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      鋼材含碳量越低

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      更新時間:2021-09-07 鋼材含碳量越低相關資訊內容

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毫無疑問上世紀90年代的鋼鐵工業是在嚴峻環境下進行生產的?另外,隨著日元升值速率的高漲和泡沫經濟的崩潰,日本鋼鐵工業變得不穩定起來,因此致力于推進以下所述的合理化措施技術和降成本技術的開發? ①煉鐵各工序控制系統的引進和自動化技術;②大噴煤技術(改善粉煤的燃燒性?爐料分布控制?對包括粉體和流體行為在內的爐下部現象進行解析?Si02燒結礦的使用和高爐評價技術等);③廢塑料再利用技術(高爐和焦爐使用廢塑料技術);④廉價原燃料使用技術(大使用豆石技術和大使用弱粘結煤技術等);⑤節省勞動力(燒結機?CDQ(干熄焦)的最佳操作?連續卸料機?焦爐自動化?高爐短時間大修等);⑥長壽命技術(延長高爐和焦爐壽命的措施技術);⑦環保技術(采用回轉式還原爐(RHF)處理粉塵和燒結廢氣的循環利用等);⑧新工藝的開發(替代鐵源的生產技術?熔融還原煉鐵法(D10S)?新一代煉焦爐(SCOPE21)等);⑨爐內可視化技術(Venus的開發和提高高爐綜合模型的精度等)? 進入21世紀,加大了上述開發技術在實機上的應用,同時最近幾年隨著中國經濟的快速發展,高爐的開發目標正朝著高利用系數方向發展?根據日本國內高爐的生產座數和平均爐內容積的變化可知,這幾年高爐正朝著大型化方向發展?例如,以新日鐵為例,自2000年以后,名古屋3號高爐(3424—4300m3)?君津3號高爐(4063—4822m3)?室蘭2號高爐(2296—2902m3)?君津4號高爐(5151—5555m3)?大分2號高爐(5245—5775m3):世界最大高爐)等都進行了擴容大修,以應對高爐增產的要求? 根據日本國內各鋼鐵公司高爐的還原劑比和利用系數的變化情況可知,新日鐵的高爐操作目標是提高每座高爐的生產效率和實施還原劑比操作? 關于勞動生產率方面,在最近10年問已有非常大的提高,為大約1600t/人·年,提高了大約2倍?這是高爐集約化和大型化的結果,尤其是采用節省勞動力設備?設備的自動化?合理化以及改善高爐操作效率所得的結果? 作為目前的課題是,開發以提高高爐為中心的各種輔助設備生產率的技術?應對原燃料質變差的技術?環保技術和節能技術等?以下,就具有代表性技術的開發進行介紹? 2.2使用廉價原燃料的技術 原燃料占煉鐵成本的70%左右?90年代初期由于原燃料價格上漲,因此推進品位?廉價原燃料的使用技術成為了重要的開發課題? 2.2.1開發在燒結礦生產過程中使用廉價鐵礦石的技術 關于鐵礦石的購入,為降運輸成本,已由從購買巴西礦轉為購買澳礦,而且增加澳礦中屬于廉價礦石的針鐵礦(以鉛藍方石礦為主,從1992年開始購買揚迪礦,從2002年開始購買馬拉曼巴礦)的購入?針鐵礦含有很多結晶水?由于其中的鉛藍方石礦的脈石及脈石中的氧化鋁成分和結晶水含高,而馬拉曼巴礦含有很多的細礦,岡此這些礦的燒結性能差,會導致燒結礦的強度下降,這是一個難題?作為大使用鉛藍方石礦的技術是,積極推進氧化鋁無害化技術,為此新同鐵開發了采用選擇制粒法使氧化鋁封閉(無害化)的技術? 另一方面,通過提高燒結機供料滾筒下的進料器的功能(ISF和風力篩選等)?采用機架燒結法等提高燒結機的生產率?采用減少副原料法生產Sioz燒結礦?通過強化制粒改善偽粒子結構,由此提高了燒結礦的冷態轉鼓強度(TI)和落下強度(SI),同時增加了針鐵礦的使用比例?通過這些技術開發,2004年澳礦中的針鐵礦的使用比例達到了60%左右,并計劃從第_年開始購買高P布魯克曼礦或與馬拉曼巴礦混合的礦石?以制粒技術為核心的技術開發正在進行當中? 2.2.2焦炭生產中使用弱粘結煤技術的開發 關于還原劑,不僅實施了從風口噴吹粉煤的技術,而且在煉焦過程中還逐年增加了比粘結煤便宜的弱粘結煤的使用比例?在提高焦爐使用弱粘結煤比例時,采用提高焦炭強度的技術是不可或缺的?除了采用CDQ外,新日鐵還開發了煤的調濕技術(CMC)和型煤煉焦技術(DAPS)?通過這些新技術的開發,配合煤中的水分已由90年代初期的18%左右下降到1999年的5%以下,存焦炭強度保持不變的條件下,弱粘結煤的使用比例超過了50%? 近年來,隨著高爐增產要求的提高,出現了以提高焦炭強度(DI15015)為優先,弱粘結煤的使用比率小于50%的變化?關于高強度焦炭的生產和增加弱粘結煤使用的技術,目前正在進行煤配比技術的研究,如采用高溫in—suitNUR成像法評價煤的新方法和控制膨脹壓的方法等? 2.3高爐噴煤和高利用系數?焦比操作技術 2.3.1高爐大使用粉煤技術的開發 高爐噴煤技術不僅可以降煉鐵成本,而且可以減小焦爐的操作負擔,延長焦爐壽命? 日本的高爐噴煤技術起始于1981年新同鐵大分廠的1號高爐,其后普及到各鋼鐵公司高爐?當初,主要是對粉煤的燃燒性進行研究?后來,隨著噴煤的增加,高爐下部透氣性變差?爐下部熱損失增大和爐缸中心死料柱鈍化變得明顯起來? 在增大粉煤比的過程中,由于礦/焦(0/C)高,因此中心氣流受到抑制;煤氣流向爐周圍;隨著熱流比的下降,爐頂煤氣溫度升高;隨著焦比的減小,焦炭縫隙層厚度縮小?軟融帶的透氣阻力增大;粉煤燃燒性惡化,造成未燃碎焦的蓄積,焦粉在爐缸中心死料柱表層蓄積增大,造成爐缸中心死料柱鈍化;因礦石層還原性和高溫特性變差,造成高Fe0渣滴下,爐溫下降;存生產SiO2燒結礦時,由于高Al203渣的滴下,造成渣的流動性變差等? 為解決上述課題,實施了以下各種技術,如高礦/焦時爐料分布的最佳控制技術(控制中心流和邊緣流,如神戶制鋼公司開發的中心裝焦法?新日鐵開發的安裝回跳板裝置等);粉煤燃燒性控制技術(對過剩氧比和燃燒性?粉煤噴吹的最佳位置?噴槍的最佳形狀進行了研究);改善高礦/焦時的高溫還原特性(對控制熱流比?減薄焦炭層及礦石層?增加小塊焦炭使用技術和減少渣改善礦石層高溫還原特性的方法進行了研究);抑制焦粉在爐下部周圍蓄積的技術(對焦炭的粉化機理和抑制粉化的技術進行了研究;對風口回旋區內及周同的填充結構?粉體及流體的行為?包括優化風口風速在內的鼓風條件等進行了研究)? 新日鐵1994年在君津廠5號高爐進行了噴吹粉煤200kg/t的試驗,1998年在室蘭廠使用高A1203原料情況下進行了利用系數為2.14?噴煤比為191.4kg/t的操作?另一方面,PCR>200kg/t的操作有神戶制鋼公司加古廠?的l號高爐?JFE鋼公司福山廠的3號高爐?上海寶鋼的1號高爐和韓國浦項的3號高爐?尤其是上海寶鋼的1號高爐和韓國浦項的3號高爐取得過剩氧比為0.6?礦/焦為6.0的操作,至今被認為是極限操作?雖然各高爐的利用系數和還原劑比不同,但在實施高PCR操作時,為抑制焦炭在爐下部發生粉化?改善礦石層的高溫特性,因此在原燃料質方面,使用了強度高(高DI)的焦炭和高溫還原特性好的Si02A1203燒結礦? 新日鐵近年來在增加高爐噴吹發熱高?揮發份的粉煤和改善高爐圓周平衡?改善粉煤燃燒性?尤其是使用高強度焦炭的前提下,重新研究了風口鼓風條件和高爐形狀? 2.3.2高爐還原劑比操作技術 采用Rist模型等對有關降高爐還原劑比的技術進行了理論研究,主要有以下幾方面:(1)改善爐身效率(提高燒結礦的被還原性和控制爐料分布等);(2)降維氏體還原平衡點(w點)的溫度(使用高反應性焦炭的技術);(3)提高風口處輸入的熱(提高鼓風溫度?降鼓風濕度等);(4)減少出鐵時帶出的熱(減少Si?降出鐵出渣濕度);(5)減小爐體熱損失等? 雖然以往實施的還原劑比操作因使用輔助還原劑種類的不同而不同,但它們都是上述各種技術的具體反映,其具有代表性的例子是JFE鋼公司福山廠3號高爐(爐容積3223m3)的還原劑比為396kg/t(1981年焦油42.1kg/t?焦比354kg/t)?新日鐵室蘭廠2號高爐(爐容積2296m3)的還原劑比為440kg/t(采用油焦操作,焦比440kg/t)?改為噴煤操作后,1994年新日鐵大分廠2號高爐(爐容積5245m3)的還原劑比為455kg/t(噴煤比為98kg/t?焦比為257kg/t)?2002年韓國浦項3號高爐(爐容積3795m3)的還原劑比為493kg/t(噴煤比為222.3kg/t?焦比為271kg/t)? 新日鐵大分廠2號高爐的還原劑比操作增加了小塊焦的使用?降了礦石層的厚度(改善礦石的高溫還原特性)?減小了鼓風濕度?改善了燒結礦的被還原性? 在煉鐵研究方面,除了開發改善燒結礦高溫特性的技術外,還開發了高爐熱平衡帶溫度控制技術(還原平衡點的控制),尤其是半還原燒結礦的生產使用技術正在開發當中? 關于熱平衡帶溫度控制技術,新同鐵比其它公司更早進行高反應焦炭的生產使用技術的開發,在北海煉鐵廠2號高爐進行了使用神華煤生產的高反應性焦炭的試驗,并確認了其效果?另外最近正在開發使用非燒結含碳塊礦來降熱平衡帶溫度的技術? 關于半還原礦的生產使用技術,提出了兩段還原步驟?例如,以難燒結原料為對象,利用海外廉價天然氣在海外生產高爐用的半還原礦,然后運回國內使用,其目的是要使高爐提高利用系數?降還原劑比,它還是一項有助于環保?減少CO2排放的技術? 2.3.3高爐模擬模型的開發 作為弄清高爐爐內現象和工藝解析的技術,開發了高爐綜合模型?高爐是在氣體?固體?液體和粉體共存下,進行多種反應的非常復雜的對流移動層型反應容器,從爐上部裝入的常溫礦石經升溫加熱?還原反應和軟化后,最終熔融?滴下?在計算機上構建高爐后,求出了數學模型作為一個脫機模擬器的作用?上世紀80年代,日本各鋼鐵公司都在進行實用的高爐二維綜合模型的開發,隨著計算機功能的提高,開發了三維正常和非正常模型,另外粉煤大噴吹技術的發展,為對高爐下部焦炭發生的粉化和粉煤發生未燃的行為進行解析,在氣固液3相的基礎上又增加了粉體相,開發了四流體高爐模型,尤其是還開發了把渣一金屬作為液相的五流體高爐模型,大致完成了數學模型基本框架的開發? 新日鐵在80年代前期杉山等人開發的二維正常高爐綜合模型(BRIGHT模型)的基礎上,進一步提高副模型的解析精度?具體說來就是,利用松崎等人開發的爐料分布控制模型?內藤等人開發的燒結礦還?原模型?還原粉化模型?高溫特性評價和軟融帶形狀確定模型,對副模型進行了改進,通過增加操作預測模型(N—BRIGHT模型)的功能,達到了提高解析精度的目的?另外,隨著90年代后期電腦快速發展,目前已能通過電腦對解析環境進行調整,在解析結果中增設圖解顯示功能?作為其它處理高爐內現象的模型,有粉煤燃燒模型?爐下部非正常模型?爐底鐵水流模型,最近正在開發使用離散要素模型的二維或三維爐料分布控制模型? 另外,隨著計算機的改進和計算速度的提高,在高爐檢測設備方面采用了通用的LAN,能進行大的數據處理?目前,正在新日鐵君津廠的3號?4號高爐上進行N—BRIGHT模型的在線解析,還構建了以讀出數據為基礎的操作判斷系統(Venus)作為爐內可視工具,并將其作為高爐系統應用于操作管理? 2.4延長高爐和焦爐壽命技術的開發 2.4.1延長高爐壽命 為抑制高爐大修時大設備投資和防止大修過程中產的變化,開發了許多延長高爐壽命的技術,使每單位爐內容積的累計出鐵超過11000t? 為延長高爐壽命,以下幾項都是不可缺少的,(1)高爐建設時的設計;(2)生產過程中的操作管理技術;(3)爐了壽命后期的壽命延長技術和修補技術? 如果扣除計劃停爐,控制高爐壽命的部位主要是爐身部和爐底部?在1986年以后的10年間因爐腹和爐腰部的損毀而停爐的情況比以前減少了,大部分是因爐缸侵蝕而停爐的? 關于控制高爐壽命的爐喉?爐身和爐底各部位的長壽化設備技術,在爐身上部采用了立式冷卻壁式水冷板,從爐身下部到爐腰部采用了冷卻盤管和立式冷卻壁,提高了冷卻能力,另外通過改進耐火材料,提高了耐火材料的耐用性?尤其是在熱負荷高的部位,采用了第4代立式冷卻壁和銅制立式冷卻壁? 另一方面,自1990年以后提高爐缸擘耐蝕性已成為最重要的課題,因此對碳磚材質進行了改善和強化冷卻?提高碳磚的熱傳導率和細化磚的氣孔徑來防止鐵水侵入?用冷卻機降水溫和在爐底壁采用銅制立式冷卻壁等為延長高爐壽命起了很大的作用? 2.4.2延長焦爐壽命 日本焦爐大部分足在上世紀70年代經濟高速發展時期建的,平均爐齡為33年,有的超過了40年?由于未來焦炭短缺已成為緊迫課題,在焦爐老化過程中建設新焦爐需要巨大的投資,因此必須研究開發延長焦爐壽命的技術,努力使焦爐壽命超過50年? 作為延長焦爐壽命的措施,新日鐵對焦爐炭化室石墨粘附的機理進行了解析,研究了對應措施,而且還開發了焦爐炭化室爐壁診斷和修補裝置以及焦爐更新技術的開發? 2.5資源再利用和節能技術 為構建有效利用資源的循環型社會,日本實施了以下措施,推進零排放鋼鐵廠的建設?(1)推進節能技術,防止全球變暖;(2)構建循環型社會(粉塵?渣和廢鋼鐵等副產物基本100%再利用,尤其是推進將廢塑料?廢輪胎?廢金屬和廢家電等鋼鐵』一以外的廢棄物再利用技術);(3)積極開發生態產品(開發壽命長?功能多?無有害物鋼材和開發氣化熔融爐等生態裝置)? 2.5.1利用煉鐵工藝將資源再利用的技術 2004年度新日鐵扣除從鋼鐵生產工序中產生的廢鋼,共產生了1760萬的副產物?其中,渣占70%左右,其它為粉塵和污泥等?高爐渣可以100%再利用,主要用作水泥原料?路基材料和取代沙的集料? 對于廠內產生的粉塵?污泥,為促進其用作企業內的生產原料和鋅精煉用原料,新日鐵作為鋼鐵聯合企業于2000年在君津廠和廣煙廠采用了回轉式還原爐(RHF設備),屬世界最早?它將含有鐵和碳的粉塵及污泥做成粒狀或塊狀,通過存RHF內加熱還原,可以一面促進脫鋅,一面還原,由此生產的金屬鐵可以再用于高爐和電爐? 關于廠外廢棄物的再利用,正在推進利用現有煉鐵工藝對廢塑料進行再利用?JFE鋼公司和神廣制鋼公司是用高爐對廢塑料進行再利用,新日鐵則采用焦爐化學原料處理技術對廢塑料進行再利用?2000年名古屋制鐵所和君津制鐵所開始對廢塑料進行再利用,2002年八幡制鐵所和室蘭制鐵所開始對廢塑料進行再利用,2004年大分制鐵所開始對廢塑料進行再利用,目前已具備年處理廢塑料大約20多萬噸的能力? 除此之外,還能對包括不燃燒物在內的各種垃圾(可燃垃圾?不可燃垃圾?大塊垃圾?資源垃圾?污泥?填埋垃圾)進行處理?目前,日本國內已有20多座直接熔融爐,而且還開發了具有多種功能的熔融還原爐,用于處理商業廢金屬和粉塵等? 2.5.2向節能技術的挑戰 根據自上世紀90年代以來日本鋼鐵工業的能耗趨勢可知,日本鋼鐵工業在粗鋼產1億噸的前提下,以實現2010年的能耗比1990年減少11.5%為目標(其中1.5%為廢塑料等的再利用),正在積極開發節能技術?2004年1月24日新同鐵的三村社長在經濟產業大臣咨詢機構的綜合資源調查會上發表了題為“2030年的能源展望”的演講,塒節能的研究技術進行了概述?根據這一路線圖,煉鐵部門要擴大現有節能技術的應用和擴大廢塑料等的再利用處理數(鋼鐵行業年處理為100萬噸,新日鐵的目標是年處理30萬噸),尤其是目前正在推進降高爐還原劑比的技術? 從1 999年到2004年,進行了“有關能源減半?環境負荷最小化高爐創新煉鐵反應的研究”,這是一項以當時的北海道大學的石井邦宜教授為首開展的日本國家項目?新日鐵參加了還原性和熔融性好的高強度礦石接合體的組成和結構設計研究小組,對有關脈石成分和氣孔結構的優化進行了研究,提出了以下2點:(1)提出了能高速還原且能在溫滴下的塊礦和最佳使用比例;(2)試制了各種含C非燒結塊礦,可使高爐的熱平衡帶溫度比以往下降200℃左右(1000℃à820℃),該技術有望成為減少C02排放的技術?它作為日本國內鋼鐵工業的課題,今后還需進一步研究? 另一方面,前年作為日本項目而推進的新一代焦爐一SCOPE21,經過10年左右的研究,2002年在新日鐵名古屋制鐵所的50t/d的中試設備上進行了試驗,結果表明生產率提高了2.4倍?增加了弱粘結煤的使用(20%一50%)?減輕了環境污染(NOX減少了30%(<100ppm))?能耗減少2 1%?由此決定在大分制鐵所進行實際應用,它有望成為減少能耗的工藝? 2.6新一代煉鐵技術的發展 包括尚未實際應用正在研究開發中的上藝在內,在綜合各種技術后描繪了新一代高爐輪廓,提出了新一代高爐的工藝概念? 焦炭的作用主要足產生熱源和還原氣體,它還起透氣和透液媒介物的作用(高強度化)和抑制熱平衡帶溫度?改善爐內反應效率的作用(高反應性化)?對于礦石原料,由于提出了高生產率和還原劑比的要求,因此考慮使用高強度?高氣孔型的被還原性高的燒結礦或非燒結含碳塊礦,而且還考慮使用半還原鐵和廢鋼?另外,還包括了煉鐵使用廢鋼作為減少C02的技術和采用歐洲正在研究的將脫C02的爐頂氣體吹入爐身部和風口部的技術,及采用過去全力研究開發的從風口噴吹粉礦石的技術? 作為參考,最近使用了平均灰分為11.5%的焦炭和各種礦石,在目前設備條件下(鼓風濕度上限為1250℃),對上述工藝的各種臨界操作因素進行了計算(表1)? 以過去還原劑比最的JFE鋼公司福山廠3號高爐的操作為基礎條件,根據在目前原燃料條件下,計算了各種操作因素(還原劑比為428kg/t)?①噴吹廢塑料;②從風口噴吹粉礦石(在這里噴吹預還原率為70%的粉礦石);③從爐頂裝入還原鐵(100kg/t);④使用高反應性焦炭控制還原平衡點(熱平衡帶溫度下降100℃);⑤脫CO2的爐頂氣體吹入爐身部和風口噴吹操作時的各種因素?表中的C比是煉鐵工序中的C,考慮到燒結工序和煉焦工序中的C收得率等,因此可以用總C比=(CR/0.65+PC+73.6·SR/1000)·(C)PC+PC2·(C)PC2來評價?但是,制氧和還原鐵(以在海外用天然氣還原為前提)生產所需的C比除外?在目前噴煤操作下的C比為580—630kg/t左右,為使C比比目前操作減少10%,因此有必要確立第3種情況以后的操作技術? 3.未來1 0年的發展方向 圍繞煉鐵的資源和環境的問題今后仍將進一步嚴峻?另外,可以預計日本與鄰國的競爭也將進一步加劇?因此,今后以下課題也將重要,即: ●存現有技術改進方面,降煉鐵成本已到極限; ●現有設備不斷老化; ●全世界焦炭短缺日益嚴重,依靠海外也已變得困難; ●為防止全球變暖和構建循環型社會,對環保的要求將進一步提高; ●對優化工藝的要求進一步提高? 針對上述課題,應從新的角度來進行技術開發?例如, (1)對原料進行改進,包括在礦山所在地對原料進行預處理,由此可大幅度減輕高爐的熔融還原負荷? (2)設備的集約化和高效化? (3)提高煉鐵副產物的附加值? (4)通過采用將煤改質工藝和靜脈產業工藝相結合的煉鐵法,為構建循環型社會做貢獻? (5)人才的培養和設備的自動化? 煉鐵部門在應對上述課題時,應與礦山所存地的公司和有關行業共同協作,與大學密切合作,力求開發與時代相符的新技術? 。
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