隨著國際社會對環(huán)境問題的不斷關(guān)注和資源緊張對節(jié)能降耗提出的緊迫要求，世界各國的鋼鐵行業(yè)在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)方面的技術(shù)不斷涌現(xiàn)。同時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率，鋼鐵生產(chǎn)各個(gè)工序的先進(jìn)技術(shù)也不斷被開發(fā)應(yīng)用。本文就為大家介紹今年我們在國際技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)以及國際鋼鐵業(yè)工序技術(shù)的新發(fā)展、新趨勢。
焦化技術(shù)注重節(jié)能降耗
德國：領(lǐng)先的頂裝焦和搗固焦技術(shù)
德國投產(chǎn)的施韋爾格恩焦化廠是當(dāng)今世界現(xiàn)代化程度最高的焦化廠之一，有兩座世界最高的頂裝焦?fàn)t。
盡管該廠有先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)，但許多工作仍然要依靠手動操作，操作工人的經(jīng)驗(yàn)對獲得焦炭高產(chǎn)是非常重要的。
德國迪林根ZKS的3號新焦?fàn)t炭化室高6.25米，是世界上炭化室最高的搗固焦?fàn)t，采用了世界最先進(jìn)的焦化技術(shù)和環(huán)保措施：一是采用復(fù)熱式技術(shù)；二是采用全仿真組裝程序進(jìn)行爐體設(shè)計(jì)；三是采用FAN系統(tǒng)對燃燒室進(jìn)行精心設(shè)計(jì)；四是應(yīng)用單孔炭化室壓力控制系統(tǒng)SOPRECO。
美國：熱回收焦?fàn)t技術(shù)成熟
美國太陽焦炭公司掌握了成熟的熱回收焦?fàn)t技術(shù)。其熱回收焦?fàn)t主要是由裝煤工藝、焦?fàn)t加熱工藝和推焦和熄焦工藝組成的整體系統(tǒng)。
裝煤工藝由臥式熱回收焦?fàn)t采用鏈條刮板機(jī)送煤，可配入30%弱黏結(jié)性煤。PCM機(jī)上有煙氣收集凈化裝置，防止裝煤時(shí)出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。推焦時(shí)，將焦餅推至帶機(jī)罩的平板接焦車內(nèi)，機(jī)罩可以有效地捕獲和收集推焦過程中釋放的煙塵。熄焦塔噴水熄焦，每次約90秒。隨后熄焦車出熄焦塔傾斜，將熄滅的焦炭倒入焦臺。實(shí)際成焦率68%~73%。
煉鐵新工藝以減排為重點(diǎn)
新高爐：無氮及氧氣高爐工藝的研發(fā)
該工藝將冷態(tài)氧氣噴入風(fēng)口代替熱風(fēng)，大部分爐頂煤氣通過一個(gè)CO2分離器進(jìn)行脫除，一部分富含CO的煤氣被加熱至1200℃循環(huán)噴入風(fēng)口，剩余部分被加熱到900℃并通過第2排風(fēng)口噴入到高爐爐身的下部。與目前的高爐工藝相比，在如此低的焦比下不會給高爐帶來操作問題。
目前，建設(shè)一套年產(chǎn)鐵水50萬噸的爐頂煤氣循環(huán)小型生產(chǎn)性高爐的計(jì)劃還在討論中，在大型高爐上開發(fā)使用該技術(shù)，可能還需要15年~20年。此外須注意，在爐頂煤氣循環(huán)高爐工藝中，由于煤氣自循環(huán)使用，供工廠管網(wǎng)的煤氣量將下降80%，工廠煤氣平衡問題必須考慮。
冶煉工藝：HIsarna熔融還原法減排CO2
HIsarna熔融還原法是用粉礦和煤生產(chǎn)液態(tài)鐵水，該兩步冶煉工藝使用一個(gè)旋風(fēng)爐將礦粉預(yù)還原并熔化，然后在鐵浴反應(yīng)爐中完成礦粉的終還原。煤的分解在工藝爐外的一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，熱解所需熱量由煤的熱解氣燃燒產(chǎn)生。該工藝在純氧下操作，制氧所需的能量通過回收熔煉爐的煤氣余熱來提供。考慮到該工藝產(chǎn)生的廢氣中二氧化碳濃度很高，可以直接封存。不采用CCS，預(yù)期每噸熱軋卷的CO2排放量下降20%，如采用CCS，可減排CO280%。2010年，克魯斯集團(tuán)在其荷蘭克魯斯艾默伊登廠建設(shè)了一個(gè)設(shè)計(jì)能力為8噸/小時(shí)的Hisarna半工業(yè)試驗(yàn)工廠。
煉鋼技術(shù)更靈活、更高效
轉(zhuǎn)爐與電爐：相互結(jié)合
相比于電爐煉鋼，轉(zhuǎn)爐煉鋼具有更大規(guī)模生產(chǎn)特定鋼種的能力。許多優(yōu)化LD轉(zhuǎn)爐的工藝和裝備技術(shù)使其在世界范圍內(nèi)得到廣泛使用，其中包括改善工藝自動化的副槍技術(shù)、實(shí)現(xiàn)出鋼溫度和成分命中的動態(tài)工藝模型的發(fā)展、各式出鋼擋渣系統(tǒng)和通過爐底透氣磚噴吹惰性氣體攪拌熔池實(shí)現(xiàn)頂?shù)讖?fù)吹。
Conarc工藝技術(shù)。Conarc工藝代表了轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼技術(shù)的結(jié)合。根據(jù)原材料的不同，兩個(gè)獨(dú)立的熔池可以同時(shí)冶煉或者分別作為轉(zhuǎn)爐和電爐冶煉。原材料可從全鐵水到全廢鋼變化，考慮到原材料的靈活性是Conarc工藝的特色。
轉(zhuǎn)爐發(fā)展趨勢：采取改善轉(zhuǎn)爐傳感器技術(shù)和工藝建模等措施的目的在于增加轉(zhuǎn)爐有效性及保證轉(zhuǎn)爐在換襯和緩沖期的安全準(zhǔn)確維護(hù)。
電爐發(fā)展趨勢：因?yàn)楦咂焚|(zhì)廢鋼數(shù)量的有限性限制了電爐煉鋼生產(chǎn)粗鋼比例的提升，所以電爐熔化廢鋼和海綿鐵、轉(zhuǎn)爐冶煉鐵水、化石燃料熔煉廢鋼等復(fù)合工藝將得到發(fā)展。
現(xiàn)狀：目前，煉鋼用氣體作為還原劑已經(jīng)不僅限于研究階段，西門子奧鋼聯(lián)在德克薩斯投資了新的熱壓塊鐵廠。一些地區(qū)的天然氣價(jià)格較低，使得這項(xiàng)技術(shù)具有重要意義。
目前，電爐煉鋼爐氣利用仍然有待進(jìn)一步研究。
爐外精煉：精細(xì)靈活
鋼種的多樣性和客戶的需求導(dǎo)致爐外精煉的工藝路線比較復(fù)雜。客戶需求和產(chǎn)品種類決定了所需要的爐外精煉裝備。鋼種合金元素總體含量越高，采用LF精煉就越重要。
現(xiàn)在，爐外精煉的核心組成是VD/VOD和RH。從歐洲近五年中新建成的脫氣裝置看出，主要趨勢是在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠裝備RH，在電爐煉鋼廠裝備VD/VOD。
LF工藝技術(shù)趨勢：轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)高合金鋼種是需要LF爐的原因；LF爐可以降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度以降低鋼中P含量，這也有利于延長爐襯壽命；開發(fā)出水冷銅元件可以避免結(jié)殼。LF今后會在轉(zhuǎn)爐煉鋼中扮演重要的角色。
LF爐的研發(fā)難點(diǎn)：一是煉鋼工藝需要更高的靈活性與更加精細(xì)鋼種數(shù)量的增加相結(jié)合。二是煉鋼物質(zhì)流的持續(xù)改善。三是在高合金鋼的生產(chǎn)中，合金系統(tǒng)必須升級到更大效率同時(shí)保證更好的分析彈性。四是在線工藝建模的重要性已經(jīng)增加，光學(xué)檢測和攝像系統(tǒng)配合圖像分析軟件的應(yīng)用是此技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)趨勢。
連鑄-軋鋼注重高效優(yōu)質(zhì)
薄帶連鑄：更高的生產(chǎn)率
雙輥薄帶連鑄工藝。為了生產(chǎn)厚度為1mm~5mm的近終型產(chǎn)品，日韓和歐美國家先后開發(fā)出了雙輥薄帶連鑄工藝。由于厚度降低，可以減少軋鋼機(jī)架數(shù)量，從而大幅縮短生產(chǎn)線。相對于傳統(tǒng)連鑄-熱軋工藝，雙輥薄帶連鑄工藝能量消耗最多可降低90%。由于鋼液凝固時(shí)間為傳統(tǒng)連鑄的1/700，微觀組織也能得到改善，并且可以避免微觀偏析和宏觀偏析，從而允許更高的殘余元素含量。在生產(chǎn)高錳和高鋁含量的鋼種時(shí)，薄帶連鑄具有極大的吸引力。
現(xiàn)狀：目前，世界上主要有韓國浦項(xiàng)和美國紐科等薄帶連鑄廠正在運(yùn)營。
一般來說，表面缺陷不能通過火焰清理和修磨去除，這是雙輥薄帶連鑄技術(shù)的主要問題。該技術(shù)在側(cè)板密封技術(shù)、邊緣板型控制、凝固過程控制和工藝收益率等方面還尚待改進(jìn)優(yōu)化。
水平單帶連鑄工藝。水平單帶連鑄是近幾年興起的基于薄帶連鑄的新型連鑄方法。薄帶連鑄能直接由熔體生產(chǎn)薄帶，并省去了傳統(tǒng)連鑄工藝中所需的熱軋工序之后的大部分工序，因而具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)異特點(diǎn)。世界上第一個(gè)商業(yè)化規(guī)模的水平單帶連鑄廠建于2012年，位于德國的派尼區(qū)，是德國西馬克為SalzgitterFlachstahlGmbH設(shè)計(jì)建造的。
現(xiàn)狀：目前水平單帶連鑄技術(shù)仍處于商業(yè)開發(fā)和起步階段。因此，需要改進(jìn)之后才能實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化順利運(yùn)行。
熱帶無頭/半無頭軋制：更高的成材率
2013年9月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南》，確定了當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵共性技術(shù)，其中鋼鐵軋制工序中的“熱帶無頭/半無頭軋制節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)”位列其中。
無頭軋制和半無頭軋制擁有的共同特點(diǎn)是：提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量穩(wěn)定性和成材率。
無頭軋制工藝。第一臺全連續(xù)無頭軋制熱連軋帶鋼機(jī)是1996年在日本JFE公司千葉廠投用的。2009年6月，意大利阿爾維迪公司克萊蒙納廠建成投產(chǎn)了世界上第１條無頭連鑄連軋生產(chǎn)線—ESP線。ESP線產(chǎn)品厚度、寬度精度、板形、性能均勻度均達(dá)到比常規(guī)熱連軋還高的水平。
現(xiàn)狀：相對于國際無頭軋制技術(shù)，目前，我國國內(nèi)還沒有板帶熱軋無頭軋制技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)例，但已有研究人員著手開展了熱帶無頭軋制技術(shù)的前期研究。
半無頭軋制工藝。德國發(fā)展的是半無頭軋制技術(shù)，這種生產(chǎn)線的特點(diǎn)是適合于穩(wěn)定生產(chǎn)薄規(guī)格的帶鋼，減少了薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)中的軋廢和工具損失。
現(xiàn)狀：爐號匹配和生產(chǎn)計(jì)劃組織問題一直是制約半無頭軋制正常批量生產(chǎn)的“瓶頸”，其對操作水平和組織管理要求很高。目前，只有個(gè)別生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了半無頭軋制的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。
點(diǎn)評：
在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中，各個(gè)工序技術(shù)的提高都是本著“提高生產(chǎn)效率以降低成本”和“節(jié)能環(huán)保以體現(xiàn)社會責(zé)任”為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)的。例如，焦化作為污染和耗能大戶，更注重節(jié)能和能源回收技術(shù)的開發(fā)；煉鋼技術(shù)則是由于鋼種的不同需要，通過靈活高效的技術(shù)提高效率和質(zhì)量；連鑄-軋鋼工序則通過技術(shù)的推進(jìn)達(dá)到高效率和高成材率，以減少能源和鋼材浪費(fèi)。隨著鋼鐵應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，對工序生產(chǎn)技術(shù)的要求愈發(fā)嚴(yán)苛，對產(chǎn)品質(zhì)量要求更高。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在技術(shù)開發(fā)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)向高效率、高質(zhì)量、無污染方向發(fā)展。