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國聯云:冶金直播第十九場上線——北科大郭漢杰詳解氫冶金原理與效益預測

         關鍵字:國聯云冶金直播,郭漢杰,氫冶金原理與效益預測     發布時間:2020/3/8     來源:國聯云

以“云直播”傳遞工匠精神,助力企業快速發展,開啟新征程。國聯云,是國聯股份(603613·SH)開發運維的致力于產業生態SAAS服務平臺,以”服務產業生態,觸鏈直達”為平臺宗旨。國聯云行業直播COO崔麗麗女士表示:國聯云行業直播把握行業趨勢脈搏,剖析熱點技術,聚焦行業大咖,提供公益在線授課、在線研討多種形式的知識傳播,并且深入生產企業聽取企業聲音,了解企業需求。用互聯網連接“你、我、他”,傳遞對知識的期盼!

2020年3月6日,國聯云冶金直播邀請到北京科技大學冶金與生態工程學院郭漢杰教授開展的一場題為“氫冶金原理與效益預測”的公益講座,在疫情期間的中國鋼鐵業掀起軒然大波。

郭漢杰教授/博士生導師 ,北京科技大學鼎新學者;北京市教學名師;北京市師德先鋒;高端金屬特種熔煉與制備北京市重點實驗室副主任;國家級精品資源共享課冶金物理化學課程負責人;中國金屬學會特種冶金學術委員會委員;男,1957年5月出生于山西省河津市, 1982年11月北京科技大學物理化學系冶金物理化學專業本科,1992年3月在北京科技大學冶金系獲得博士學位;畢業后留校任教,擔任國家級精品課程和國家級精品資源共享課“冶金物理化學”課程負責人。

長期從事于冶金溶體熱力學和動力學、冶金新工藝、新流程、冶金能源綜合利用等方面的研究。研究方向:1)冶金熱力學、動力學等冶金基礎理論的研究; 2)電渣冶金理論與工藝;3)直接還原理論與工藝;4)冶金新工藝、新流程等。

目前媒體上有大量關于氫冶金的報道,以氫代煤煉鐵,氫能冶金是否可行?效益與成本如何?氫來自何方?如何來?有多少?近期和遠期的實施步驟是什么?其依據有哪些?且聽郭教授一一道來:

郭教授從Fe2O3碳還原最理想的熱力學模型和最小自由能原理計算出發,對碳還原氧化鐵的理論模型進行了大量的數據計算,從另外的一個理論角度模擬了高爐碳冶金的原理,闡述了高爐底部和上部的反應狀態,以及理論上對應于最低能耗的體系特點。

 

對于高爐主要以碳冶金的模式運行下,如何加入氫,加多少合適,怎么進行操作?郭教授介紹了他們團隊對C、H2還原的熱力學模型(總鐵1Kg,17.905mol )的新的研究,用熱力學的最小自由能原理,從一種全新的理論角度解析了C、H2還原氧化鐵的問題,模擬了高爐下部、上部碳、氫冶金的原理。

對于高爐加氫后還原鐵的運行評價,郭教授說:“最新的熱力學計算表明,在C飽和的高爐下部,加氫并不能還原氧化鐵,而加氫后鐵的還原發生在下部氣體上升過程H2的間接還原,還原利用率最多不會超過25%;2)就化學計量而言,H2間接還原Fe2O3,噸鐵消耗H2為600Nm3。還原1噸鐵,如果10%的還原由H2的間接還原承擔,就需要加入240Nm3H2,但用于鐵的還原僅需要60Nm3,其余180Nm3進入到高爐煤氣中,所以高爐煤氣中的H2回收再利用是未來需要研究的課題?!?

上半場的報告中,郭教授利用物理化學的理論和方法,從碳還原的基本原理出發,到高爐加氫后對碳還原的影響和C、H2共同還原的機理進行了深入淺出的分析,又對大家普遍關注的德國杜伊斯堡的蒂森克虜伯鋼廠氫氣注入9號高爐的結果進行了理論分析。觀眾代表對于如此知識淵博的郭教授在特殊時期進行線上授課表達了贊美與感謝,同時提出針對氫冶金這一冶煉方法的不解之處,以下為部分摘錄問題:

# 寶武清潔能源饒**——郭教授您好,請問目前采用的富氫冶金,如噴COG、噴NG,在往高爐噴入氫的同時也帶入了大量的碳,導致高爐內碳的來源變成了焦炭、噴煤和富氫氣的碳,同時COG和NG中的氫也不是全部參加還原反應,這樣變量增加,導致爐內的反應和平衡更復雜,操作時很難各方都兼顧,即既要減碳又要節能很難操作,直接噴H2更好?

# 撫順特殊鋼一煉耿*——郭教授您好,請問是用氫來代替碳嗎

# 山東鋼鐵股份有限公司梁棟——郭老師好,請問模型1給出的最低碳量是把還原劑和發熱劑分開計算得到純碳450g。這數是偏高的,因為,高爐下部碳燃燒提供熱量后也提供了簡接還原的還原劑。

……郭教授在中間及結尾環節選取部分問題進行解惑。(微信搜索【冶金工業】公眾號和【國聯云】小程序,查看專家直播回放和線下專家問題解答)

 

國聯云行業直播——冶金科學技術知識的寶庫。在下半場的報告中,郭教授對未來可能實現全H2冶煉的流程原理、能耗、氣體需求量、利用率等數據進行了分析,并提出了一種全H2煉鐵的設想:將包含1噸鐵的鐵礦和1480Nm3的H2升高到900℃左右的溫度下(耗能115.8KgCe左右)在豎爐中進行還原,每循環一次,消耗600Nm3H2,獲得到一噸鐵,給大氣排放600Nm3H2O,再將還原得到的900℃左右的鐵和尾氣冷卻到常溫,回收大約2/3左右的前述能耗115.8KgCe,如此理論上消耗600Nm3H2和38.6KgCe獲得1噸鐵的流程,可能是冶金工作者夢寐以求的理想的全氫煉鐵流程!郭教授在直播最后分析了實現氫冶金可能的H2制取方法,也對未來H2冶金的效益進行了分析。

 

郭教授在本次直播過程中,給觀眾代表帶來了大量干貨,對氫冶金的技術及行業發展發展進行了深度剖析。講座中也以謙虛的態度反復強調,中國作為冶金大國,新冶金的理論研究必須走在世界的前面,而他作為冶金理論工作者,大量數據計算都是疫情期間最近20多天剛剛完成的,一些數據也是在講座前一天更新的,在國內外炙熱的氫冶金大背景下,沒有在期刊發表就直接貢獻給大家,甚至于將詳細的PPT原稿奉獻給國內許多有需求的同行專家,也是為了讓我們國家在這一最新的冶金前沿科技上占有先機,他自己甘愿拋磚引玉,所以難免有一些錯誤,也請大家理解。與會代表對郭教授的這種奉獻精神表示了贊賞。泰山鋼鐵公司副總經理陳培敦說,郭老師好!下午講的真好,重新復習了大學課程又有新的方法理論。重慶大學教授鄭忠說,報告非常精彩!研究深入扎實!認真學習!寶武集團、首鋼集團、鞍鋼集團、建龍集團、山東鋼鐵、中陽鋼鐵、撫順鋼鐵、酒泉鋼鐵、泰山鋼鐵…北京科技大學、中南大學、東北大學、重慶大學、華北理工、武漢科技大學、江蘇科大、沈陽工大等全國各地的大中型鋼企領導、專家和一線的生產技術人員及大專院校教授、學生等累計兩萬三千余人次參與了本次學習。由于平臺容量的限制,很多希望聽講的各界人士沒能進入平臺,也表達了遺憾。從國聯云直播統計數據來看,鋼鐵大省河北的觀看人數幾乎達到了五分之一,全國各地均有企業參與。鋼鐵強則中國強,加油,未來有我們同在!

特別鳴謝:特殊時期,感謝北京科技大學校辦、冶金與生態工程學院黨委和行政等相關單位和領導為本次直播提供了特別便利條件,給予國聯云行業直播平臺大力支持。

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