隨著(zhù)國際社會(huì )對環(huán)境問(wèn)題的不斷關(guān)注和資源緊張對節能降耗提出的緊迫要求，世界各國的鋼鐵行業(yè)在節能減排和環(huán)境保護方面的技術(shù)不斷涌現。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(kāi)發(fā)應用。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(chǎng)是當今世界現代化程度最高的焦化廠(chǎng)之一，有兩座世界最高的頂裝焦爐。
盡管該廠(chǎng)有先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統，但許多工作仍然要依靠手動(dòng)操作，操作工人的經(jīng)驗對獲得焦炭高產(chǎn)是非常重要的。
德國迪林根ZKS的3號新焦爐炭化室高6.25米，是世界上炭化室最高的搗固焦爐，采用了世界最先進(jìn)的焦化技術(shù)和環(huán)保措施：一是采用復熱式技術(shù)；二是采用全仿真組裝程序進(jìn)行爐體設計；三是采用FAN系統對燃燒室進(jìn)行精心設計；四是應用單孔炭化室壓力控制系統SOPRECO。
美國：熱回收焦爐技術(shù)成熟
美國太陽(yáng)焦炭公司掌握了成熟的熱回收焦爐技術(shù)。其熱回收焦爐主要是由裝煤工藝、焦爐加熱工藝和推焦和熄焦工藝組成的整體系統。
裝煤工藝由臥式熱回收焦爐采用鏈條刮板機送煤，可配入30%弱黏結性煤。PCM機上有煙氣收集凈化裝置，防止裝煤時(shí)出現冒煙現象。推焦時(shí)，將焦餅推至帶機罩的平板接焦車(chē)內，機罩可以有效地捕獲和收集推焦過(guò)程中釋放的煙塵。熄焦塔噴水熄焦，每次約90秒。隨后熄焦車(chē)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(wú)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(guò)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(guò)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(huì )給高爐帶來(lái)操作問(wèn)題。
目前，建設一套年產(chǎn)鐵水50萬(wàn)噸的爐頂煤氣循環(huán)小型生產(chǎn)性高爐的計劃還在討論中，在大型高爐上開(kāi)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(chǎng)管網(wǎng)的煤氣量將下降80%，工廠(chǎng)煤氣平衡問(wèn)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)爐將礦粉預還原并熔化，然后在鐵浴反應爐中完成礦粉的終還原。煤的分解在工藝爐外的一個(gè)反應器內進(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(guò)回收熔煉爐的煤氣余熱來(lái)提供?？紤]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，克魯斯集團在其荷蘭克魯斯艾默伊登廠(chǎng)建設了一個(gè)設計能力為8噸/小時(shí)的Hisarna半工業(yè)試驗工廠(chǎng)。
煉鋼技術(shù)更靈活、更高效
轉爐與電爐：相互結合
相比于電爐煉鋼，轉爐煉鋼具有更大規模生產(chǎn)特定鋼種的能力。許多優(yōu)化LD轉爐的工藝和裝備技術(shù)使其在世界范圍內得到廣泛使用，其中包括改善工藝自動(dòng)化的副槍技術(shù)、實(shí)現出鋼溫度和成分命中的動(dòng)態(tài)工藝模型的發(fā)展、各式出鋼擋渣系統和通過(guò)爐底透氣磚噴吹惰性氣體攪拌熔池實(shí)現頂底復吹。
Conarc工藝技術(shù)。Conarc工藝代表了轉爐煉鋼和電爐煉鋼技術(shù)的結合。根據原材料的不同，兩個(gè)獨立的熔池可以同時(shí)冶煉或者分別作為轉爐和電爐冶煉。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。
轉爐發(fā)展趨勢：采取改善轉爐傳感器技術(shù)和工藝建模等措施的目的在于增加轉爐有效性及保證轉爐在換襯和緩沖期的安全準確維護。
電爐發(fā)展趨勢：因為高品質(zhì)廢鋼數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、轉爐冶煉鐵水、化石燃料熔煉廢鋼等復合工藝將得到發(fā)展。
現狀：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(mén)子奧鋼聯(lián)在德克薩斯投資了新的熱壓塊鐵廠(chǎng)。一些地區的天然氣價(jià)格較低，使得這項技術(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：精細靈活
鋼種的多樣性和客戶(hù)的需求導致?tīng)t外精煉的工藝路線(xiàn)比較復雜?？蛻?hù)需求和產(chǎn)品種類(lèi)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，主要趨勢是在轉爐煉鋼廠(chǎng)裝備RH，在電爐煉鋼廠(chǎng)裝備VD/VOD。
LF工藝技術(shù)趨勢：轉爐煉鋼生產(chǎn)高合金鋼種是需要LF爐的原因；LF爐可以降低轉爐出鋼溫度以降低鋼中P含量，這也有利于延長(cháng)爐襯壽命；開(kāi)發(fā)出水冷銅元件可以避免結殼。LF今后會(huì )在轉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鋼種數量的增加相結合。二是煉鋼物質(zhì)流的持續改善。三是在高合金鋼的生產(chǎn)中，合金系統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(xiàn)工藝建模的重要性已經(jīng)增加，光學(xué)檢測和攝像系統配合圖像分析軟件的應用是此技術(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(kāi)發(fā)出了雙輥薄帶連鑄工藝。由于厚度降低，可以減少軋鋼機架數量，從而大幅縮短生產(chǎn)線(xiàn)。相對于傳統連鑄-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)間為傳統連鑄的1/700，微觀(guān)組織也能得到改善，并且可以避免微觀(guān)偏析和宏觀(guān)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。
現狀：目前，世界上主要有韓國浦項和美國紐科等薄帶連鑄廠(chǎng)正在運營(yíng)。
一般來(lái)說(shuō)，表面缺陷不能通過(guò)火焰清理和修磨去除，這是雙輥薄帶連鑄技術(shù)的主要問(wèn)題。該技術(shù)在側板密封技術(shù)、邊緣板型控制、凝固過(guò)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，因而具有節能環(huán)保的優(yōu)異特點(diǎn)。世界上第一個(gè)商業(yè)化規模的水平單帶連鑄廠(chǎng)建于2012年，位于德國的派尼區，是德國西馬克為SalzgitterFlachstahlGmbH設計建造的。
現狀：目前水平單帶連鑄技術(shù)仍處于商業(yè)開(kāi)發(fā)和起步階段。因此，需要改進(jìn)之后才能實(shí)現完全商業(yè)化順利運行。
熱帶無(wú)頭/半無(wú)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(wú)頭/半無(wú)頭軋制節能關(guān)鍵技術(shù)”位列其中。
無(wú)頭軋制和半無(wú)頭軋制擁有的共同特點(diǎn)是：提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量穩定性和成材率。
無(wú)頭軋制工藝。第一臺全連續無(wú)頭軋制熱連軋帶鋼機是1996年在日本JFE公司千葉廠(chǎng)投用的。2009年6月，意大利阿爾維迪公司克萊蒙納廠(chǎng)建成投產(chǎn)了世界上第１條無(wú)頭連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)—ESP線(xiàn)。ESP線(xiàn)產(chǎn)品厚度、寬度精度、板形、性能均勻度均達到比常規熱連軋還高的水平。
現狀：相對于國際無(wú)頭軋制技術(shù)，目前，我國國內還沒(méi)有板帶熱軋無(wú)頭軋制技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)例，但已有研究人員著(zhù)手開(kāi)展了熱帶無(wú)頭軋制技術(shù)的前期研究。
半無(wú)頭軋制工藝。德國發(fā)展的是半無(wú)頭軋制技術(shù)，這種生產(chǎn)線(xiàn)的特點(diǎn)是適合于穩定生產(chǎn)薄規格的帶鋼，減少了薄規格帶鋼生產(chǎn)中的軋廢和工具損失。
現狀：爐號匹配和生產(chǎn)計劃組織問(wèn)題一直是制約半無(wú)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(xiàn)實(shí)現了半無(wú)頭軋制的穩定高效生產(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(zhù)“提高生產(chǎn)效率以降低成本”和“節能環(huán)保以體現社會(huì )責任”為基礎進(jìn)行研發(fā)的。例如，焦化作為污染和耗能大戶(hù)，更注重節能和能源回收技術(shù)的開(kāi)發(fā)；煉鋼技術(shù)則是由于鋼種的不同需要，通過(guò)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(guò)技術(shù)的推進(jìn)達到高效率和高成材率，以減少能源和鋼材浪費。隨著(zhù)鋼鐵應用領(lǐng)域的擴大和嚴峻的環(huán)保形勢，對工序生產(chǎn)技術(shù)的要求愈發(fā)嚴苛，對產(chǎn)品質(zhì)量要求更高。國內鋼鐵企業(yè)在技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，也應當向高效率、高質(zhì)量、無(wú)污染方向發(fā)展。