JFE炼铁技术动向_脱氧剂

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JFE炼铁技术动向

作者：佚名发布时间：1970-01-01

从2003年JFE起步至今已有5年，在这期间，以中国为代表的金砖四国（巴西、印度、中国、俄罗斯）和南美的经济发展备受瞩目，对炼铁行业的上下游市场产生了深远影响，特别表现为铁矿石、煤炭价格波动剧烈，粗钢产量增长迅猛。另外，防止全球气候变暖的《京都议定书》已经生效，日本钢铁联盟制定的自主行动计划的减排目标是：与1990年相比，能源使用量必须削减10%，作为钢铁工业CO2排放量最大的炼铁业，必须大幅削减CO2的排放量。本文围绕炼铁业过去10年间的环境变化及JFE炼铁技术动向进行简要介绍。
      　　
　　1.炼铁业的市场变化及技术开发
      　　
　　1.1炼铁业上下游市场变化
      　　
　　世界粗钢产量、日本粗钢产量的变化如图1所示。1990年世界粗钢产量在7～8亿t/a之间，日本粗钢产量一直维持在不足1亿t/a。在原燃料品质恶化、钢材价格下跌的严峻经济形势下，炼铁业进行了以增大高炉煤气产生量可削减能源成本，使用低价低质燃料为目标的技术开发。
      　　
　　2000年由于中国粗钢产量急剧上升，世界粗钢产量超过8亿t/a，2007年达到13.4亿t/a。随着钢铁需求的旺盛，日本粗钢产量达到1.2亿t/a，为应对需求的增长，日本进行了高炉的集约化，使高炉出铁比大幅增加。图2是日本高炉运转的座数、出铁比的发展变化。
      　　
　　过去十年，为应对瞬息万变的经济形势，高炉、烧结、炼焦、环保领域在技术开发及实用化方面取得了如下成果：
      　　
　　1.2高炉技术开发
      　　
　　90年代，各制铁所运行着以降低能源成本为目的的煤气多发型高回炉料比作业。图3所示的是高回炉料比作业情况。高回炉料比作业是以降低焦炭成本为目的开发的微煤粉多量喷吹技术，它是偏心双重喷吹技术与炉料分布控制技术等相结合的综合成果，西日本制铁所（福山地区）的３号高炉喷吹量达到266kg/t，同地区3号高炉以外的2～5号高炉的喷吹量达到210kg/t。另外，为保证临界状态高炉的稳定作业，开发了连续测量高炉出铁温度的FIMPIT（Fiber in metallic tube for pigiron temperature）消耗型光纤温度计，并实现了工业应用（表１）。
      　　
　　表1. 高炉开发的主要技术
      　　——————————————————
      　　流程             技术
      　　——————————————————
      　　炉料装料       3PB装料系统
      　　高比例焦炭混合装料
      　　风口喷吹       高PC喷吹
      　　LNG喷吹
      　　过程控制       FIMPIT
      　　炉渣含量模型
      　　技术改造       短时改造
      　　铸铜冷却壁
      　　高炉寿命延长
      　　基本原理       DEM固体流量模型
      　　——————————————————
      　　
　　自2000年以来，为适应上述情况的变化，努力寻求降低铁水成本，从煤气多发型作业向低回炉料比作业转换，2007年的回炉料比比以往降低10%。
      　　
　　低回炉料比作业要求提高炉顶煤气利用率，JFE开发了专有技术——在高炉改造时安装3PB（3 parallel bunker）料钟系统（由3个并列漏斗组成的装料装置），这种装置可分批次装料，同时结合具有分切筛选功能的多量混合装入技术，东日本制铁所（千叶地区）开发的120kg焦炭/t混合装料技术已在其6号高炉实施应用。另外，还开发了测定炉底铁水、炉渣残留量的数学模型，为稳定高炉作业做出了贡献。
      　　
　　东日本制铁所（京滨地区）开发的含有高氢的LNG（液化天然气）喷吹技术，在2号高炉的应用表明可有效降低回炉料比、提高出铁比、抑制CO2的排放，LNG富氧喷吹的补进技术于2005年实施应用。
      　　
　　2007年，JFE共有9座高炉在运行，其中东日本制铁所的千叶、京滨地区各有１座。缩短大修改造时间是个重大管理难题，为此JFE开发了大组团式循环工艺专有技术，

　　1998年在东日本制铁所（千叶地区）6号高炉大修改造时初次使用；随后，西日本制铁所（仓敷地区）4号高炉、2号高炉，福山地区5号高炉、4号高炉大修改造时也应用了这项技术，取得了显著成效。经大修改造的东日本制铁所（千叶地区）的6号高炉创造了20年零6个月的长寿记录。
      　　
　　1.3烧结技术开发
      　　
　　烧结原料中低品位矿石的配比变化如图4所示。从节省运费的角度出发，矿石进口地从原来的南美转移到澳洲，但由于澳洲优质赤铁矿的枯竭，低品位矿石如高结晶水矿石等的配比增加到65%。
      　　
　　高结晶水矿石中结晶水含量高达6%～10%，导致烧结矿为多孔质、粉末多、强度低，烧结机生产效率低等问题（图5）。
      　　
　　为提高烧结机生产效率，对烧结机上料焦炭进行强化偏析粒度的技术开发等（表2）。
      　　
　　表2. 烧结开发的主要技术
      　　————————————————————
      　　流程                  技术
      　　————————————————————
      　　造粒工艺        HPS
      　　石灰石和焦炭粉涂敷造粒
      　　装料装置        偏析光隙金属丝法
      　　磁性装料斗
      　　烧结机          底层渗透缝隙
      　　烧结台车宽度扩张
      　　废气处理        活性炭处理
      　　烧结质量        低SiO2烧结
      　　降低RDI
      　　基本原理和其他高温Ｘ射线CT分析
      　　造粒数学模型
      　　连续式卸载机
      　　无人操作系统
      　　创新工艺        预还原烧结矿
      　　分离造粒
      　　————————————————————
      　　
　　装入弧状金属丝进行强化偏析的SSW（Segregating slit wire）偏析光隙金属丝法开发并应用于西日本制铁所5号烧结机。另外，在装料斗的背面配置永磁材料，可以降低烧结原料的下落速度，这种制动式装料法是由西日本制铁所（仓敷地区）开发并实施应用于其3号烧结机；随后，该所的2号、4号烧结机、东日本制铁所（京滨地区）1号烧结机也采用了这项技术。原料中高结晶水最适宜的配比采用层内偏析法解决，且相应的装料装置已被采用。创新的造粒技术HPS(hybrid pelletized sinter)

　　混合球团烧结工艺，即充分利用颗粒状粉矿中的细粉，已在西日本制铁所（福山地区）5号烧结机应用，位于巴西的Belgo Mineira制铁所也采用了这一工艺。
      　　
　　石灰石和焦炭粉涂敷造粒法是从现有的滚筒搅拌机后端喷涂石灰石粉、焦炭粉进行造粒的技术，因为在石灰石粉和焦炭粉表面上的准粒子，能够聚集赤铁矿各残留粒子并形成铁酸钙。该法适用于小规模的设备改造，西日本制铁所（仓敷地区）的2号、3号、4号烧结机，福山地区的4号烧结机也采用了这项技术，东日本制铁所（千叶地区）的４号烧结机准备采用该技术。
      　　
　　扩大烧结产量的根本方法是扩宽机架，延长机身。
      　　
　　作为强化烧结的基础技术，使用高温X射线－CT扫描进行熔融、烧结反应分析，构建造粒数学模型。
      　　
　　CO2的减排要求给PRA (Pre-reduced agglomerates)

　　部分预还原烧结矿工艺制造了挑战，即通过该工艺要使烧结矿还原率达到60%。
      　　
　　优质赤铁矿的枯竭导致高结晶水矿石配比增大，原料的粉末化、多孔质，粉末中的Al2O3含量不断增加，因此必须持续着眼于提高生产效率、降低还原粉化指数（RDI）等提高产品质量的技术开发。
      　　
　　1.4炼焦技术开发
      　　
　　90年代，为降低焦炭生产成本，在一定程度上牺牲了焦炭强度并努力减少强粘结煤。图6是非/微粘结煤等低价劣质煤的配比率及焦炭强度的变化趋势。为抑制劣质煤配比的增加造成焦炭强度的降低，综合使用高级粉碎控制、高级配比模型、添加惰性物质扩大粒径的高级技术。
      　　
　　焦炉寿命的延长导致老焦炉的强迫恶化。为此开发的技术对策是引入大型溶射装置，利用CVD(Chemical vapor deposition)化学蒸镀技术对耐火材料的细微连续龟裂进行修补；高温更换砌筑耐火材料技术；焦炉炉壁的管理技术等（表3）。
      　　
　　表3. 炼焦开发的主要技术
      　　————————————————————————
      　　流程                          技术
      　　————————————————————————
      　　煤预处理            先进的破碎控制
      　　煤混匀              先进的混匀模型
      　　控制焦炭粒径用的惰性添加剂
      　　延长寿命            大型火焰喷射装置
      　　焦炉炉墙的热修补技术
      　　CVD技术修补炉壁
      　　间隙管理系统
      　　自动控制            焦炉设备的高速自动化操作
      　　在线监测配煤粒度
      　　环境保护            配有低NOx排放烟道的焦炉
      　　基本原理和创新工艺高温核磁共振的煤质鉴定
      　　炼焦煤精细涂敷
      　　铁碳复合工艺
      　　————————————————————————
      　　
　　众所周知，提高焦炭反应性可降低高炉回炉料比。现在已经着手开发通过铁的触媒效果提高焦炭反应性的CIC（Carbon iron composite）铁碳复合工艺，该工艺是以非/微粘结煤为主的煤炭与铁矿石经混合、成型、干馏形成含铁的高反应性炭材。
      　　
　　在日本高速发展期建设的旧焦炉面临更新、煤炭价格暴涨的形势下，要保证高出铁比的稳定作业，今后在炼焦领域所要研究的就是高强度焦炭的生产等。
      　　
　　1.5环保新工艺
      　　
　　根据自主行动计划，制铁所对废塑料的使用追加了1.5%，2000年容器包装循环法实施后，使用量急剧增加。自1996年以来，JFE在东日本制铁所（京滨地区）的1号高炉（现在的2号高炉）、西日本制铁所（福山地区）的3号、4号高炉，分别实施了高炉喷吹废塑料技术。为控制喷吹塑料废弃物时高炉透气性的恶化，进行了造粒粒子强度、灰分成分控制的相关研究。
      　　
　　另外，还开发了与细粉煤燃烧性能一样的废塑料粉末化的先进技术（APR），2007年始用于东日本制铁所。
      　　
　　报废汽车的剪断粉末化循环技术，利用废弃木材制造活性炭，废木材的高炉喷吹，氟利昂的感应加热分解等各种循环技术的开发，正在努力研究当中，均处于试验阶段。利用回转窑进行聚氯乙烯脱氯技术在京滨地区已实现小规模应用。
      　　
　　转炉冶炼不锈钢的过程中，Cr矿石熔融还原时产生的粉尘中含有约9%的Cr，作为二次资源具有非常高的回收价值。在千叶地区，再资源化不锈钢粉尘的STAR炉于1994年开始运行，每天可生产约200t含Cr铁水。
      　　
　　为不再使用价格昂贵的强粘结煤，已开发出用矿粉直接生产高纯度金属铁的冶炼工艺。2001年，独立行政法人新能源.

　　产业技术综合开发机构作为基础研究促进事业，安置了Hi-QIP（high quality iron pebble）高品位粒状铁试验设备，该工艺是在回转炉床上铺敷粉煤，再在上面装入矿粉，进行加热、还原、熔融生产不含矿渣的高纯度金属铁，这项研究还在进行当中，其大型化、产业化的可能性尚在探索过程中。
      　　
　　炼铁工艺减排CO2、增加活性炭原材料等生物质原料的使用、加大使用废塑料是今后发展的必然趋势。另外，对价格暴涨的Cr、Ni、Zn等金属资源的有效利用，制铁所以及社会对二次金属资源的回收技术的需求将越来越高。
      　　
　　2.结束语
      　　
　　过去10年间，炼铁行业的上下游市场环境发生了剧烈变化，高炉作业也发生了巨大变化。巴西、中国、印度钢铁工业的发展造成煤炭、铁矿石资源的紧张，根据全球气候变暖的国际公约《京都议定书》制定的自主行动计划对CO2减排的要求，促使今后必须进行新技术的开发。

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