久久99国产精品尤物-国产高清色播视频免费看-男生肌肌往女人桶爽视频-精品国产-91PORNY九色|www.jqdstudio.net

陳經(jīng)：最近爆火的“閃速煉鐵”技術(shù)，到底是什么？

點(diǎn)擊：  作者：陳經(jīng)    來(lái)源：鉛筆經(jīng)濟(jì)學(xué)微信號(hào)  發(fā)布時(shí)間:2024-12-22 14:02:53

 

近日，國(guó)內(nèi)外輿論關(guān)注到了中國(guó)的“閃速煉鐵”技術(shù)。許多人說(shuō)，這是“徹底改變?nèi)蜾撹F行業(yè)”的大事。

 

按新聞介紹，傳統(tǒng)高爐煉鐵過(guò)程要5-6小時(shí)，“閃速煉鐵”只要3-6秒就能完成，快了3600倍以上。而且方法不依賴(lài)進(jìn)口的高品位鐵礦石，本土中低品位的鐵礦石也行。還有很多優(yōu)點(diǎn)，過(guò)程中不使用碳，鐵水中沒(méi)有碳。不使用煤和焦炭，原本會(huì)引入的磷和硫大幅減少。這樣，就是零碳排放的煉鐵工藝。而且，能耗也比高爐工藝大幅減少，推廣應(yīng)用能讓鋼鐵行業(yè)能源利用率提高三分之一以上。

 

 

從這些描述上看，“閃速煉鐵”技術(shù)如果能夠大規(guī)模應(yīng)用，將會(huì)是效益極為驚人的技術(shù)進(jìn)步。一些外網(wǎng)輿論對(duì)此也很有興趣，但還不是太正式，如有人開(kāi)玩笑說(shuō)，澳大利亞要被這個(gè)技術(shù)毀滅了。

 

實(shí)際情況是什么樣？本文將介紹基礎(chǔ)的鋼鐵冶煉工業(yè)技術(shù)，然后在這個(gè)體系內(nèi)，向讀者解釋“閃速煉鐵”到底如何，目前到了什么階段。

 

 

圖為新聞相關(guān)論文截圖：http://ysyl.bgrimm.cn/ysjsylbf/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=YSYL202400418&flag=1&year_id=2024&quarter_id=11

 

基本結(jié)論是，“閃速煉鐵”是多國(guó)學(xué)者前期都有研究的概念，直接借鑒了有色金屬的“閃速熔煉”技術(shù)。兩位學(xué)者（張仁杰一作，通訊作者張文海是工程院院士）基于前期小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了100萬(wàn)噸的閃速煉鐵裝置設(shè)想，并用工程軟件模擬運(yùn)行，計(jì)算了裝置的指標(biāo)。新聞報(bào)道的幾項(xiàng)指標(biāo)，是軟件推理估算的。

 

目前這個(gè)成果還是一種理論設(shè)想。如得到業(yè)界認(rèn)可，有投資進(jìn)行論證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合預(yù)期，那么有可能進(jìn)一步研發(fā)。在一些細(xì)節(jié)問(wèn)題攻克之后，有可能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。我們期待這個(gè)成果得到進(jìn)一步的確認(rèn)，并最終產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

 

了解了來(lái)龍去脈之后可以判斷，這個(gè)成果如果要改變?nèi)蜾撹F行業(yè)，還有許多工作要做，目前只是展現(xiàn)了相當(dāng)?shù)臐摿Α＿@個(gè)潛力也是許多前期研究追求的目標(biāo)，并不是特別新。這次不一樣的是，新聞界忽然對(duì)“閃速煉鐵”的概念產(chǎn)生了很大興趣。

 

筆者認(rèn)為有趣的事情是，中國(guó)科研與工業(yè)體系近年來(lái)飛速進(jìn)步、成果輩出，已經(jīng)產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)?ldquo;光環(huán)效應(yīng)”，人們本能地覺(jué)得中國(guó)會(huì)不時(shí)創(chuàng)造工業(yè)奇跡。這個(gè)光環(huán)，讓外界對(duì)于有想象力的中國(guó)科研成果愿意高看一眼，新聞?shì)浾撘苍敢膺M(jìn)行夸張傳播。夸張是可以理解的行業(yè)慣例，愿意傳播就是好的。

 

一．高爐煉鐵

 

目前全球90%以上的鐵是高爐冶煉的，高爐是主流煉鐵技術(shù)，“閃速煉鐵”也是和高爐煉鐵對(duì)比。

 

要注意，高爐煉出來(lái)的是生鐵，不是鋼。不是“高爐煉鋼”，也不是“閃速煉鋼”。生鐵的含碳量在2.11-4.3%之間，高于鋼的含碳量0.02-2.1%。從生鐵到鋼，要用“轉(zhuǎn)爐煉鋼”、“電爐煉鋼”等工藝降低含碳量。

 

含碳量低于0.02%的叫做純鐵，延展性好，但強(qiáng)度和硬度低，還容易生銹。鋼強(qiáng)度高硬度高，用來(lái)做工具更為合適。鐵有一個(gè)特點(diǎn)，就是鐵的磁性較好，鋼的磁性差一些。

 

生活中純鐵應(yīng)用較少，但也有一些。在電磁鐵芯中，鐵用來(lái)增強(qiáng)磁場(chǎng)，是較為常見(jiàn)的應(yīng)用。電焊的焊條，也有一定比例的純鐵，讓焊接的金屬有一定流動(dòng)性。其它純鐵應(yīng)用就較為罕見(jiàn)了，連鐵鍋都不是純鐵的。

 

鋼的應(yīng)用就很多了，隨處可見(jiàn)，建筑行業(yè)只要說(shuō)“鋼鐵”材料，基本是鋼。但“鐵合金”是很常見(jiàn)的，鐵加入別的金屬元素，合金性能就很廣闊了。

 

無(wú)論如何，鋼鐵工業(yè)需要先把鐵元素從鐵礦石中“煉”出來(lái)，后面再加工成純鐵、鐵合金、鋼等多種產(chǎn)品。

 

鐵礦石主要有兩種比較多，磁鐵礦Fe₃O₄和赤鐵礦Fe₂O₃，前者容易被氧化后變成后者。有的赤鐵礦晶體薄片透光，稱(chēng)為鏡鐵礦，算是變種。還有兩種少一些的，褐鐵礦是含水氧化鐵，結(jié)構(gòu)式FeO(OH)·(H₂O)_n；菱鐵礦是FeCO₃，碳酸亞鐵。由于地殼鐵元素極為豐富，即使含量低一些的鐵礦，與別的金屬相比，儲(chǔ)量也是極多的。

 

從結(jié)構(gòu)式來(lái)看，磁鐵礦和赤鐵礦含鐵量高，質(zhì)量比例超70%。褐鐵礦中鐵元素占62.9%，菱鐵礦只占49%。但這不是鐵礦石的含鐵量，鐵礦石里還有不少雜質(zhì)。如我國(guó)的鐵礦是以磁鐵礦和赤鐵礦為主，但屬于貧鐵礦，平均鐵含量只有34.5%。澳大利亞有些地區(qū)的礦石鐵含量高于50%。

 

下面以赤鐵礦和磁鐵礦為例，說(shuō)明高爐煉鋼的化學(xué)過(guò)程。

 

 

古人最初獲得鐵，是天上掉下來(lái)的隕鐵。突破性的進(jìn)展是把焦炭和鐵礦石放一起加熱，就煉出了鐵。這里的科學(xué)原理是氧化還原反應(yīng)。從鐵到磁鐵礦、赤鐵礦是氧化反應(yīng)，鐵失去電子，化合價(jià)從0變成+2、+3。鐵礦石跟一氧化碳CO反應(yīng)是還原反應(yīng)，氧原子被CO“搶走”，+2、+3價(jià)的鐵得到電子，被還原成0價(jià)的鐵，即單質(zhì)鐵。

 

 

焦炭在氧氣中燃燒時(shí)，一般是生成二氧化碳。但如果氧氣不足，就會(huì)生成有毒的一氧化碳。緊閉門(mén)窗燒爐取暖，就可能釀成悲劇，通風(fēng)不好，無(wú)色無(wú)味的一氧化碳會(huì)讓人中毒。筆者一位朋友的岳父，十年前大冷天一個(gè)人在家緊閉門(mén)窗燒爐子取暖，在床上睡著了，一氧化碳中毒不幸去世。

 

 

另外，在高爐中焦炭和二氧化碳也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳，是一個(gè)重要過(guò)程。

 

 

還有一步也很重要，鐵以外的雜質(zhì)形成爐渣。鐵礦石里有不少雜質(zhì)，要和鐵分離，如硅和鋁等元素。用石灰石和氧化硅、氧化鋁反應(yīng)，生成爐渣，高溫下和鐵水可以分離。

 

下面解釋為什么高爐煉鐵比較慢，要五六個(gè)小時(shí)。

 

 

高爐有大有小，但即使是小高爐也有幾百立方米容積，巨型高爐容積超過(guò)5000立方米，往大里做產(chǎn)量高。高爐就是讓鐵礦石在下部爐底反應(yīng)，可以理解為把鐵礦石“燒”成鐵，但要加焦炭、石灰石組成“爐料”來(lái)燒。燒出來(lái)鐵水從左邊排走，爐渣從右邊出渣口排走。

 

這么多東西，要加熱到1500度以上的高溫發(fā)生反應(yīng)，需要時(shí)間。更為關(guān)鍵的是爐料不是一下全反應(yīng)好，而是從下到上，有順序地發(fā)生。下面的爐料反應(yīng)生成鐵水和爐渣，排走了，上面的爐料下降到爐底繼續(xù)反應(yīng)。高爐會(huì)連續(xù)作業(yè)，上面有裝料系統(tǒng)，下面的燒化了排出去，上面又不停加料進(jìn)來(lái)，連續(xù)生產(chǎn)。因此，這個(gè)過(guò)程并不快，需要給爐料充分時(shí)間反應(yīng)，要時(shí)間加料連續(xù)作業(yè)，還要對(duì)爐況精確控制，做不了多快。

 

但是高爐也有顯著的優(yōu)點(diǎn)，就是規(guī)模宏大，能連續(xù)作業(yè)，產(chǎn)量很高。一個(gè)大爐子，里面裝了幾千噸的料在燒，規(guī)模很大。它的效率也是比較高的，能源利用率高，東西都在高爐里面封閉地反應(yīng)。鐵都變成鐵水出來(lái)了，沒(méi)浪費(fèi)，焦炭燒光了，提供了反應(yīng)需要的熱量。高爐規(guī)模化應(yīng)用相對(duì)容易，反應(yīng)步驟較為簡(jiǎn)單，在一個(gè)爐子里都反應(yīng)好了，不需要特別精細(xì)，復(fù)制推廣難度較低。

 

有些化工廠，反應(yīng)釜引出很多管子，氣體液體不停流動(dòng)，多步反應(yīng)，流程很復(fù)雜。高爐相比之下要簡(jiǎn)單多了，只要一個(gè)爐，上面加料、下面出鐵水。

 

因?yàn)楦郀t應(yīng)用簡(jiǎn)單，在全球鋪開(kāi)來(lái)了，用了很多焦炭，碳排放不小。鋼鐵工業(yè)碳排放占整體排放的5-6%，其中高爐煉鐵碳排放占約70%。無(wú)論如何改進(jìn)高爐工藝提高效率，由于其基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)需要CO作為還原劑，碳排放少不了多少。

 

一種改進(jìn)是搞“無(wú)焦煉鐵”，也就是“非高爐煉鐵”技術(shù)。目前也有一些應(yīng)用，但占比不高，各有缺點(diǎn)。如用天然氣當(dāng)還原劑，不用焦炭了，想法很好，但實(shí)際效率一般。天然氣比焦炭?jī)r(jià)格高，而且對(duì)鐵礦石的形狀有要求，要合適的顆粒，高爐就沒(méi)啥要求一爐子燒了。有些工藝要求把原料預(yù)處理成“高品質(zhì)燒結(jié)塊”，麻煩。這些替代性工藝，一般較為復(fù)雜，流程長(zhǎng)，煉鐵需要的時(shí)間比高爐還長(zhǎng)，而且能源利用率低。普遍特點(diǎn)是有燒結(jié)、球團(tuán)等預(yù)處理工藝，麻煩。

 

高爐，不是那么好取代的。別看傻大黑粗，優(yōu)點(diǎn)很強(qiáng)大。

 

二．閃速熔煉

 

有了上面的高爐煉鐵常識(shí)，再來(lái)學(xué)習(xí)“閃速煉鐵”就有基礎(chǔ)了。

 

首先，要了解用于有色金屬的“閃速熔煉”（flash smelting）這個(gè)成熟工藝。有色金屬就是鐵、鉻、錳之外的金屬，后三者用于鋼鐵冶煉，鉻和錳加鐵就是鐵合金、不銹鋼等多種鋼鐵產(chǎn)品。

 

2022年我國(guó)前十種有色金屬產(chǎn)量為6774.3萬(wàn)噸，而全球約為1.2億噸，中國(guó)占比56%。產(chǎn)量最大的兩種有色金屬是鋁和銅：2022年我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量8186.2萬(wàn)噸，占全球1.39億噸的59%；2022年中國(guó)精銅產(chǎn)量1106.2萬(wàn)噸,全球占比43.1%，相當(dāng)于其余前12位之和。可以說(shuō)，產(chǎn)量較高的有色金屬，中國(guó)是絕對(duì)的生產(chǎn)大戶(hù)。產(chǎn)量低的也不是不行，往往優(yōu)勢(shì)還更大，如近期比較火的鎵和鍺。

 

有色金屬相關(guān)知識(shí)，可參考我的科普文章：《管制鎵、鍺出口，不要一談就是“反制”，格局要打開(kāi) | 陳經(jīng)》

 

由于我國(guó)在全球有色金屬生產(chǎn)中有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，“閃速熔煉”工藝已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先地位。但我國(guó)也有引進(jìn)先進(jìn)工藝的發(fā)展階段，引進(jìn)了再學(xué)習(xí)、趕超。

 

 

2004年，當(dāng)時(shí)張文海在南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院工作，他總結(jié)了“閃速熔煉”在中國(guó)的進(jìn)展。中國(guó)第一座“閃速爐”是江西貴溪1980年引進(jìn)、1985年投產(chǎn)的，用于閃速煉銅，減少煉銅的嚴(yán)重污染。但并未推廣，因?yàn)楣に噺?fù)雜、專(zhuān)用設(shè)備多，不易國(guó)產(chǎn)化，推廣就要重復(fù)引進(jìn)，90年代一套要80億。

 

1997年，在污染嚴(yán)重的安徽銅陵第一冶煉廠，中國(guó)有色界攜手合作攻關(guān)多年，終于建成國(guó)內(nèi)第一座自主研發(fā)、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的閃速煉銅廠（金隆銅業(yè)），達(dá)到世界先進(jìn)水平。至2004年，國(guó)內(nèi)有2座銅閃速爐，占全部銅產(chǎn)量的40%，1座鎳閃速爐，占產(chǎn)量95%。

 

 

閃速爐和傳統(tǒng)工藝的區(qū)別是，它屬于“空間熔煉”，反應(yīng)物在空中反應(yīng)。而傳統(tǒng)工藝是“熔池熔煉”，反應(yīng)物扎堆組成“熔體”，在空間底部池子里反應(yīng)。如圖，硫化物（銅或鎳，還有鐵）粉精礦微粒，經(jīng)過(guò)深度脫水（含水少于0.3%），在噴嘴處與空氣或氧氣混合，以100米每秒的高速?lài)娙?span lang="EN-US">1000度以上高溫的反應(yīng)塔。精礦微粒呈極大表面體狀態(tài)彌散在空間中，氣體包裹粒子，這是優(yōu)越的化學(xué)反應(yīng)條件，反應(yīng)迅速，2秒就能完成熔煉的過(guò)程。這就是“閃速熔煉”的基本原理。

 

 

圖為閃速煉銅相關(guān)的化學(xué)方程式。快速反應(yīng)生成的硫化物、氧化物（注意不是直接在空中燒出銅）掉到下方的沉淀池中匯集，繼續(xù)反應(yīng)生成銅、爐渣，“澄清分離”（澄這里念dèng）后分別處理。這個(gè)反應(yīng)的好處是，參與反應(yīng)的氣體是氧氣，用空氣就可以。

貴溪的閃速爐是引進(jìn)的，用的是“熱風(fēng)”，而銅陵的閃速爐是自主創(chuàng)新的，用的是“冷風(fēng)”。這段歷史，就是中國(guó)“閃速熔煉”取得國(guó)際領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。

 

熱風(fēng)爐從1949年開(kāi)始有40年歷史，小爐子高度僅6-7米，精礦微粒在里面以每秒3米的速度運(yùn)動(dòng)，停留時(shí)間短，需要吹熱風(fēng)快速反應(yīng)。直覺(jué)也會(huì)認(rèn)為，“大風(fēng)高溫”反應(yīng)好、節(jié)能。貴溪閃速爐熱風(fēng)溫度為450度。

 

但是，為了提高產(chǎn)能，要將爐子做大，送進(jìn)氧氣也要多，就發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)不合適了。氣體加熱后膨脹很多，大風(fēng)看著吹得猛，實(shí)際送進(jìn)來(lái)的氧量有限。理論研究發(fā)現(xiàn)，用冷風(fēng)噴嘴送氧，提高富氧濃度，是唯一選擇。80年代起，熱風(fēng)改冷風(fēng)成為重要研究課題。美國(guó)亞利桑那州瑪格瑪銅業(yè)公司，1988年嘗試了冷風(fēng)工藝，但有一些技術(shù)問(wèn)題一直沒(méi)解決，如化學(xué)反應(yīng)不完全、精礦“流態(tài)化”給料失控、爐殼受沖擊損傷燒穿，這些問(wèn)題導(dǎo)致作業(yè)率低，最終90年代末因銅價(jià)大跌關(guān)閉工廠。這讓全球?qū)滹L(fēng)工藝產(chǎn)生疑問(wèn)。

 

金隆銅業(yè)吸取了瑪格瑪?shù)慕?jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，針對(duì)性攻關(guān)作出了大量改良，如從單通道進(jìn)風(fēng)改為4通道進(jìn)風(fēng)，改善了精礦粉彌散的效果，減少了對(duì)爐襯的沖擊。1997年投產(chǎn)后，成為全球首個(gè)長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的冷風(fēng)閃速爐，是成熟工藝了。工藝非常成功，貴溪冶煉廠2000年也停了熱風(fēng)設(shè)備，改為冷風(fēng)。這個(gè)進(jìn)展得到了國(guó)際冶金界的贊譽(yù)。

 

2004年時(shí)，中國(guó)閃速煉銅總體就處于世界先進(jìn)水平，部分技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)在有色金屬領(lǐng)域的閃速熔煉技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，與超過(guò)全球一半的生產(chǎn)規(guī)模也相符。從經(jīng)濟(jì)原理上來(lái)說(shuō)，這也是自然的，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的基礎(chǔ)必然是技術(shù)進(jìn)步。技術(shù)落后不可能去盲目擴(kuò)大投資，更不可能擴(kuò)大至全球一半以上，必然是技術(shù)全球領(lǐng)先了才敢這樣擴(kuò)產(chǎn)。

 

三．閃速煉鐵

 

很自然的想法，就是把有色金屬領(lǐng)域的閃速熔煉技術(shù)，用來(lái)煉鐵。這個(gè)想法早就有，美國(guó)猶他大學(xué)的Hong Yong Sohn教授團(tuán)隊(duì)率先進(jìn)行了探索，做了大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，2013年發(fā)了論文，有不少富有啟發(fā)性的研究結(jié)果。論文中“閃速煉鐵”英文是“flash iron-making”。

 

要注意，這并不是很容易的事，要不然早就有人來(lái)“閃速煉鐵”了。乍一看，用空氣氧氣吹精鐵礦粉，高溫反應(yīng)不就可以了？這就需要了解化學(xué)原理了，氧化鐵已經(jīng)是氧化鐵了，它和氧氣無(wú)法進(jìn)一步反應(yīng)。它需要的是還原劑，而不是氧化劑。而閃速煉銅可以跟氧氣反應(yīng)，是因?yàn)樗牡V物是Cu₂S，氧氣氧化的是S而不是Cu。在整體的反應(yīng)中，其實(shí)還原劑是S，它失去電子，從-2價(jià)到+4價(jià)，這才使得Cu得到電子，從+1價(jià)被還原到0價(jià)。

 

Hong Yong Sohn教授團(tuán)隊(duì)嘗試用氫氣當(dāng)還原劑，——請(qǐng)注意是還原劑，——它和鐵礦砂能在數(shù)秒內(nèi)反應(yīng)生成“海綿鐵”，一種還原失氧形成大量微氣孔的低碳多孔狀物質(zhì)。用天然氣（主要是甲烷CH₄）作為還原劑，就先生成H₂ + CO，也能和鐵礦砂生成海綿鐵。

 

 

后續(xù)還有幾個(gè)國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)試了各種還原劑，如用CO-H₂混合氣體、H₂-Ar混合氣體。包括張文海團(tuán)隊(duì)在內(nèi)，做了多個(gè)方向的嘗試，涉及的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題不少。可以看出，閃速煉鐵應(yīng)該是不太容易，不如閃速煉銅好辦。

 

 

張文海團(tuán)隊(duì)在江西理工大學(xué)建的試驗(yàn)爐，看上去規(guī)模不大，是為了測(cè)試生成數(shù)據(jù)的，論文2020年發(fā)表。各國(guó)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)都類(lèi)似，能生成一些鐵，不是連續(xù)作業(yè)的生產(chǎn)裝置。但是經(jīng)過(guò)多年來(lái)的不斷努力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者共同探索清楚了不少問(wèn)題，初步證明了“閃速煉鐵”工藝的可行性。

 

 

因此，張文海團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在論文中，對(duì)“閃速煉鐵”進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化評(píng)估。圖為設(shè)想的爐體結(jié)構(gòu)示意圖。

 

新聞中介紹的，5 - 6小時(shí)的煉鐵過(guò)程縮短為3 - 6秒“閃速”的秘訣，看了前文其實(shí)不難明白了。傳統(tǒng)高爐，物料是緊密堆放的，塊狀、球狀的大直徑物體，氣體還原劑要與整塊充分反應(yīng)，需要數(shù)個(gè)小時(shí)。而圖中的閃鐵爐有礦砂噴槍?zhuān)蹱畹暮芗?xì)的礦砂被噴入高溫的還原塔中，噴得到處都是，彌散程度很好。礦粉和別的槍嘴噴進(jìn)來(lái)的天然氣、氫氣充分混合，物體直徑小、表面積比例大，有極優(yōu)的“還原動(dòng)力學(xué)條件”。條件這么好，幾秒就反應(yīng)好了。關(guān)鍵在于，把團(tuán)塊狀的物體變成彌散的粉塵，表面積與直徑的比例提升了多倍，而且多處都發(fā)生爆炸一樣的并行反應(yīng)，總的反應(yīng)速度就能快數(shù)千倍。

 

還有許多具體的技術(shù)問(wèn)題，可以看論文。但作為科普文章，閃速煉鐵相關(guān)的科學(xué)原理要點(diǎn)介紹得差不多了。

 

需要指出，現(xiàn)在科學(xué)研究大量使用軟件模擬。張文海團(tuán)隊(duì)的閃速爐，就可以用Metsim工程軟件，計(jì)算模擬的運(yùn)行結(jié)果。閃速爐的產(chǎn)鐵規(guī)模是，如果用3個(gè)每小時(shí)噴450噸料的最強(qiáng)噴槍?zhuān)瑔闻_(tái)閃鐵爐年產(chǎn)可達(dá)711萬(wàn)噸。對(duì)于100萬(wàn)噸年產(chǎn)的閃鐵爐模擬運(yùn)行，結(jié)果如下圖。

 

 

這都是軟件模擬出來(lái)的結(jié)果。新聞中提了“噸鋼綜合能耗351.32 kgce”，與“高爐噸鐵能耗553 kgce”對(duì)比，得出能耗表現(xiàn)優(yōu)秀的結(jié)論。其中kgce指的是千克標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量（standard coal equivalent），就是燒1千克煤產(chǎn)生的能量。

 

了解了閃速煉鐵相關(guān)的知識(shí)之后，我們對(duì)于這個(gè)技術(shù)應(yīng)該有了更深了解，對(duì)于新聞中的一些發(fā)揮，也能有判斷了。一些驚人的指標(biāo)，如煉鐵速度快了3600倍，這是從Hong Yong Sohn教授團(tuán)隊(duì)一開(kāi)始的探索性實(shí)驗(yàn)就有的優(yōu)點(diǎn)。而碳排放少，也是工藝天生的特性，用H₂替代了CO。

 

由于鐵與銅等有色金屬的化學(xué)特性不同，閃速煉鐵相對(duì)于閃速煉銅應(yīng)用上有相當(dāng)?shù)牧觿?shì)，需要用氫氣、天然氣作為還原劑，而煉銅用氧氣就行。

 

銅Cu和鐵Fe的關(guān)鍵區(qū)別是，Cu的礦物是Cu₂S，它跟氧氣可以反應(yīng)，結(jié)果是生成SO₂和Cu，即氧氣把S氧化了，與此同時(shí)Cu被還原了。而Fe的礦物本來(lái)就是Fe的氧化物，它無(wú)法跟氧氣反應(yīng)。這就是為什么，氧化鐵要用氫氣、天然氣來(lái)反應(yīng)，因?yàn)檠趸胁煌ǎ荒苡眠€原劑來(lái)把氧化鐵中的Fe還原出來(lái)。

 

即使用氫氣的閃速煉鐵工藝能跑通，氫氣的成本也比氧氣高得多，因?yàn)闅錃馐请娊馑蛘吡呀饧淄楫a(chǎn)生的。另外，閃速法煉出來(lái)的鐵，從原理上就幾乎不含碳。要應(yīng)用需要增加碳含量，和高爐煉出生鐵后續(xù)減少碳含量正相反，這些工藝也是需要去開(kāi)發(fā)的。

 

前期國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性的小規(guī)模不連續(xù)生產(chǎn)，初步驗(yàn)證了工藝可行性。張文海團(tuán)隊(duì)提出了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的設(shè)想，并用工業(yè)模擬軟件跑出了指標(biāo)，這是大學(xué)、冶金研究所等科研機(jī)構(gòu)常用的辦法。大規(guī)模實(shí)驗(yàn)需要的投資明顯大得多，如果這個(gè)設(shè)想得到業(yè)界認(rèn)可，投資進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研究，后續(xù)將會(huì)有更多測(cè)試消息出來(lái)。

 

由于中國(guó)科技的影響力今非昔比，在多個(gè)領(lǐng)域我國(guó)已經(jīng)處于世界前沿，因此一些產(chǎn)業(yè)設(shè)想能夠得到新聞?shì)浾摰年P(guān)注，這是非常好的事情。

 

作者：陳經(jīng) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士，香港科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士，科技與戰(zhàn)略風(fēng)云學(xué)會(huì)會(huì)員，《中國(guó)的官辦經(jīng)濟(jì)》作者。轉(zhuǎn)自微信公眾號(hào)：風(fēng)云之聲。