ISO 112572022 竖井直接还原原料用铁矿石.低温还原分解指数和金属化程度的测定标准立项发展报告

竖井直接还原原料用铁矿石低温还原分解指数和金属化程度的测定标准立项发展报告英文标题:StandardizationDevelopmentReport:Ironoresforshaftdirect-reductionfeedstocks—Determinationofthelow-temperaturereduction-disintegrationindexanddegreeofmetallization摘要关键词竖炉直接还原；铁矿石；低温还原分解指数（LTD）；金属化程度；标准测试方法；ISO11257；还原粉化；冶金性能评价Keywords:ShaftDirectReduction;IronOre;Low-TemperatureReduction-DisintegrationIndex(LTD);DegreeofMetallization;StandardTestMethod;ISO11257;ReductionDegradation;MetallurgicalPerformanceEvaluation正文1.引言在全球应对气候变化、践行“双碳”目标的宏大背景下，钢铁工业作为典型的能源密集型和碳排放密集型产业，正面临着前所未有的减排压力。传统的高炉-转炉长流程工艺以焦炭为主要能源和还原剂，碳排放强度高，而基于天然气的直接还原铁-电弧炉（DRI-EAF）短流程工艺，碳排放量可降低约60%，若进一步使用绿氢，有望实现近零碳排放。因此，发展直接还原铁工艺已成为全球钢铁工业绿色转型的核心路径之一。竖炉（ShaftFurnace）是目前最成熟、应用最广泛的直接还原技术，其典型代表有MIDREX®和HYL/Energiron®工艺。在竖炉中，铁矿石（球团或块矿）从顶部加入，与从底部逆流而上的高温还原气体（主要为H₂和CO）反应，逐步由炉料变为炉顶排出。该工艺对原料的颗粒强度、还原性、膨胀性及低温还原粉化性能有极高的要求。其中，低温还原分解指数（LTD）是衡量铁矿石在竖炉上部低温区域（通常为400-600℃）还原过程中抵抗粉化能力的关键指标。若原料在该区域发生严重粉化，会产生大量细粉，堵塞炉气通道，导致气流分布不均、压差增大、炉况不顺，严重时甚至引发停产事故。而金属化程度则直接表征了铁矿石中铁元素被还原为金属铁的比例，是评价还原效率与DRI产品质量的核心参数。因此，建立一套国际上公认、科学合理的测定LTD和金属化程度的标准方法，对保障竖炉平稳运行、优化原料采购策略、推动全球DRI供应链标准化发展具有不可替代的作用。ISO11257:2022正是在这一背景下应运而生的核心标准。2.标准制定与修订背景ISO11257的最新版本为2022年发布的第三版，它替代了之前的ISO11257:2015。该标准的制修订工作由国际标准化组织铁矿石和直接还原铁技术委员会（ISO/TC102）下属的物理试验分技术委员会（SC3）负责。标准的每一次修订都紧密贴合技术进步与工业实践的演变。从最初的方法建立，到后续对测试设备、试验条件、结果计算公式的优化，ISO11257系列标准始终致力于提高测试的重现性与可靠性。2015版标准在2007版基础上引入了对试验后筛分、称量等步骤的更细致规定。而2022版的更新，则主要基于以下几方面考虑：*技术成熟度提升：随着MIDREX®、ENERGIRON®等竖炉技术在更大规模、更高效率方向上的发展，业界对原料在低温工况下的行为认知更加深入，对测试方法模拟工况的精准度提出了更高要求。*消除歧义与分歧：在以往的应用和实验室间循环比对中，发现不同实验室的测试结果存在一定偏差。2022版标准对诸如还原气体的成分与流量控制、加热升温程序、转鼓试验的转速与时间、筛分操作细节等进行了更严格的界定，以减少因操作细节差异带来的系统误差。*国际协调性：确保与国际主流的MIDREX和HYL/Energiron工艺的技术要求保持一致，使得该标准不仅是实验室方法，更能有效反映工业实际。3.核心技术内容与实验方法ISO11257:2022标准定义了一个系统的、标准的试验流程，用以同时或依次测定铁矿石样品的低温还原分解指数（LTD）和还原后的金属化程度。整个试验过程模拟了竖炉内中上部低温区域的还原条件。3.1原理将一个具有特定粒度范围（如10.0-12.5mm）的铁矿石样品，放置于高温反应管内，在规定的温度（通常为模拟竖炉低温段的550°C）下，用特定成分和流量的还原气体（由CO、CO₂、H₂、N₂按一定比例混合，模拟典型竖炉炉顶气）进行恒温还原。还原结束后，样品在惰性气氛中冷却，随后在标准转鼓中进行旋转，模拟物料在炉内的滚动与碰撞。最后，通过筛分，测定大于某一特定粒度（如2.8mm或6.3mm，取决于所采用的指标）的部分所占的比例，即低温还原分解指数（LTD）。LTD值越高，表明原料抗粉化能力越强。同时，对还原后的样品进行化学分析，测定金属铁（MFe）与全铁（TFe）的含量，计算得出金属化程度（MFe/TFe×100%）。3.2主要试验条件*样品制备：样品必须经过严格的筛分和干燥，确保粒度均匀、水分恒定。标准规定了特定的粒度范围，例如10.0-12.5mm。*还原气体：气体比例严格规定，通常是CO:CO₂:H₂:N₂=20:20:20:40(体积比)。气体纯度与流量控制精度要求极高。*还原温度：样品的还原在550°C的恒温下进行，升温速率需严格控制。*还原时间：恒温还原时间为一固定值（如60分钟），以确保反应达到稳定状态。*转鼓试验：采用标准的ISO转鼓进行，对转鼓的尺寸、转速（如30rpm）和旋转圈数（如300转）有明确规定。*筛分：使用特定孔径的标准试验筛（如2.8mm、6.3mm）进行筛分，以测定LTD指标。3.3关键指标解析*LTD指标：通常用LTD或LDI表示。不同竖炉工艺或同一工艺的不同阶段可能关注不同的筛分粒度。例如，LTD‑1（+6.3mm）和LTD‑2（+2.8mm）均是常见指标。LTD值越高，表示在还原后和转鼓后，大粒度（未粉化）部分的比例越大，原料的抗粉化性能越好。*金属化程度：该指标直接反映了铁矿石的还原效率。金属化程度越高，表示铁氧化物被还原成金属铁的比率越高，后续电弧炉冶炼所需能耗越低，生产效率越高。通常，优质DRI的金属化程度在92%以上。4.与国内/国际相关标准的协调性ISO11257:2022作为一项基础性和关键性的冶金性能测试方法标准，与其他国际标准、国家标准和企业标准之间存在广泛而密切的联系，形成了相互支撑、互为补充的标准体系。*国际层面：*ISO11256：该标准同样专注于竖炉还原原料，但侧重于测定还原性和还原膨胀指数。ISO11257与ISO11256共同构成了评价竖炉原料冶金性能的“孪生姐妹”，前者关注低温还原粉化，后者关注还原速度与膨胀行为。二者结合，可全面评价原料在竖炉工况下的适配性。*ISO11323：规定了铁矿石和直接还原铁物理性能测试的通用要求、术语定义和试样制备方法。ISO11257中涉及样品制备、转鼓试验等环节均需遵循ISO11323的基础规定。*ISO4700/ISO3271：分别规定了铁矿石球团和块矿的抗压强度和转鼓强度。这些物理强度的基础测试是评价原料能否承受装运和炉内机械应力的前提，而ISO11257则进一步评价其在化学还原条件下的强度表现。*中国国内层面：*GB/T24236：《直接还原炉料用铁矿石低温还原粉化、还原性能和金属化程度的测定》。该国家标准修改采用了ISO11257和ISO11256的方法，是我国直接还原铁原料检验的权威标准。ISO11257:2022的更新将直接推动GB/T24236的修订工作，以保持与国际接轨。*YB/T421：《铁矿石（烧结矿、球团矿）物理试验用试样的取样和制样方法》。该行业标准规定了铁矿石物理试验用试样的取样和制样方法，为ISO11257的样品制备提供了国内操作层面的具体指导。*GB/T24193：《直接还原铁碳和硫含量的测定高频燃烧红外吸收法》。在测定金属化程度后，需进一步分析DRI的碳、硫等杂质元素含量，这些标准共同构成了完整的DRI质量评价体系。ISO11257的每一次修订，都充分考虑并促进了上述标准体系的协调与统一。它不仅是独立的测试方法，更是连接原料、工艺与产品品质评价链条的关键技术纽带。主要参与单位与标委会介绍ISO/TC102/SC3（物理试验分技术委员会）本标准的制修订工作核心主导单位是国际标准化组织（ISO）下属的铁矿石和直接还原铁技术委员会（ISO/TC102）的物理试验分技术委员会（SC3）。ISO/TC102的秘书处由日本工业标准调查会（JISC）承担，而SC3的秘书处则由英国标准协会（BSI）负责。该委员会汇集了来自全球主要铁矿石生产国、消费国、冶金设备供应商及第三方检测机构的顶级技术专家。委员会职能与权威性：作为全球铁矿石与直接还原铁领域物理测试方法的最高技术权威机构，ISO/TC102/SC3的核心职责包括：1.标准开发与维护：负责制定和修订一系列关于铁矿石、球团矿、块矿及直接还原铁的物理性能测试方法标准，如抗压强度、转鼓强度、还原性、低温还原粉化、还原膨胀、堆密度、粒度分布等。2.技术协调与互认：协调全球各主要实验室间的测试方法差异，组织国际间实验室循环比对试验，确保不同国家、不同实验室的测试结果具有可比性，为国际贸易的公平结算提供技术基础。3.行业前沿跟踪：密切关注MIDREX、ENERGIRON、HYL等主流直接还原工艺的技术进步与发展趋势，确保所制定的标准方法能准确、有效地反映工业实践对原料性能的真实要求。ISO11257:2022的出台，充分体现了SC3在推动直接还原铁标准化进程中的核心领导力。该委员会的专家团队通过多年技术积累与严格的多轮投票程序，确保了标准的科学性、严谨性和全球适用性。正是得益于这样一个权威、专业、国际化的标委会组织，才能制定出ISO11257这样被全球钢铁业公认的权威标准。结论ISO11257:2022《竖井直接还原原料用铁矿石—低温还原分解指数和金属化程度的测定》不仅是技术文件，更是全球直接还原铁产业链中不可或缺的“质量语言”。它以标准化、可复现的测试方法，精准量化了铁矿石在竖炉低温工况下的核心性能——抗粉化能力与金属化转化效率。总结性结论：1.技术基石：该标准是评价竖炉直接还原原料冶金性能的两大核心标准之一（与ISO11256并列），为优化配矿、稳定炉况、提高DRI产品质量提供了坚实的科学依据。2.贸易保障：作为国际贸易中普遍认可的检验标准，ISO11257为铁矿石供应商与DRI生产商之间提供了透明、公正的质量评价框架，有效降低了商务纠纷风险，促进了全球直接还原铁市场的良性发展。3.产业导向：面向“氢冶金”这一终极冶炼方向，原料在低温条件下的行为将变得更为关键。ISO11257所定义的方法，为未来研究氢基竖炉还原原料的低温性能提供了最高的技术参照系。展望：展望未来，随着氢能冶金技术的成熟与商业化推广，直接还原工艺将成为钢铁工业实现碳中和的主流路线。ISO11257标准将不可避免地面临新的挑战与机遇：*与氢还原的深度融合：未来标准需要研究并整合使用纯H₂或高浓度H₂作为还原气体进行试验的方法，以准确评价原料在全氢或富氢竖炉工况下