2010年世界钢铁工业十大技术要闻

一、世界最大CDQ在首钢京唐钢铁厂成功应用

首钢京唐钢铁厂采用配合大型焦炉的260t/h大型干熄焦 （CDQ）设备。1号干熄焦装置在2009年5月19日顺利投产，并于2009年8月5日进行了最大处理量测试，各项参数均达到设计指标；2010年1月21日2号干熄焦装置顺利投产。目前两套干熄焦装置运行平稳。

首钢京唐钢铁厂的这套干熄焦设备是目前国际上最大的干熄焦装置，创纪录地达到260t/h。建成后每年可生产蒸汽约110万t；如上述蒸汽全部用于发电，每年可发电约3亿kWh；每年可减排CO2约24万t。

随着国家环保法律法规的进一步完善，对钢铁企业发展提出了更高的要求，具有节能、环保突出功效的干熄焦技术成为钢铁企业加大节能的重要选择。干熄焦是使用惰性气体循环来回收热焦炭显热的设施，回收了热焦炭显热的循环气体通过余热锅炉产生高温高压（或中温中压）蒸汽，用该蒸汽可以发电或者作为钢铁厂的蒸汽热源使用，它是一种经济性很高的节能系统。而且回收显热使用的惰性气体在冷却焦炭的“干熄槽”和“生产蒸汽的余热锅炉”之间是以密闭状态进行循环的，不会向外排放造成大气污染的物质。因此，干熄焦技术彻底改变了传统的湿法熄焦中余热资源浪费以及含有粉尘和有毒、有害物质雾气对大气环境严重污染的状况，是焦化领域中的一次重大变革。除此之外，还可提高焦炭的内在质量，降低高炉入炉焦比2%～2.5%，提高生铁产量1%。干熄焦也因此成为国家鼓励和推广的项目。

 

二、欧洲超低CO2炼钢技术ULCOS取得进展

2004年欧洲钢铁技术平台指导委员会决定实施超低二氧化碳炼钢技术研发项目——ULCOS：Ultra Low CO2 Steelmaking。它是欧盟钢铁业为大幅减少二氧化碳排放而正在研发的突破性炼钢技术。该项目的目标是研发比目前最先进生产工艺的吨钢CO2排放减少50%的科技。该项目得到15个欧盟国家和48家欧盟企业及相关机构的支持，共同参与合作研究和开发。

这个项目分三个阶段实施：第一阶段是研究试验阶段，从2004年到2009年。这一阶段的主要任务是分别测试以煤炭、天然气、电以及生物质能为基础的钢铁生产路线，判断是否有潜力满足钢铁业未来减排二氧化碳的需求；第二阶段是示范阶段，从2010年开始。这一阶段则是在第一阶段测试成果的基础上，在现有工厂进行两个工业化试验，至少运行一年，以检验工艺中可能出现的问题，便于进行修正以及估算投资和运营费用；第三阶段是应用阶段，在对第二阶段工业化试验成果进行经济和技术分析的基础上，建设第一条工业生产线，它将成为真正的工业实践。

在研究初期，ULCOS项目组收集了当前世界上近80种钢铁生产前沿技术，对其应用模型、试验等方法进行了二氧化碳排放、能源消耗、炼钢成本以及可持续性等方面的评估。从中选择了4种具有发展前景的突破性技术进行深入研究：即高炉炉顶煤气循环 （TGRBF）、先进的直接还原工艺（ULCORED）、新的熔融还原工艺（HIsarna）、电解铁矿石（ULCOWIN，ULCOLYSIS）。

CCS技术主要用于配合以碳为还原剂的钢铁生产工艺路线，是大幅减排二氧化碳技术中最具发展前景的选择之一。这项技术是从工艺废气中捕集CO2，并通过地质储藏将其封存，从而阻止CO2排入大气。

ULCOS项目组还研究了利用生物质制造的材料 （部分）代替钢铁工业所用化石类还原剂炼钢的技术。

目前，TGRBF技术的中试和示范厂的建设已于2010年启动，ULCORED工艺启动的时间紧随其后。

 

三、中冶京诚370mm厚板坯连铸机创国产新纪录

2010年10月1日，由中冶京诚工程技术有限公司自主研发、自主设计断面370mm×2600mm宽厚板坯连铸机在江阴兴澄特钢钢铁有限公司成功完成370mm厚铸坯首次热试，热试铸坯断面为370mm×1800mm，钢种为HSLA，连浇三炉，达到了预期要求。取样分析结果表明，铸坯表面质量无缺陷，中心偏析全部小于C1.0级，中心疏松全部小于1.0级，完全满足客户要求。

该连铸机于2008年开始设计，2009年6月投产，研制周期比国际上通常做法缩短了近三分之一，投资比进口同类装备节省三分之二，所采用的工艺设备、三电控制系统及二级模型等由中冶京诚工程技术有限公司自主研发、设计，具有完全自主知识产权。该连铸机采用了结晶器液压振动系统、结晶器专家系统、动态二冷（自适应的二次冷段）及动态轻压下系统等先进技术，达到国际先进水平，实现了投资少、见效快的目的。

中冶京诚充分考虑客户对于更宽、更厚铸坯的需求，以及在投资方面的限制，经过精心设计、制造、调试和工业化生产检验，使得该连铸机不仅在类似规格、相同产量的板坯连铸机中投资最省，而且在产品质量、铸机作业率、设备寿命、降低运行费用方面都超过了许多引进的连铸机。同时创造了多项纪录：370mm×2600mm在目前世界上已投产的板坯连铸机中铸坯断面最大，而且全部国产化；370mm厚铸坯是目前国产板坯连铸机能够生产的最大厚度。

该连铸机可生产的钢种包括碳素结构钢、低合金结构钢、船板钢、管线钢、海洋结构钢、机械工程用钢、模具钢、高合金容器钢、锅炉钢等，供给4300mm宽厚板轧机。

随着我国核电、海洋钻井平台、造船、超高层建筑、重型机械制造等行业中的快速发展，高强度、高韧性和良好焊接性能的超宽、超厚钢板的需求越来越迫切和明确。2000年以来，中冶京诚工程技术有限公司自主设计和总承包的宽度在2000mm以上的宽板坯连铸机累计达11台。370mm厚板坯的生产，为满足客户高性能厚钢板需求打下了坚实的基础。

 

四、太阳能光伏非碳冶金技术实验取得新进展

“非碳冶金”的含义是指在冶金过程中不使用含碳介质为燃料和还原剂，而采用清洁能源炼钢，如太阳能冶金、风能冶金、氢冶金、核能冶金等。北京科技大学冶金与生态工程学院将“非碳冶金”的理念与太阳能光伏发电技术集成，提出“太阳能光伏非碳冶金”概念，并就此进行了实验研究。

“太阳能光伏非碳冶金”是以电子为介质的“非碳冶金”过程，具有很小、极快速的时空尺度，其生产过程中需要的全部能量不涉及化石能源，不使用含碳介质为还原剂，而是利用电流、电弧或氢气还原，这样有望将冶金过程的碳消耗和CO2排放量降至最低。太阳能光伏非碳冶金技术实验研究包括：1）太阳能光伏高温冶金研究，包括直流电弧炉熔炼研究；直流电渣炉熔炼研究；2）太阳能光伏非碳还原研究，包括水溶液电解还原金属研究；电解制氢还原铁矿石研究；3）太阳能光伏非碳还原一熔融研究。无论采用非碳还原何种方案所得到的铁元素，可使用太阳能光伏非碳高温熔炼技术进一步在熔融状态下进行分离、精炼。通过多次实验，已经证明了太阳能光伏非碳冶金在技术上是可行的，并摸索出系统正常运行的相关参数及冶炼数据，为进一步工业化推广奠定了基础。

非碳冶金不再消耗传统化石能源而由清洁、无碳排放的太阳能光伏产生电力。正是由于太阳能光伏发电在能源、资源及环境保护等方面的优势，国家相继出台政策鼓励扶植光伏产业的发展。在碳排量越来越受到关注的时代，非碳冶金的优势会愈加明显，必然会引领钢铁工业向 “生态钢铁冶金”的方向发展。

 

五、世界上第一台异形坯/板坯组合连铸机投产

2010年2月，由西马克公司（SMS Siemag）改造的德国派纳H型钢有限责任公司（Peiner Träger）异型坯/板坯组合连铸机成功投产。位于德国萨尔茨吉特集团旗下的派纳公司是世界著名的异型坯和型材（如钢梁、钢桩和其它特殊型材）的生产基地。在派纳公司系列扩产改造项目中，西马克康卡斯特公司于2005年对该厂大方坯连铸机进行了成功改造。为满足派纳公司多规格产品需要，西马克公司于2009年又负责将原2号异型坯连铸机改造为X-Cast®异型坯/板坯组合连铸机。

 克公司改造后的X-Cast®双流组合连铸机能够浇铸250mm厚、500mm～1100mm宽的板坯以及1150mm×490mm×130mm的异形坯。派纳公司的2号连铸机现在不仅能够生产世界最宽的H型钢异形坯，而且成为世界上第一台浇铸异形坯和板坯的组合连铸机。

 克公司在本台组合连铸机改造项目中提供了浇铸板坯的所有铸坯导向装置、结晶器以及包括工艺过程模型在内的X-Pac®电气和自动化系统。第3和第4夹送辊（第8和第9传动扇形段）可用于浇铸板坯和异型坯的所有规格，更换断面时均不需要更换，因此可缩减投资成本、减少更换时间和提高产量。西马克公司也提供了浇铸异形坯的扇形段，并在设计上作了进一步的创新，可用吹扫和边部加热装置替换扇形段3～5。在该铸机项目中，西马克公司共提供了40个扇形段。该设备经改造后于2010年2月浇注了第一批板坯，随后又成功浇注出异型坯。

 

六、西门子开发基于摄像机的焦炉在线视觉监控系统

西门子奥钢联开发了一项创新性解决方案—基于摄像机的焦炉在线视觉监控系统Pumas（推焦管理系统），将焦炉监控系统和优化的焦炉组机械定位系统结合在一起，提高了炼焦的安全性和生产效率。

该系统允许在焦炉门打开时 （在推焦过程中）对各种焦炉标准和参数进行检查、测量并记录。该解决方案还具有西门子现有2级Radiposi（射频数字定位）系统的全部功能，从而可实现对移动式焦炉组设备的精确控制、定位和互锁。因此，炼焦厂可以更好地制定焦炉维护活动的计划，操作更安全，进而提高炼焦生产率。

由于炼焦过程在多个燃气焦炉组中进行，焦炉暴露于高温环境下并且机械磨损强度很大，因此需要对其进行定期监测维护。目前为止，炉内状况通常由操作员在推焦过程中进行目测检查。但是这种检查并不定期进行，并且受工作环境、操作员经验和判断能力的限制。

开发Pumas系统的目的是解决这些问题并提高焦炉监控的准确性和可靠性。该装置安装在拦焦机上，在推焦工序过程中使用摄像机对焦炉状况进行监控。此外，该系统还会对焦炭温度进行连续测量，以监测炉墙加热和焦炭热传导以及其它。大数据容量以及快速将数据无线传输至LAN服务器的特点，使操作员在控制室内可对焦炉状况进行安全快捷的在线评估。

通过Pumas，可以及时发现和修复严重的焦炉底面磨损，从而避免可能发生的后续损害，还可以检查炉料填充的效率。通过测定各个焦炉的石墨化程度（即炉壁上的碳块），从而调整不合适的焦炉状况，提高向炼焦煤传导热量的效率，从而可以节省能源、减少推焦所需的电能、提高焦炉生产率并延长整个焦炉组的使用寿命。

 

七、中冶南方自主集成的热镀锌机组顺利投产

2010年6月25日，由中冶南方工程技术有限公司总负责、设备成套的汽车板及高级家电板热镀锌机组—武钢三冷轧连续热镀锌机组热负荷试车一次性成功。如此高端镀锌机组由国内工程公司自主集成目前尚属首次。

机组关键技术及装备水平包括：全自动窄搭接焊机、多级强化清洗清洗段、大型立式退火炉、双锌锅、双稳定镀辊、新型气刀、冷态锌层测厚仪、大功率高频感应加热的合金化炉、四辊光整机、二弯二矫式配置的高性能湿拉伸拉矫机、两辊立式辊涂机、带有自动设定控制的双头式切边剪、在线自动检测、静电涂油机涂油。

机组于2010年6月25日开始热负荷试车，同年11月实现了月达产，至11月底已生产合格镀锌卷3.5万t。产品用于汽（轿）车和高级家电的镀锌板由于力学性能好、表面质量高，而成为镀锌板中的佼佼者。该机组注重在消化吸收引进技术的基础上独立自主地进行科技创新，大量地使用了国内自主设计和制造的机、电、液设备；以国内自主集成方式，研制成与国外先进技术水平一致的镀锌机组，为今后国内钢铁企业再建类似机组提供了一个宝贵的建设模式。

热镀锌机组的工艺、设备、控制均较复杂、能够把镀锌机组集成成功，实践证明冷轧深加工的所有生产机组都可以按照自主集成的方式进行。

这种自主集成方式的应用推广可以提高公司在冷轧深加工领域的技术创新能力和国际市场的竞争力。而大量关键设备的本土化设计和制造会带动相关设计和制造业的创新实践和进步，进一步降低工程项目的一次性投资。这些对提升产品的市场竞争力将发挥巨大的作用。

 

八、日本环境友好型钢材研发取得新成果

在资源环境压力与日俱增的形势下，钢铁行业作为资源、能源消耗大户，除采用节能减排新技术外，应重点投资研发安全、耐用以及环境友好型钢铁产品。日本钢铁企业在环境友好型钢铁产品的研发方面值得我们借鉴，主要包括以下几个方面：

1）省略热处理钢。神户制钢采用向钢中加铬以减少固溶碳，向钢中加硼以减少固溶氮，并对线材实施控轧控冷等措施开发出省略了软化热处理工序的KTCH系列钢。而且，该公司通过降低Si含量 （降低加工硬化系数）、降低N含量，增加Al含量以及优化拉丝加工率等措施开发出非调质螺栓用线材KNCH系列钢。为降低制造成本，大同特钢利用Nb的碳氮化物，省略冷锻后的正火工序，直接进行高温渗碳，开发出防止晶粒粗大化的ATOM钢；该公司为省略冷锻前的软化退火，通过降低Si、Mn含量，提高冷锻性，用硼弥补淬透性等措施开发出冷锻硼渗碳钢 （ALFA钢）。而且，该公司还开发出省略冷锻前后2道热处理工序的防止晶粒粗大化的硼钢 （超ALFA钢）。

2）无Ni、Mo高强度表面渗碳处理钢。表面渗碳处理钢高强度化的主要方法是提高Ni、Mo合金元素的添加量，然而，提高Ni、Mo含量，除增加成本之外，还要考虑资源枯竭和中长期稳定供应等问题。为此，山阳特钢通过有效利用Si、Cr、Mn等合金元素，开发出强度高且加工性优良的无Ni、Mo表面渗碳处理钢ECOMAX。主要用于汽车驱动系统部件如传动齿轮、差动齿轮、等速连轴节等。

3）无Pb易切削钢。JFE条钢公司通过提高硫含量 （高达0.4%），并通过硫化物大型化改善切削性能，开发出可替代AISI 12L14钢的无Pb易切钢。而且，新日铁利用比原来细得多且均匀得多的弥散MnS代替Pb作用，开发出低碳无Pb易切钢，其可很好地抑制刀瘤的生长，获得预期的切削加工表面光洁度和尺寸精度。

 

九、达涅利回收电炉渣解决废渣处理难题

电弧炉熔炼废钢的过程中产生的冶金炉渣总量约占钢水产量的12%，因此炉渣产量相当可观，而传统炉渣采用就地堆积处理方式。为此，达涅利与意大利ABS钢厂为解决电炉炉渣处理问题开展合作研发。在ABS钢厂年产100万t的电炉炼钢车间，调整冶炼工艺生产可100%回收处理利用的电炉炉渣。

ECOGRAVEL®是达涅利炉渣回收系统主要产品的商标名称。该炉渣回收系统通过炉渣粉碎和筛分工艺，生产各种不同粒度的混合料，其力学性能要优于天然混合料（砾石）。该系统可通过磁选法将黑色金属材料从电炉渣中分离出来。设备采用全自动生产工艺，仅需要配备操作人员为这条加工作业线上料，并运出最终产品即可。

ECOGRAVEL®是道路建设中铺筑耐磨层的一种理想产品。其主要原因是，可使道路路面具有良好的附着性能。特别适用于铺筑具有较高的硬度和耐磨性能要求的顶层路面，其性能优于天然混合料（砂砾层）。

ECOGRAVEL®混凝土主要用于道路和大型通行区、停车区或存放区承载层铺筑。由于这些路面或表面层要求具有良好力学性能，其中包括承载能力和耐久性。而ECOGRAVEL®能在这种使用条件下，表现出卓越的性能，作为混凝土工业混合料，获得良好的使用效果。

2007年12月，该套设备在意大利乌迪内的ABS电炉钢厂投入生产。截止目前，共回收利用了30多万t电炉渣，并成功地打入应用领域市场，用于沥青筑路材料和用于生产混凝土产品。在ABS钢厂，回收利用的炉渣废金属材料占总炉料的3%左右，已全部返回电炉作为金属料使用，并且整个设备投资可在一年内收回。

 

十、SCOPE21炼焦技术开发成功首台设备运转顺利

为了提高煤炭资源利用率，有效利用弱粘结煤，节能减排、改善环境，1994年，日本铁钢联盟与日本煤利用中心合作投入110亿日元，开展为期10年的SCOPE21新炼焦技术的研究。为此，在日本铁钢联盟设置由专家和学者组成的炼焦开发委员会，由5家钢铁公司和5家独立焦化厂参与研发。

SCOPE21炼焦工艺的主要目标是：大幅度提高炼焦生产率；有效利用煤炭资源；节能；提高应对环境限制能力。

实际上，SCOPE21炼焦技术就是将当今世界炼焦行业的各种先进技术，如流化床煤干燥、快速加热煤预热、DAPS（煤炭水分降至2%，预先压块技术）、高密度硅砖、低NOX排放、干熄焦、密闭推焦、管道密闭装煤、焦炭闷炉改性等集成优化在一个炼焦系统上，以取得最佳节能减排效果，并扩大弱粘结煤的添加比例。

新日铁大分厂5号焦炉作为SCOPE21炼焦技术的首台设备，于2008年2月投入运转。其主要特点是：1）通过煤快速加热处理，可以缩短结焦时间，降低结焦能耗，提高焦炭强度；2） 作为低NOx型燃烧结构的焦炉，采用燃烧煤气单段、空气多段以及排气循环式结构；3）焦炉移焦机械 （装煤车、推焦车、拦焦车和熄焦车）全部实施无人自动化操作运转。

SCOPE21炼焦工艺结焦时间随着煤装入温度上升而缩短，炉温1270℃条件下装入250℃煤时，从现行工艺的18h缩短到13h，大幅度提高了生产率。新焦炉生产焦炭质量 （DI15015）平均值是86.7，按计划生产出高强度的焦炭。配煤中的非弱粘结煤使用比例的平均值是54%，达到了当初计划的非弱粘结煤的使用比例。作为新一代焦炉开发的SCOPE21新焦炉，基本达到了计划目标，目前运行顺利。