2011年世界钢铁工业十大技术要闻

2011年世界钢铁工业十大技术要闻

　　1、二氧化碳地下储存技术

　　CCS（二氧化碳捕集和储存）技术对气候变化和能源安全保障的重要性已引起国际社会的广泛关注。目前，研究温室气体CO2在大气中的稳定化技术已成为一个紧迫的课题。CO2地下储存技术是把从集中排放源（如火力发电厂、水泥厂和钢铁厂等）分离回收得到的CO2压入深部煤层、油气田或深部含咸水地层储存起来，使之长期隔离于大气圈的技术。

　　为把CO2储存到地下，地质结构条件必须具有储存层、密封层（冠岩层）和密封结构。储存层以多孔质、具有渗透性的岩石层为宜，这种岩石层相当于孔隙大的含水层。CO2在地下的储存深度通常也称为地下深部盐水层，这是因为地下水（地层水）的盐分高，故而称之为地下深部盐水层。密封层有渗透率低的页岩和泥质岩等。密封结构是指储存层的上部具有密封层的结构，如岩穹结构等。

　　另外，为储存CO2，最好要缩小CO2的占地体积。如果对标准状态下的气相CO2进行加压加温，就会使气相CO2成为超临界状态。这种状态下的CO2体积是压缩前的气相CO2体积的大约1/300，满足了将CO2注入到地下800m深的条件要求。因此，所谓的CO2地下储存就是把超临界状态下的CO2压入地下800m深的含水层，利用防止气体和液体向储存层上部渗透的冠岩层，可将CO2长期、稳定地密封在地下。

　　地下储存的方法有：①将CO2储存到已开采枯竭的油、气田里的方法；②将CO2压入开采油量已减少的油田里以增加石油开采量的石油增产回收方法（EOR）；③将CO2储存到含水层的方法；④将CO2注入煤层回收甲烷的煤层固定方法等。CO2地下储存技术还可应用于增加地下储藏天然气和石油的开采量等，因此被认为是一种实用、有效的方法。美国现有70多个油田采用该方法，可提高开采率10%-15%。

　　2、纽柯钢公司新建全球最大直接还原铁设备

　　2011年2月，纽柯钢公司专家对各项炼铁技术进行认真的评价后，为位于美国路易斯安那州的新建250万t炼铁工程选择了达涅利Energiron ZR直接还原技术。美国纽柯钢公司新建Energiron ZR直接还原铁生产设备将开创一个DRI新纪元，将形成具备了300万t、甚至更大的年生产能力的一个超大生产规模。

　　阿布扎比的阿联酋钢铁工业公司采用这项技术达到200万t产能（一期工程实现了月产155243t、直接还原铁金属化率高达94%，平均出钢时间可达到42.2min）。埃及Suez钢公司将在2011年底建成投产190万-220万t直接还原设备，在这些设备建设经验基础上，纽柯钢公司确定250万t这一生产规模。

　　由Danieli、Tenova HYL和Techint等公司组成的Energiron公司，研究推出的Energiron ZR工艺，不需要外部煤气重整设备，就可在立式反应器中完成铁矿石的还原。生产出优质、高碳DRI，且允许生产商在保证冶炼工艺具有高稳定性的同时，在炼铁过程中获得最大的碳收益。Energiron工艺流程设计成通过在固-气移动床反应器中使用还原气体把铁矿（球团矿/块石矿）转变成金属铁。

　　Energiron技术的最大特点是生产的高度灵活性和不需煤气重整器，生产过程中产生的废气和废水不仅量少且很容易控制，可以满足严格的环境排放标准。通过对DRI生产过程中产生的CO2进行捕获和再利用，还可获得稳定的经济效益。

　　3、中冶南方改造沙钢中区5800m3高炉

　　沙钢5800m3高炉是目前世界上高炉有效容积最大、吨铁占地面积最小（0.03m2/t）的炼铁系统工程，设计年产量450万t，燃料比490kg/t。

　　本工程由中冶南方工程技术有限公司负责设计，充分结合老厂区总图布置特点和限制条件，最大程度优化、集成了当今的高效、长寿、节能、降耗和环保技术。例如，以小矿、焦丁经济回收、矿、焦槽双排并列共柱集中布置为主的供料、精料综合设计技术；集合了操作炉型、炉缸耐材长寿结构选型设计、联合软水密闭循环、新型PW无料钟多功能布料于一体的高炉综合长寿技术；以脱湿鼓风、余热回收、三座外燃式热风炉为主的节能型高风温配置技术；具有自主知识产权的新型环保渣处理系统技术；开创性的特大型高炉三铁口炉前渣铁处理技术；沙钢领先开发应用的铁水运输“一罐到底”技术；集制粉尾气自循环、富氧喷吹煤粉技术；设置合理、节能环保效果明显的原燃料供应、出铁场系统除尘技术；传统经验和计算机先进软件计算相结合的大型钢结构、大型高炉、设备基础等土建设计综合技术。采用这些技术后，使装备水平和主要技术经济指标均达到了国际先进水平。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　本工程的三废得到非常有效的治理，整个高炉系统的环境污染治理达到了世界先进水平，每年折合节约标准煤约31.2万t/a，可减少废气排放1123.2t，CO2排放81.744万t，SO2排放567t，降低生产成本约5亿元。配置合理的原料、出铁场除尘等，每年减少烟尘排放320t。在节约土地、节能减排、保护环境、节省投资、降低生产成本、提高自动化控制水平、减轻工人劳动强度、增强企业竞争力等方面效果显著。

　　本高炉于2008年2月14日开工建设，2009年10月18日竣工，2009年10月20日投产，2009年10月-2010年3月完成质量验收工作。投产以来，日产铁水最高产量14001t（日平均产铁13117t），月平均利用系数最高2.26t/（m3·d），燃料比最低496kg/t，煤比最高达到166kg/t，风温最高达到1257℃，顶压最高达到0.278MPa。2011年，该项目获得行业优秀设计一等奖。

　　4、我国首套活性炭脱硫脱硝技术在太钢实施

　　太钢烧结烟气脱硫制酸系统采用了世界上最先进的活性炭吸附工艺，同时实现了烧结烟气脱硫、脱硝、脱二噁英、脱重金属和除尘五大功能，这是我国第一套采用活性炭技术对烧结烟气进行综合治理的项目。

　　太钢450m2烧结机于2006年建成投用，烟气量为140万Nm3/h，年排放SO2约9800t、NOX3800t、粉尘1200t。经过对国内外同行业烟气脱硫技术的跟踪、调研、对比，最终选择活性炭法脱硫脱硝及制酸一体化装置作为烧结烟气脱硫脱硝处理的最优方案。

　　太钢烧结烟气活性炭脱硫脱硝及制酸一体化项目包括两套脱硫装置和一套制酸系统。主要收集烧结机的烟气进行净化，吸附废气后的活性炭经过解析、冷却处理可以重复使用，没有固体废弃物产生。项目投产后，每年可减少二氧化硫排放约15000t、氮氧化物约2200t、粉尘约2000t。同时，每年还可从烟气中回收二氧化硫制成98%的浓硫酸22000t。

　　太钢烧结烟气活性炭法脱硫脱硝与制酸系统运行一年来，作业率达到95%以上，脱硫率达到95%以上，脱硝率达到40%以上。经太原市环境监测中心站检测，排放烟气SO2浓度7.53mg/Nm3，NOX浓度101.33mg/Nm3，粉尘浓度17.13mg/Nm3，环保指标显著改善。年产副产品浓硫酸9000t，全面用于太钢轧钢酸洗工序和焦化硫氨生产，变废为宝，为冶金烧结领域实现循环经济产业链提供了成功范例。烧结烟气活性炭法脱硫脱硝及制酸技术值得在全国冶金行业推广应用。

　　目前，烧结烟气净化国家标准还未对二氧化硫以外的其他物质提出减控指标，该系统的建成投运，充分体现了太钢全力推进节能减排、建设环境友好型企业的超前意识。

　　5、重钢首次将机械泵应用于RH精炼工艺

　　重钢长寿新区210t RH真空精炼项目首次在国内应用了机械真空泵进行真空处理。该项目从2008年初开始策划，2009年9月正式开工建设，于2010年6月成功处理了第一炉钢水。生产数据表明：其冶金效果可达到或优于相同规格的蒸汽喷射泵系统的工艺指标。例如，脱氢率达63.5%、极限脱碳能力为10ppm、运行成本（包括电能、氮气和补偿冷却水）较蒸汽喷射泵系统低7.74元/t钢。

　　机械真空泵与蒸汽喷射泵的最大区别在于驱动能源，前者采用电能，而后者则采用蒸汽。两者相比，机械真空泵具备以下主要优势：1）能耗、水耗和运行成本大大减少，由于不用蒸汽，水耗降低80%以上。同时采用滤尘系统，使粉尘浓度降至5mg/m3以下。将一套每年工作8000h 100-150t的VD/VOD系统的机械真空泵系统与同样规格的蒸汽喷射泵真空精炼装置相比，可节约化石燃料（以天然气为例）680万Nm3/a，减少CO2排放1.3万t/a。2）由于能源介质由较难保证完全稳定的蒸汽改为电能，其运行不再受蒸汽压力、温度的制约，因而操作更简便，生产更稳定，而且维护更容易。启动和运行更灵活、可靠，依靠处理模型可做到“一键式”操作。

　　重钢210t RH真空系统由19组（1组备用）双排并联的机械真空泵组成。采用72台机械泵组成18个真空模块，每个模块由4台三级机械泵组成。其中包括：第1级为l台IDX1300双排气螺杆泵，第2级为1台SN7000罗茨泵，第3级为2台HV40000罗茨泵组成。根据工艺需要控制18个真空模块的运行，以达到RH工艺对真空度的要求。

　　重钢是世界上首次在RH工艺中采用机械真空泵的成功案例，且运行效果明显，荣获2011年由中国钢铁工业协会、中国金属学会颁发的中国冶金科学技术一等奖。这将为今后机械真空泵在该领域的应用提供可借鉴的经验。

　　6、新一代控制轧制和控制冷却技术

　　新一代控制轧制和控制冷却技术是以自主研发的冷却速率可调（空冷至超快速冷却无级调整）、冷却温度精确控制的先进冷却技术和装备为手段，对占钢材总量95%以上的热轧钢材，根据不同钢材组分、性能要求和相变规律设计相应的冷却路径和冷却过程控制参数，进行钢材在热轧和冷却过程中的微观组织有效调控，实现细晶强化、纳米析出强化、相变组织强化等各种强化机制的综合强化，充分挖掘钢材的潜力。C-Mn钢、HSLA钢、超高强钢、管线钢和DP钢等的实验和生产实践表明：与传统的控制轧制和控制冷却技术相比，节省钢材合金用量30%以上，或提高钢材强度100-200MPa以上，大幅度提高冲击韧性，节约钢材使用量5%-10%，节能10%-15%。

　　在上述工作的基础上，通过产学研用结合和多渠道筹集资金，在广大冶金企业的普遍接受和强力支持下，该技术已经完成实验室和中试研究，开发的工艺技术、冷却装备目前在热连轧、中厚板、H型钢、棒材等生产过程中转化应用，开发出系列减量化钢材产品，为我国钢铁产品的升级换代、钢铁行业转变发展方式发挥了重要作用。工业和信息化部已经将其列入2011年7月1日发布的《产业关键共性技术发展指南（2011年）》和《钢铁行业“十二五”发展规划》。

　　此技术经过6年多的研究，已经逐步成熟，在热连轧、中厚板、H型钢、棒材生产中得到应用。例如，鞍钢4300mm中厚板轧机（2010年3月投产）、首钢首秦公司4300mm中厚板轧机（2010年5月投产）、涟钢2250mm热连轧机（2009年10月投产）、马鞍山H型钢轧机（2009年12月投产）、以及三明、萍乡等棒材厂等，均取得良好的减量化效果，促进了我国量大面广的热轧钢材的升级换代。其中，鞍钢4300轧机轧后先进快速冷却系统研制项目在2011年11月22日通过辽宁省科技厅主持的科技鉴定。鉴定意见认为，项目总体达到国际领先水平。

　　7、中冶京诚与兴澄特钢合作的1000mm圆坯连铸项目热试成功

　　11月21日，由中冶京诚工程技术有限公司（下称“中冶京诚”）与江阴兴澄特种钢铁有限公司（下称“兴澄特钢”）共同合作的1000mm 圆坯项目，在兴澄特钢一次热试成功。这是在连铸大圆坯领域取得的又一个丰硕成果，是中冶京诚和兴澄特钢双方从设计到生产再一次圆满的合作，也是战略合作伙伴双方共同创造的一项新的世界纪录。

　　2011年5月，由兴澄特钢和中冶京诚炼钢工程技术所共同开展了关于1000mm 圆坯的工艺和设备设计研发工作，经过6 个月的研发和设计制造，项目顺利投产热试成功。

　　兴澄特钢大规格1000mm 圆坯连铸机的热试成功，标志着中冶京诚和兴澄特钢已经掌握了超大规格圆坯连铸机设计、设备制造和生产操作的核心技术，也标志着我国在超大规格圆坯连铸的设计、制造、生产操作等诸方面已站在世界冶金行业的前沿。

　　9、新一代洁净钢生产流程

　　新一代洁净钢生产流程就是用最经济的方法大批量、快节奏地生产洁净钢。基本特征是优化单元操作，采取KR铁水脱硫；然后在第一座转炉对低温铁水进行快速、有效的脱硅、脱磷；在第二座转炉进行少渣快速脱碳，并保持钢液中较低的含氧量，实现铁水“全三脱”处理。与常规工艺相比，采用新工艺的总渣料和钢铁料消耗明显降低，且能大大提高转炉作业率。新一代洁净钢生产工艺的特点是：

　　1）优化单元操作，符合冶金反应的热力学条件。脱硫在铁水阶段进行，脱磷与脱碳分别在两个转炉中进行。脱磷转炉加废钢可保持温度较低，磷优先氧化。脱碳转炉因无脱磷负担，可少渣吹炼，高碳出钢。

　　2）冶金反应分置不同反应器中，可使整个生产节奏加快，大大提高转炉的作业率。

　　3）渣量、铁损减少，并可在脱磷转炉中使用脱碳渣。

　　4）流程顺畅，车间设计可更加紧凑。

　　新一代洁净钢生产的关键工艺：

　　1）采用CaO/CaF2脱硫剂的KR铁水预处理可以将铁液中的平均硫含量稳定控制在0.0020%，而全流程终点硫的控制主要取决于脱磷转炉中的回硫量，减少KR残渣和废钢、渣料等辅助材料带入的硫，以及适当提高脱磷炉渣碱度，是减少半钢回硫量的关键。

　　2）在较低温度（1300-1350℃）和较高氧位条件下造合适碱度的渣，是脱磷转炉脱磷保碳的关键。对于冶炼普通低磷钢，将脱磷炉半钢[P]控制在0.03%以下，并控制[C]≥3.5%，则可以将脱碳转炉终点[P]脱至0.006%以下。而对于冶炼超低磷钢，则需将半钢[P]含量控制在0.008%以下，使转炉终点[P]降至0.002%。

　　3）转炉高碳出钢是新一代洁净钢生产流程大幅度减少脱氧铝耗和减少氧化物夹杂总量的关键技术，生产低碳钢应将转炉终点[C]控制在0.07%-0.08%，终点[O]≤0.035%，而生产中、高碳钢可将转炉终点[C]提高到0.3%以上，使钢中[O]≤0.010%。

　　10、中国率先开发第三代汽车钢工业生产技术

　　优质汽车钢应满足两个要求，一是要轻量化；二是要保证安全性。这两个要求决定了汽车钢一方面要有高强度，另一方面还得有高塑性，以提高碰撞安全性。但问题是，目前汽车工业所用的第一代汽车钢（如DP钢、CP钢、TRIP钢、热成形硼钢等），随着强度提高，钢的塑性会降低。抗拉强度与延伸率的乘积（强塑积）一般为15GPA%的水平，难以适合未来汽车的轻量化和安全性需求。

　　为满足汽车工业发展要求，国际上开始研究第二代汽车钢。第二代汽车钢（如TWIP钢、奥氏体钢）塑性较高，强塑积达到了较高的50GPA%的水平。但缺点是，由于合金含量高，其生产工艺要求复杂，成本高昂。

　　为解决该问题，2007年中国钢铁研究总院决定投入力量开展第三代汽车钢相关研究。在多年钢铁材料技术研发的基础上，中国钢铁研究总院于2009年首先在实验室研发出具有高强度和高塑性的第三代汽车钢，其强塑积超过了30GPA%，比第一代汽车钢翻了一番，而合金含量却不到第二代汽车钢的三分之一。

　　2010年10月，中国钢铁研究总院与太原钢铁集团在实验室试验的基础上开始冶炼工作。在工业生产流程上成功开发出第三代汽车钢热轧板卷和冷轧板，强塑积均超过了30GPA%，率先在国际上研发出第三代汽车钢产品的工业生产技术。

　　第一代汽车钢的钢材厚度需要达到0.7mm，而中国钢铁研究总院开发的第三代汽车钢用作车身外壳厚度只需0.6mm，这样减轻了车体重量。然而，钢材成本只增加240欧元，约合人民币2100多元。但由此带来的汽车油耗可下降5%左右，按照现在的油价，跑5000km就能抵消增加的成本。而另一个更重要的好处是，汽车安全性将大幅提高。

　　2011年继续攻克第三代汽车钢的温成型技术、镀锌板技术和冷轧卷技术。预计到2014年第三代汽车钢有望实现大规模生产。第三代汽车钢可以全面应用在汽车车身、悬挂、发动机外壳等部位。目前，一汽已在3个零件上率先试用第三代汽车钢。北京现代汽车公司表示，2012年将在整车上试用第三代汽车钢。