钢铁技术的最新发展

冶金管理2010年第5期

钢铁技术的最新发展

目前，虽然世界钢铁产业尚未出现突破性生产技术，包括新一代炼铁和炼钢技术，但许多国家和钢铁企业仍在继续开发各种满足环境、用户需求的生产技术，其中的着眼点主要放在节能减排、降低成本以及提高企业竞争力方面。

一、钢铁技术开发的宣言：高效、高质量和低环境负荷

目前，美国钢铁业继续在开展炼钢过程基础性研发工作，以应对愈加严苛的环保法规。自金融危机爆发以来，北美钢铁企业的投资力度减弱，但钢铁新技术的研发一刻都没有停止，新技术将带来钢铁工业的变革。美国钢铁协会（AISI ）环境和制造技术委员会称，环境政策的调整已经成为钢铁技术研发的主要推动力。特别是随着能源价格日渐高涨，新技术的方向将是尽可能地使用当前浪费的能源，降低冶炼和连铸的能源消耗强度，以及碳捕获和储存。

未来3-4年碳成本将继续冲击钢铁行业，钢铁企业寻求降低能源消耗，减少二氧化碳排放，能源循环利用，并且需要在钢铁企业的电厂采用碳捕获和储存技术。此外，钢铁企业还需要向消费者提供更符合要求的高质量钢材。过去5-10年，钢铁生产技术已经取得长足发展，其中包括先进的自动控制技术，钢厂能够动态调整，生产出更优质的钢材产品；无头带钢轧制生产技术；高炉新型炉顶装料技术；碳减排技术等。同时，为了迎接各种新挑战，钢铁设备制造商也在不断开发新设备。

1.自动控制技术

谢维尔北美钢铁公司负责冶金技术的主管表示，

过程自动控制技术对钢厂（尤其是高炉）的重要性日益提升，并且在几年前已经应用于迪尔伯恩厂C 号高炉的重建上，使用了更多的数字传感器和离线过程模拟技术，改善高炉运行，提高高炉的生产效率。谢维尔钢铁公司还通过使用高炉喷煤技术，降低碳排放。

美国钢铁协会和美国能源署合作开发热轧带钢厂计算机控制模型，可以模拟热轧过程，离线计算轧制温度和轧制压力，预报微观结构和钢材产品的力学性能，为钢厂生产各个品种规格的带钢提供配置数据。此外，

美国普渡大学机械工程系教授还在研发其他钢铁生产过程控制项目，涉及高炉上部模型，目标是到2015年每短吨铁水的喷煤量从300磅提升至500磅，节电85

kWh 。这一技术仅仅在普渡大学的实验室实验成功，高炉实际应用还需要3-5年的时间。加拿大麦克马斯特大学正在研究双向直缸炉（PSH ），生产直接还原球团，与其他生产方法相比，能源消耗不足30%。该技术已经在实验室获得成功，今后两年内将在美国钢铁公司建设试验工厂。

2.无头带钢轧制生产技术

2009年，意大利阿尔维迪公司在其克雷默纳钢厂投产并商业化运转了无头带钢生产设备———ESP R ，这种生产方法是热轧带钢新的生产方式，它可以大幅提高生产效率和降低钢铁生产带来的环境负荷。这种短流程钢厂中的带钢连续生产过程无需利用中间产物———板坯，且其生产的热轧带卷最小厚度可以达到0.8mm 、宽度为1570mm ，可以生产高质量普通钢和特殊钢带卷。

相比传统热轧带钢生产方式，即使是薄板坯连铸连轧，无头带钢生产的优势是：能源消耗降低了50%-

70%，且其他消耗品，如结晶器的成本较低。

□黄涛

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此外，克雷默纳钢厂的ESP R 设备非常紧凑，从连铸机到地下卷取机的距离仅有190米长，而薄板坯连铸连轧生产线有430米长，传统的热轧带卷生产线更是长达1000米以上。从连铸到最终产品———

带卷所需时间仅有4.5分钟。从电炉废钢熔化开始的生产周期仅有90分钟。

ESP 设备是阿尔维迪公司创建人和董事长Gio -vanni Arvedi 领导的开发团队20年开发的结晶。该技术也是该公司现有ISP 技术发展的必然结果。

在ESP 中，钢水经过带有软压下的薄板坯连铸机生产出薄板坯，其后经过3机架轧机轧制，厚度为8-

20mm 。接着，进入感应加热炉使得中间坯温度保持在1000-1050°C 。然后再经过5机架4辊轧机精轧、冷却、剪切和卷取，带卷最大重量为32吨。

在ESP 生产线中包含有一座250吨Tenova Con -

steel R 废钢预热电炉和两座250吨钢包炉。此外，还有三台地下卷取机。这套设备的产能可以达到200万吨/年，通过提高钢水产量，以及商业生产条件许可，该套设备产能可以提高到300万吨/年。ESP 工艺避免了新薄板坯或是带钢的多次穿引，使得潜在问题的出现最小化，由此收得率提高到97.5%，而ISP 工艺为96.5%。最后一个带卷也具有很好的尺寸精度、表面质量。高度灵活性是该套设备的另一个特点。

厚度仅有0.8mm 的较薄规格热轧带卷可以替代价格更加昂贵的冷轧带卷。此外，ESP 设备可以生产更多钢种，从低碳钢到高碳钢，以及合金钢、电工钢和IF 钢。

对于减轻环境负荷，ESP 设备具有一系列的优势，包括能源、二氧化碳排放和水消耗等均有所减少。

3.塔塔安装新型炉顶装料系统

塔塔钢铁公司詹谢普尔厂成为全球首次采用西门子奥钢联研发的Simetal R 万向环炉顶（Gimbal Top ）装料技术的钢厂。新型炉顶装料系统将用于詹谢普尔厂

C 号高炉，完成大修后的C 好高炉年产量将从40万吨提升至70万吨。

新型Gimbal Top 装料系统采用由万向环支承的锥形布料溜槽，这个倾动溜槽由液压驱动，液压缸通过传动轴、连杆和万向接头而驱动万向环。液压缸的单独动作或者组合动作能够使溜槽轴线可以从90°倾斜至

38°，并且可以调整转速最高达到8rpm 这样，可以在不同速度下以无限多的可能加料模式实现精确布料。采用控制和反馈专有技术对布料溜槽进行控制，控制功能完全集成在高炉装料软件中。这种简单而坚固的设计已在高温高压条件下得到验证，非常适用于高炉装料。与市场上的其他方案不同，该技术为布料提供了足够的灵活性，使用户能够在高炉操作和维护方面显著降低成本。新型炉顶装料系统能够优化高炉燃料的燃烧效率，增加喷煤量，减少焦炭用量，降低高炉维修成本，延长高炉的炉龄。

万向环炉顶（Gimbal Top ）装料技术适用于小型、中型和大型高炉，并且能在现有高炉改造中应用。

4.碳减排技术

美国钢铁协会正主导着北美二氧化碳突破性技术的长期研发项目，研发不产生二氧化碳的钢铁生产新技术。该项目包括两条路径：一个是麻省理工大学研发的熔融氧化物电解工艺（MOE ），另一个是犹他大学研发的氢快速炼铁技术。

熔融氧化物电解工艺已经用于其他金属的生产，如铝、镁、锂、钠和稀土元素，由于采用无碳阳极，不会产生碳氧化物，因而铁矿石只电解出铁和氧。造成这一工艺难以实现工业化应用的关键因素是碳钢生产成本远高于高炉-转炉生产工艺。然而，一旦实施新的环保政策，企业将被征收高额碳排放税，成本结构需要重新计算。麻省理工大学已经证明熔融氧化物电解工艺的可行性，在继续得到美国钢铁协会资金的支持下，计划首先新建实验室规模电解炉，之后建设工业规模电解炉。研究人员预计，10年后该技术有望在钢厂普及。熔融氧化物电解工艺将是革命性的炼铁技术，生产过程不需要焦炭，能够大幅降低能源消耗和碳氧化物的产生。电解炉使用铁矿石粉矿替代球团，还原速度明显快于高炉，并且规格小于高炉。

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