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【2018钢铁印记】瞄准高质量发展 增强技术创效力

发布日期:2018-12-29 作者:西安鹏远冶金 点击:

   又到岁末盘点时,这一年,钢铁企业在高质量发展的道路上砥砺前行,产、学、研各环节都在围绕这一目标进行优化创新,力求进一步发挥技术的力量,提升企业的竞争力。作为见证者,本期装备技术版对今年的相关报道内容进行了梳理和总结,希望再接再厉,实现共同进步!

  炼铁:进一步解放思想、创新技术,实现科学炼铁

  经过长久的发展,我国炼铁生产取得了突出的成绩,技术进步明显。站在钢铁行业转型升级的当下,如何进一步发挥高效炼铁的作用,从而跟上行业形势的变化,推动企业的发展,需要炼铁人进一步解放思想,创新技术,科学炼铁。

  高炉炼铁是用焦炭和喷吹燃料(如煤粉、天然气或重油等)含碳原料将含铁炉料中的铁氧化物还原、加热,并依靠焦炭在高温状态下保持固态的“骨架”支撑条件,经过炉缸渣—铁反应后,排出渣铁的过程。因此,可以认为高炉炼铁所需的炉料结构应该包括两个方面,即含碳炉料与含铁炉料。含铁炉料是有害元素的主要带入者,入炉量78%的碱金属和97%的锌由含铁炉料带入。尽管入炉焦炭的粒度接近,有害元素在高炉高温区的含量高,风口焦炭的平均粒度反而低。前人已开展了大量含碳炉料或含铁炉料性能的研究工作,但将含碳炉料与含铁炉料共同考虑的广义炉料结构鲜有报道。广义炉料结构优化,应考虑以有害元素控制为中心的含碳炉料与含铁炉料的优化搭配。高炉炼铁存在以有害元素控制为中心的含碳炉料与含铁炉料的优化空间。

  废钢作为一种金属铁料,是完全可以部分替代其他含铁炉料在高炉中使用的。这一点在理论上和国内外实践上均得到充分证明。欧洲和北美的许多高炉炉料中,都有数量不等的废钢等金属料,最高超过200kg/t。废钢替代铁矿石的节能效果体现在有效地降低高炉燃料比和提高高炉产量上。国外的某经验数据是,吨铁加100kg废钢,降低焦比30kg/t,提高产量4%~6%。废钢用于高炉—转炉流程的CO2排放来自高炉消耗的焦炭,以及含碳铁水在转炉炼钢的脱碳反应。将以煤气方式带走的碳考虑在内,全部的CO2排放量估算约为380k/t钢。这仅为使用铁矿石的高炉—转炉流程CO2排放总量的1/5。在当前的钢铁原燃料价格体系下,高炉加废钢替代铁矿石会使铁水成本上升,进而带来最终钢水成本的增加。但与全废钢电炉流程相比,高炉加废钢会表现出更好的经济性。综合评价,以煤炭火力发电为基础,在当前条件下,高炉加废钢会比电炉使用废钢更节能、更环保和更经济。

  评价高炉炼铁生产效率的新方法,是用炉缸面积利用系数和炉腹煤气量指数来取代容积利用系数和焦炭冶炼强度,可以有效地分析高炉生产中的问题,有助于制订合理的操作制度。几年来,评价高炉生产效率的新方法也得到了实践的验证,证明是一种更为实用的方法。用炉腹煤气量指数、吨铁炉腹煤气量、吨铁风口耗氧量、煤气利用率作为尺度来判断高炉的效率比较准确。分析面积利用系数及上述4个参数的变化,可以找出炉况变化的潜在因素,从而采取适当措施。在目前条件下,操作良好高炉的面积利用系数大于62t/(m2·d),燃料比为490kg/t,适宜的炉腹煤气量指数为50m/min~58m/min,吨铁炉腹煤气量小于1350m3/t,煤气利用率高于50%,吨铁风口耗氧量低于260m3/t,那就达到了世界喷煤高炉的先进水平。

福建11选5开奖结果查询  近两年来,我国炼铁生产在淘汰落后产能、提高原燃料质量、高炉大型化、炼铁环保技术和非高炉炼铁技术等方面都取得了进展,但我国高炉炼铁生产还存在若干问题,需要注意。一是高炉原燃料质量及评价体系有待进一步改善。二是高炉焦比、燃料比偏高。三是高炉长寿发展不均衡,我国高炉平均寿命与国外高炉相比还存在较大差距。四是炼铁资源利用及环保存在问题。钢铁企业需要更为有效的低成本污染物处理技术,探索以较低的成本完成污染物处理。为应对新时期的挑战,我国高炉炼铁技术持续发展应遵循以下路径:深入贯彻精料方针;稳定高炉操作,努力提高煤气利用率,提高风温,富氧喷吹,大幅度降低燃料比;重视高炉安全长寿与环境保护;探索高炉智能生产技术;注重基础理论研究,不断研发新工艺和新技术。

  在非高炉炼铁技术方面,山东墨龙HIsmelt工厂的建成是熔融还原技术工业化进程中的一次重大突破,同时也标志着HIsmelt技术进入了一个崭新的发展阶段,将对熔融还原技术的发展起到显著的引领和示范作用。从2016年12月份正式生产开始到2018年4月份,墨龙HIsmelt工厂共计产出40万吨产品,当前日最高产量达到1920吨、月产量达到50572吨,已超过HIsmelt技术的历史最高纪录(澳大利亚Hismelt工厂自2005年开始生产至2007年共产出铸铁15.5万吨)。工厂最高产量已达到设计产能的80%,持续作业率已经超过95.8%,已经基本实现稳定连续运行。HIsmelt技术独特的工艺特性,为其在钒钛矿和高磷矿资源利用方面提供了更多可能,未来将在推动资源综合利用方面取得新的突破。

  炼钢:推进高效低成本洁净钢冶炼与全废钢冶炼

  随着市场需求的升级,洁净钢的冶炼日益普及。对于转炉流程为主的我国来说,建立高效低成本洁净钢冶炼平台是时代发展的要求。而伴随废钢积蓄量的增加以及节能减排的严格要求,我国电炉炼钢迎来了大发展的时机。

  洁净钢冶炼必须与转炉高效化和低成本生产相结合。目前,国内对高效低成本洁净钢冶炼技术和生产定义不明确,概念模糊,对研究开发“高效低成本洁净钢”冶炼技术和建设生产技术平台不利。目前,绝大多数钢厂仍采用以炉外精炼为主体的传统洁净钢生产流程。经过多年发展,我国已为高效低成本洁净钢冶炼技术工艺创新建立了完备的理论基础。根据国内炼钢厂的技术装备水平,开发采用高效低成本洁净钢生产流程的基本特点是根据不同品质钢材的质量要求,采用最经济、最高效的生产工艺,提高产品的竞争力。

  此外,国内废钢积累量增加带来的废钢价格下降,以及日益严格的碳排放政策将推动转炉流程消耗更多的废钢,开发能够提高废钢使用量的转炉炼钢方法成为大势所趋。可以预见,高废钢比冶炼技术在转炉炼钢领域的重要性将日益突出,然而,废钢预热、二次燃烧、燃料添加和底喷粉等相关配套技术仍有待研发和整合。其中,既能喷吹碳粉又能喷吹氧气和石灰粉的转炉底喷粉技术将成为转炉高废钢比冶炼和降本增效的关键技术。因此,加大转炉底喷粉技术的研发力度,推动转炉高废钢比和高效、低成本冶炼,将成为我国转炉炼钢发展的重要方向之一。

  随着去产能、取缔“地条钢”、加强环保督查等政策的持续推进,我国废钢资源和电力供应情况得到进一步改善,在“十三五”期间,这种改变将越来越明显。2025年,我国废钢年产量将达2亿吨~3亿吨,2030年有可能达到3.2亿吨~3.5亿吨,这将对钢铁工业结构调整、技术进步、节能环保发展产生重大影响。

  电炉炼钢是以废钢铁为主要原料、以电为能源进行炼钢的一种工艺,在钢铁生产中属于短流程工艺,以区别于使用铁矿石、焦炭的长流程炼钢工艺。电弧炉是电炉炼钢最常用的设备,相比高炉—转炉长流程炼钢,没有焦炉、烧结机和高炉等排放较高的工序,且具有CO2等温室气体排放较低、能源消耗较低的优点。我国的钢铁生产技术正处于引领世界钢铁工业发展的前期,短流程钢铁生产工艺会是下一步发展方向。现在的市场和行业形势对电炉炼钢的自主创新是很有利的,因此,要加大对各种工艺装备的研究支持和技术导向,同时应当注意防止大量上马低水平电炉炼钢,避免在品种、质量和能耗环保上难以适应钢铁行业转型升级的需要。要加大工艺技术、智能化技术、钢铁绿色制造等方面的研发和突破,加快碳交易市场建设,坚持绿色、高效、低污染的发展原则,减少传统电炉开炉盖加废钢的不足,推广废钢预热并连续加入特别是二噁英处理达标的生态型电炉。还要培养一批掌握现代电炉炼钢技术的人才,合理有序地发展电炉炼钢。

  总而言之,打破传统观念,把握世界炼钢技术发展的大趋势,实现原始创新和技术集成,需要做好以下创新工作:一是打造高效化炼钢新工艺。这就要求改变传统热力学与动力学条件,提高各基元反应的极限和速度;与现代物流网和大数据相结合,实现万物互联,减少缓冲环节,保证各工序间平稳有序地运行;采用智能化操作系统,减少人工操作产生的失误与迟滞,使传统冶金与现代信息技术完美融合。二是打造高效低成本洁净钢生产工艺。针对第二代铁水“三脱”工艺存在的脱硫与脱硅、脱磷相分离,脱磷炉回硫较严重,低温下难以形成高碱度炉渣,影响脱磷、硫效果,以及炉渣无法循环利用等技术问题,大胆创新,突破传统束缚,研究开发出更高效率、更完美的新工艺方法。三是打造新型全废钢冶炼工艺。当前,我国废钢积蓄量日益增多,废钢产量已超过1.5亿吨/年,预计到2020年可达到2亿吨/年。降低铁钢比可以最大限度地减少污染和能耗。增加炼钢生产中的废钢用量,一方面要努力提高转炉废钢比,另一方面要积极研究开发新型高效的全废钢冶炼工艺,提升电炉炼钢的市场竞争力。

  轧钢:绿色化、智能化、优质化是方向

  为了适应消费升级和经济发展,我们亟须提升产品质量,开发创新产品,生产减量化、高性能、耐腐蚀、无污染、长寿命、易循环的优质钢材,实现产品优质化。轧制环节是钢铁工业的成型工序,是最接近用户的工序。它的发展尤其深刻地体现了“工艺绿色化、装备智能化、产品优质化”这个钢铁工业的基本发展趋势。认清这个趋势,对于我们改造、提升已有的轧制过程,加速轧钢行业的技术进步和转型发展具有重要意义。

  钢铁工业是典型的流程工业,流程中的各个环节都会对最终产品发生影响,它们的综合作用,决定全流程的整体效果。因此,解决轧制过程的问题,也必须改变过去孤岛式的研究,从整个流程的一体化全局出发、从与上游工序的衔接和相互影响出发,探求改进轧制过程、实现上下游工序协同的途径。如果连铸之后,利用连铸坯“外冷内热”的温度分布状态,在心部温度1250℃~1450℃超高温状态下对粘塑性区施以较大的轧制压下,则有利于促进心部的变形与流动,消除连铸坯心部的疏松、偏析等缺陷,改善连铸坯的心部质量。这一过程可以在连铸机内部、最终凝固点附近进行,称为“凝固末端大压下”,也可以在连铸机出口额外安装轧机,进行轧制高温粘塑性变形。

  如果设法提高连铸拉速,使连铸机产量与轧机相匹配,铸坯可以连续进入轧机,则可以实现无头轧制。无头轧制技术可以实现轧制工序与连铸工序的融合,对于材料加工过程的稳定化、提高产品质量有重要作用。例如,薄板坯无头轧制是低成本、高性能的稳恒轧制过程,适于精确组织调控,开发薄规格先进高强钢,实现“以热代冷”。我国山东日照钢铁引进的薄带无头轧制生产线,铸坯厚度70mm~90mm,7m/s的高拉速,最小产品厚度为0.8mm。

  热轧钢材控制轧制与控制冷却技术成为轧制技术的发展重点,这其中的关键是以新一代超快冷为核心的全热加工过程(轧制与冷却)控制冷却技术。钢材热加工过程有3个重要的组织转变温度区间,分别是再结晶温度区间、碳氮化物析出温度区间、相变温度区间,它们是进行组织调控的重点。组织调控的最新手段是超快冷技术。此外,可以开展轧制工艺设计。材料轧制工艺设计是对全过程的变形温度、变形程度、变形速度(针对钢种进行个性化的开发)进行控制,实行合理的、节能的、高效的全轧程轧制负荷分配。

  热轧与冷轧一体化控制技术是轧制技术的另一大发展重点,其主要包括超级板形—板凸度控制和热轧—冷轧—退火一体化组织、性能控制技术。这些控制技术有利于深入发掘材料的潜力,大幅提高产品性能。

  轧制环节的技术进步,还包括先进冷轧、热处理/涂镀工艺与装备技术的应用,如冷轧板形智能控制、冷轧薄带钢快速加热技术及工业化应用和薄带钢无氧化快速冷却技术等。增材制造与复合材料也成为大家关注的热点。业内利用“真空制坯+轧制复合”的方法,已开发出轧制复合海洋用钢、复合管线钢和特厚复合钢板等产品,例如可以获得高界面复合强度的容器钢等高端产品。但是,复合方法、复合界面的优化和处理等方面仍有许多亟待解决的问题,需要加强开发。

  身处信息化时代的钢铁行业,钢铁轧制过程的信息化与智能化成为时代的使命。我国“十三五”重大专项已经立项实施的智能化项目,目标是建立真正达到工业4.0水平的示范样板线。这些项目的实施,在“十三五”期间将打破彼此封闭的信息化“孤岛”,实现典型示范生产线的全流程、一体化智能制造,全面做到“信息深度感知、协调精准控制、智能优化决策、自主学习提升”,将我国钢铁生产的管理、质量、效率等都提高到一个前所未有的智能化高水平。

  此外,材料设计的绿色化新理念要求我们做到“减量化、低成本、高性能”。在钢铁材料开发过程中,我们要做到以下几点:一是资源节约型的成分设计,尽量减少合金元素含量,或使用廉价元素代替昂贵元素;二是要采用节省资源和能源、减少排放、环境友好的减量化轧制工艺方法;三是从市场中发现新的组织和性能需求,逆向倒推,促进轧制工艺技术创新和新型材料的创制;四是量大面广产品的升级换代和高端产品的规模生产都要遵循绿色化理念。

  


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