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国际钢铁业节能环保和工序技术发展趋势----工序技术篇

来源: | 2014年7月30日 | 作者:

  随着国际社会对环境问题的不断关注和资源紧张对节能降耗提出的紧迫要求,世界各国的钢铁行业在节能减排和环境保护方面的技术不断涌现。同时,为了提高生产效率,钢铁生产各个工序的先进技术也不断被开发应用。本期《国际技术》就为大家介绍今年我们在国际技术领域关注的焦点以及国际钢铁业节能环保和工序技术的新发展、新趋势。

  工序技术篇

  焦化技术注重节能降耗

  德国:领先的顶装焦和捣固焦技术

  德国投产的施韦尔格恩(Schwelgern)焦化厂是当今世界现代化程度最高的焦化厂之一,有两座世界最高的顶装焦炉。

  尽管该厂有先进的自动化控制系统,但许多工作仍然要依靠手动操作,操作工人的经验对获得焦炭高产是非常重要的。

  德国迪林根(Dillingen)ZKS的3号新焦炉炭化室高 6.25米,是世界上炭化室最高的捣固焦炉,采用了世界最先进的焦化技术和环保措施:一是采用复热式技术;二是采用全仿真组装程序进行炉体设计;三是采用FAN系统对燃烧室进行精心设计;四是应用单孔炭化室压力控制系统SOPRECO。

  美国:热回收焦炉技术成熟

  美国太阳焦炭公司掌握了成熟的热回收焦炉技术。其热回收焦炉主要是由装煤工艺、焦炉加热工艺和推焦和熄焦工艺组成的整体系统。

  装煤工艺由卧式热回收焦炉采用链条刮板机送煤,可配入30%弱黏结性煤。PCM机上有烟气收集净化装置,防止装煤时出现冒烟现象。推焦时,将焦饼推至带机罩的平板接焦车内,机罩可以有效地捕获和收集推焦过程中释放的烟尘。熄焦塔喷水熄焦,每次约90秒。随后熄焦车出熄焦塔倾斜,将熄灭的焦炭倒入焦台。实际成焦率68%~73%。

  炼铁新工艺以减排为重点

  新高炉:无氮及氧气高炉工艺的研发

  该工艺将冷态氧气喷入风口代替热风,大部分炉顶煤气通过一个CO2分离器进行脱除,一部分富含CO的煤气被加热至1200℃循环喷入风口,剩余部分被加热到900℃并通过第2排风口喷入到高炉炉身的下部。与目前的高炉工艺相比,在如此低的焦比下不会给高炉带来操作问题。

  目前,建设一套年产铁水50万吨的炉顶煤气循环小型生产性高炉的计划还在讨论中,在大型高炉上开发使用该技术,可能还需要15年~20年。此外须注意,在炉顶煤气循环高炉工艺中,由于煤气自循环使用,供工厂管网的煤气量将下降80%,工厂煤气平衡问题必须考虑。

  冶炼工艺:HIsarna熔融还原法减排CO2

  HIsarna熔融还原法是用粉矿和煤生产液态铁水,该两步冶炼工艺使用一个旋风炉将矿粉预还原并熔化,然后在铁浴反应炉中完成矿粉的终还原。煤的分解在工艺炉外的一个反应器内进行,热解所需热量由煤的热解气燃烧产生。该工艺在纯氧下操作,制氧所需的能量通过回收熔炼炉的煤气余热来提供。考虑到该工艺产生的废气中二氧化碳浓度很高,可以直接封存。不采用CCS(二氧化碳封存技术),预期每吨热轧卷的CO2排放量下降20%,如采用CCS,可减排CO280%。2010年,克鲁斯集团在其荷兰克鲁斯艾默伊登厂建设了一个设计能力为8吨/小时的Hisarna半工业试验工厂。

  炼钢技术更灵活、更高效

  转炉与电炉:相互结合

  相比于电炉炼钢,转炉炼钢具有更大规模生产特定钢种的能力。许多优化LD转炉的工艺和装备技术使其在世界范围内得到广泛使用,其中包括改善工艺自动化的副枪技术、实现出钢温度和成分命中的动态工艺模型的发展、各式出钢挡渣系统和通过炉底透气砖喷吹惰性气体搅拌熔池实现顶底复吹。

  Conarc工艺技术。Conarc工艺代表了转炉炼钢和电炉炼钢技术的结合。根据原材料的不同,两个独立的熔池可以同时冶炼或者分别作为转炉和电炉冶炼。原材料可从全铁水到全废钢变化,考虑到原材料的灵活性是Conarc工艺的特色。

  转炉发展趋势:采取改善转炉传感器技术和工艺建模等措施的目的在于增加转炉有效性及保证转炉在换衬和缓冲期的安全准确维护。

  电炉发展趋势:因为高品质废钢数量的有限性限制了电炉炼钢生产粗钢比例的提升,所以电炉熔化废钢和海绵铁、转炉冶炼铁水、化石燃料熔炼废钢等复合工艺将得到发展。

  现状:目前,炼钢用气体作为还原剂已经不仅限于研究阶段,西门子奥钢联在德克萨斯投资了新的热压块铁厂。一些地区的天然气价格较低,使得这项技术具有重要意义。

  目前,电炉炼钢炉气利用仍然有待进一步研究。

  炉外精炼:精细灵活

  钢种的多样性和客户的需求导致炉外精炼的工艺路线比较复杂。客户需求和产品种类决定了所需要的炉外精炼装备。钢种合金元素总体含量越高,采用LF精炼就越重要。

  现在,炉外精炼的核心组成是VD/VOD和RH。从欧洲近五年中新建成的脱气装置看出,主要趋势是在转炉炼钢厂装备RH,在电炉炼钢厂装备VD/VOD。

  LF工艺技术趋势:转炉炼钢生产高合金钢种是需要LF炉的原因;LF炉可以降低转炉出钢温度以降低钢中P含量,这也有利于延长炉衬寿命;开发出水冷铜元件可以避免结壳。LF今后会在转炉炼钢中扮演重要的角色。

  LF炉的研发难点:一是炼钢工艺需要更高的灵活性与更加精细钢种数量的增加相结合。二是炼钢物质流的持续改善。三是在高合金钢的生产中,合金系统必须升级到更大效率同时保证更好的分析弹性。四是在线工艺建模的重要性已经增加,光学检测和摄像系统配合图像分析软件的应用是此技术发展的另一个趋势。

  连铸-轧钢注重高效优质

  薄带连铸:更高的生产率

  双辊薄带连铸工艺。为了生产厚度为1mm~5mm的近终型产品,日韩和欧美国家先后开发出了双辊薄带连铸工艺。由于厚度降低,可以减少轧钢机架数量,从而大幅缩短生产线。相对于传统(厚板坯)连铸-热轧工艺,双辊薄带连铸工艺能量消耗最多可降低90%。由于钢液凝固时间为传统连铸的1/700,微观组织也能得到改善,并且可以避免微观偏析和宏观偏析,从而允许更高的残余元素含量。在生产高锰和高铝含量的钢种时,薄带连铸具有极大的吸引力。

  现状:目前,世界上主要有韩国浦项和美国纽科等薄带连铸厂正在运营。

  一般来说,表面缺陷不能通过火焰清理和修磨去除,这是双辊薄带连铸技术的主要问题。该技术在侧板密封技术、边缘板型控制、凝固过程控制和工艺收益率等方面还尚待改进优化。

  水平单带连铸工艺。水平单带连铸是近几年兴起的基于薄带连铸的新型连铸方法。薄带连铸能直接由熔体生产薄带,并省去了传统连铸工艺中所需的热轧工序之后的大部分工序,因而具有节能环保的优异特点。世界上第一个商业化规模的水平单带连铸厂建于2012年,位于德国的派尼区(Peine),是德国西马克为Salzgitter Flachstahl GmbH设计建造的。

  现状:目前水平单带连铸技术仍处于商业开发和起步阶段。因此,需要改进之后才能实现完全商业化顺利运行。

  热带无头/半无头轧制:更高的成材率

  2013年9月,工业和信息化部印发了《产业关键共性技术发展指南(2013年)》,确定了当前优先发展的关键共性技术,其中钢铁轧制工序中的“热带无头/半无头轧制节能关键技术”位列其中。

  无头轧制和半无头轧制拥有的共同特点是:提高生产效率、质量稳定性和成材率。

  无头轧制工艺。第一台全连续无头轧制热连轧带钢机是1996年在日本JFE公司千叶厂投用的。2009年6月,意大利阿尔维迪公司克莱蒙纳厂建成投产了世界上第1条无头连铸连轧生产线—ESP线。ESP线产品厚度、宽度精度、板形、性能均匀度均达到比常规热连轧还高的水平。

  现状:相对于国际无头轧制技术,目前,我国国内还没有板带热轧无头轧制技术的生产实例,但已有研究人员着手开展了热带无头轧制技术的前期研究。

  半无头轧制工艺。德国发展的是半无头轧制技术,这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格的带钢,减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。

  现状:炉号匹配和生产计划组织问题一直是制约半无头轧制正常批量生产的“瓶颈”,其对操作水平和组织管理要求很高。目前,只有个别生产线实现了半无头轧制的稳定高效生产。

  点评:

  在钢铁企业生产中,各个工序技术的提高都是本着“提高生产效率以降低成本”和“节能环保以体现社会责任”为基础进行研发的。例如,焦化作为污染和耗能大户,更注重节能和能源回收技术的开发;炼钢技术则是由于钢种的不同需要,通过灵活高效的技术提高效率和质量;连铸-轧钢工序则通过技术的推进达到高效率和高成材率,以减少能源和钢材浪费。随着钢铁应用领域的扩大和严峻的环保形势,对工序生产技术的要求愈发严苛,对产品质量要求更高。国内钢铁企业在技术开发时,也应当向高效率、高质量、无污染方向发展。

(来源:钢铁产业)


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