小于1 mm煤粉的比例，可提升垂直烧结速度、成品率、平均粒度和转鼓强度，改善烧结过程燃料燃烧集中度，提升烧结矿质量，进一步提高了煤粉的适配比例。

  2026年01期 v.45 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 520K]
  

热工理论

• 钢板振动条件下气雾喷射冷却的数值研究

  廖捷烽;陈元元;石祥;褚兴全;

  文章基于DPM模型和动网格技术建立了振动条件下厚钢板气雾喷射冷却的数值模型，研究了钢板振动频率、振幅和喷射水质量流量对钢板冷却速度以及冷却温度的影响。结果表明，当振动频率从0 Hz增加到200 Hz时，钢板底面中心温度降低11.9 K;当振幅由0.00 mm增加到0.20 mm时，钢板底面中心温度降低13.1 K;当喷射水质量流量由1.8×10~(-4) kg/s增加到18.0×10~(-4) kg/s时，钢板底面中心温度降低6.2 K;钢板振动频率、振幅和喷射水质量流量存在一个阈值，当超过此阈值后，继续增大振动频率、振幅和喷射水质量流量对钢板冷却的强化效果有限。该研究的结论为振动强化喷雾冷却技术在工业领域的应用提供了重要的理论参考。

  2026年01期 v.45 49-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 380K]
  

智能控制

• 基于GA-BP模型的RH精炼炉蒸汽消耗量预测研究

  胡雨生;陈光;赵博识;包向军;杨筱静;包训晨;张璐;

  精准预测RH炉蒸汽消耗量是炼钢蒸汽系统优化调控和余热蒸汽的合理利用的重要支撑。由于钢水成分和精炼时长的差异，使得蒸汽消耗波动较大，导致精准预测RH炉蒸汽消耗量难度极大。文章全面考虑了RH工艺中影响蒸汽消耗量的因素，利用BP神经网络具有的较强处理非线性问题能力和遗传算法(GA, Genetic Algorithm)具有的全局搜索寻优能力，分别建立了BP、GA-BP两种RH炉蒸汽消耗量预测模型。结果表明，BP模型的均方误差和平均绝对百分比误差分别为0.138 t/炉和2.030%。采用遗传算法优化后，模型预测性能得到提高，即均方误差为0.124 t/炉，平均绝对百分比误差为1.800%。文章所构建的GA-BP模型能有效揭示蒸汽消耗量与众多影响因素之间的非线性关系，预测精度达98.2%,可为蒸汽资源合理利用以及全厂蒸汽资源优化调度提供精准重要参考依据。

  2026年01期 v.45 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 206K]
  

• 基于CFD-DEM方法的高炉炉料轨迹落点预测

  何潺;刘丕亮;林帅辉;吴博;

  针对当前高炉炉料落点预测的不足，文章采用CFD-DEM方法分析高炉炉料轨迹和落点位置，并利用程树森等提出的数学模型验证CFD-DEM模型的准确性。该方法全面考虑多种影响因素，包括科里奥利力、煤气流量、溜槽的旋转速度和倾角等，直观和精准地再现炉料在高炉内的运动过程。结果表明：当溜槽转速为1.05 rad/s时，科里奥利力对焦炭和矿石落点的影响分别达到28%和22%,煤气流非均匀性使焦炭和矿石的落点半径外移2.74%和3.87%。精准预测料流轨迹落点必须综合考虑科里奥利力和煤气流的影响。与数学模型对比，CFD-DEM模型对焦炭和矿石落点半径预测均方根误差分别为0.060 m和0.055 m,最大相对偏差不超过5%,与数学模型预测结果几乎一致，因此能够准确预测高炉炉料轨迹落点，为后续高炉布料操作提供新的理论依据。

  2026年01期 v.45 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 305K]
  

• RH精炼炉脱碳氧位的预测控制研究

  王姿涵;张宇鹏;赵定国;薛月凯;王书桓;李晨晓;周朝刚;

  为了准确预测RH精炼炉的脱碳氧位，基于某厂生产数据，应用随机森林算法，BP神经网络模型和支持向量回归模型分别划分训练集和测试集，预测了脱碳氧位。结果表明：BP神经网络模型的预测效果比另外两种模型性能更好，在5%以内的范围预测准确率达到85%。随后统计了在不同条件下的氧位分布情况，并通过影响因素的权值对新的样本的冶炼周期、最高真空度、吹氧量、氮气消耗进行调整，基于BP神经网络模型进行了实验验证，最终实现了RH精炼炉脱碳氧位的窄范围控制。

  2026年01期 v.45 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 175K]
  

回收利用

• Fe₂O₃外加量对莫来石材料物相组成及性能的影响

  邢向宇;刘新;孙家朐;吴锋;游杰刚;罗旭东;

  为了研究Fe_2O_3对合成莫来石材料的影响，以Al_2O_3粉、硅灰为主要原料，按照莫来石的理论组成进行配料，Fe_2O_3外加量分别为0%、2%、4%、6%和8%,分析了莫来石材料物相组成、显微结构及烧结性能。结果表明：引入氧化铁一方面可产生低熔点液相降低莫来石的成核势垒，促进莫来石化，另一方面形成含铁莫来石固溶体促进烧结；以质量分数72%的Al_2O_3粉和质量分数28%的硅灰为原料，Fe_2O_3外加量6%,经1 600℃保温3 h可制得纯相莫来石材料，其显气孔率为1.6%,体积密度为2.75 g/cm~3,抗折强度为69.4 MPa。

  2026年01期 v.45 76-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 271K]
  
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