“十二五”冶金十大关键技术探讨研究进展与展望“十二五”冶金十大关键技术探讨研究进展与展望 新一代钢铁流程技术 新一代钢铁流程技术是“十一五”国家科技支撑计划重点支持项目,从循环经济的理念出发,利用现有的先进的技术、优化的“界面”技术和新开发的先进工艺技术与装备,集成构筑出新一代可循环钢铁制造流程,为建设国际一流的曹妃甸工程提供技术上的支持。 根据新一代钢铁流程理念的要求,新一代钢铁流程技术应该能确保流程紧凑、高效、顺畅,各工序优化,衔接匹配,实现动态有序运行;充分的发挥三大功能作用,即钢铁产品制造,能源高效利用、转化和再利用,消纳社会废弃物的功能;流程可实现对...
“十二五”冶金十大关键技术探讨研究进展与展望 新一代钢铁流程技术 新一代钢铁流程技术是“十一五”国家科技支撑计划重点支持项目,从循环经济的理念出发,利用现有的先进的技术、优化的“界面”技术和新开发的先进工艺技术与装备,集成构筑出新一代可循环钢铁制造流程,为建设国际一流的曹妃甸工程提供技术上的支持。 根据新一代钢铁流程理念的要求,新一代钢铁流程技术应该能确保流程紧凑、高效、顺畅,各工序优化,衔接匹配,实现动态有序运行;充分的发挥三大功能作用,即钢铁产品制造,能源高效利用、转化和再利用,消纳社会废弃物的功能;流程可实现对行业先进的技术高效集成,如高炉、转炉的干法除尘,焦炉干熄焦,煤气高效利用技术,高炉高风温低燃料比技术,炼钢厂高效低成本的洁净钢冶炼技术,高精度轧制和控轧控冷等技术。在新厂建设中能够准确的通过每个企业的详细情况进行不同的工艺装备组合和不同的技术优化集成;在老厂改造中,各企业的情况不同(规模、资源、流程、主流产品等)应采用不一样的工艺和装备达到上述要求。 新一代钢铁流程技术的效果应该达到主要技术经济指标超过现有的流程。按照这一目标要求,该项目设立了15个专题,包括超大型高炉系统工艺技术,低成本、高效化生产洁净钢水的工艺技术,钢水快速精炼技术集成,大板坯高速连铸技术,大型焦炉高效能源转换技术,炼钢—轧钢综合节能与环保技术,新一代钢厂精准设计技术和流程动态优化研究,节约型钢材减量化轧制技术,新一代钢铁流程工程化技术集成,长寿高效集约型冶金煤气干法除尘技术的开发,炉渣干法粒化余热回收新技术开发,基于氢冶金的熔融还原炼铁新工艺开发,高品质薄板生产技术开发,薄板坯连铸连轧生产取向电工钢新技术研究,高品质中厚板生产技术开发等。经过5年的研究、试验、应用验证,目前这些研究任务已经全面完成,相关指标基本达到了任务设定的指标要求,15个课题已全部通过中国钢铁工业协会组织的课题验收。目前,新一代钢铁流程技术已实现产业化。当然,由于新一代钢铁流程投产时间比较短,有的工序还不够稳定,今后5年~10年内还有大量工艺优化的课题需要完成,同时要针对不一样的生产条件和企业现状,抓紧新一代钢铁流程工艺技术的优化完善和推广工作,使钢铁生产流程真正体现紧凑有序、高效优质、低耗低排、低成本高效益的新一代流程的优点,为企业新建和改建提供参考。 低品位难选矿综合利用技术 我国对低品位复杂难选矿处理工艺技术的研究已到世界领先水平,尤其是在贫赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿的选矿技术方面已居世界领先水平。由于选矿技术的进步,鞍钢、包钢、攀钢、酒钢等大型钢铁企业选矿厂规模和选矿技术经济指标逐步的提升,我国部分复杂难处理铁矿和锰矿得到了一定的利用。 与国际领先水平相比,我国选矿技术主体问题体现在:一是选矿全流程生产的全部过程自动控制及信息管理方面,无论是技术还是装备差距都比较大,有的才起步。二是选矿设备方面,与发达国家的差距仍然显而易见,我国自主研发的原创设备少,仿制的多;设备整机性能差,可靠性偏低,规格小,特别是大型破碎机和大型超细磨矿设备;国内骨干选矿厂中细碎用的圆锥破碎机大多选用国外设备。三是我国矿产资源利用率、安全生产、环境保护与发达国家相比也有很大的差距。 我国在选矿技术上的总体要求是合理、充分综合利用资源,生产优质精矿,降低能耗,减少尾矿废水排放,改善生产与生活环境,达到可持续发展;矿产资源开发利用技术基本达到国际领先水平,大型选矿厂实现生产全过程自动控制和信息化管理,生产所带来的成本降低3%~5%,劳动生产率提高25%~50%,产品质量提高而且稳定;开发与应用适合我国资源 特点的选矿新工艺(如超细粒贫矿选矿技术,多金属共生矿综合利用技术,尾矿综合利用技术、生物选矿技术等)以及相配套的高效、节能、大型系列化设备、复合型多功能选矿药剂等。 为逐步加强难采选矿资源的有效利用,“十一五”期间,科技部利用国家科技支撑计划“复杂金属矿产资源采选冶关键技术与装备”研究给予立项支持,支持的重点包括“微细粒复杂难选磁赤铁矿高效选矿技术探讨研究”,研发出适用于微细粒复杂难选磁赤铁矿的选矿工艺技术
,新型高效选矿药剂CY-58、78,旋流—静态微泡浮选柱系统等;“褐铁矿、菱铁矿高效选矿技术探讨研究”,研发出“全粒级回转窑焙烧—磨矿—磁选—(浮选)”及成套大型回转窑装备、“多级循环旋流磁化焙烧—(磨矿)—磁选—(浮选)”及成套多级循环旋流磁化焙烧装置等,有利于高效回收复杂难选铁矿石,提高铁矿资源的利用率。 根据国外选矿技术发展的新趋势,未来随着矿产资源的不断开发,微细粒矿、多金属共生矿、菱铁矿、褐铁矿等复杂难处理矿所占的比例慢慢的变大,单一的选矿方法难以高效利用这些资源,选矿技术将向工艺技术选冶一体化方向发展。 大中型高炉的高效、节能、长寿综合技术 高效、节能、长寿是高炉炼铁技术追求的目标和方向。“十一五”期间,科技部将“超大型高炉的系统工艺技术”研究列为“新一代可循环钢铁流程工艺技术”项目的重点课题,组织行业力量,通过产学研合作进行攻关,课题以大幅度提升超大型高炉的生产效率、明显降低能耗和污染物排放为攻关目标,研究超大型高炉工艺系统高效率节约能源与环保技术,重点对超大型高炉精料技术、超大型高炉大喷煤条件下冶炼规律及控制技术、烧结过程能源回收与烧结脱硫技术、炼铁区段二氧化碳减排技术进行研发。 经过“十一五”的研究攻关,“大型高炉高效化生产综合技术”课题研究取得了多项创新成果:完成了拥有自主知识产权的中国第一座5500立方米高炉的设计、施工、调试,实现了稳定运行,并达到设计指标,利用系数达到2.3t/m3.d,燃料比为490kg/t;在5500立方米超大型高炉上成功使用BSK热风炉,实现了高炉风温1300摄氏度,为超大型高炉高煤比、低燃耗、低排放创造了条件;开展了5500立方米高炉1:1布料模型实验研究,为自主开发制造大型国产设备及高炉布料规律的探索提供技术支撑;2座高炉的原燃料贮运、上料系统采用集中联合布置,实现了烧结矿和焦炭的分级入炉与中心加焦,提高了原燃料利用率和精料水平;研发了高风温富氧大喷煤工艺技术,提高高炉生产效率3%~4%,降低了燃料消耗等。 超大型高炉炼铁工艺技术探讨研究成果为大中型高炉高效、节能、长寿技术的发展奠定了基础。从某一种意义上讲,高炉炼铁的高效不是简单的生产强化,更要重视其经济效益、环境效益和社会效益;长寿不是简单的高炉常规使用的寿命长,更要重视其技术领先性,可持续发展的生存能力。围绕高炉高效技术和长寿技术,不断开展高炉精料布料、高炉本体优化、高风温、煤气净化等高炉炼铁先进的技术的研究(包括高炉精料和炉料分布控制技术、热风炉高风温长寿技术、富氧大喷吹技术、烟气余热回收技术、大型高炉鼓风机和TRT发电技术、自动化控制与人工智能专家系统技术等),是炼铁科学技术创新的重要趋势。同时,研究矿石质量劣化条件下,高炉高效化生产技术是高炉炼铁的另一个重要趋势。开发适宜企业情况的优化配矿技术、适宜的高炉操作
,才能有效地降低生产所带来的成本。 高效、低成本的转炉洁净钢生产系统技术 不同用户和不一样的产品对钢材洁净度的要求是不同的,其关键工艺和技术也会不一样,但主要应包括6项共性技术:高效—低成本铁水预处理技术、高效—长寿的转炉冶炼技术、快速—协同的二次冶金技术、高效—无缺陷的全连铸技术、简捷—优化的流程网络技术、动 态—有序的物流技术。 为建设高效、低成本洁净钢生产平台,新一代可循环钢铁流程工艺技术重点开展了降低洁净钢生产所带来的成本和实现洁净钢高效化生产的新工艺和新流程的研究开发工作,确立了“低成本、高效化生产洁净钢水的工艺技术”研究课题,课题设计采用了以铁水预处理为主进行钢水提纯的新工艺流程,代替了以炉外精炼为主体生产洁净钢的传统工艺流程,新流程以铁水预处理作为钢水提纯的重点,通过减少渣量和实现炉渣循环降低生产所带来的成本。根据课题立项目标的要求,课题包括9个研究单元:铁水高效脱硫工艺技术开发、转炉铁水“三脱”预处理工艺技术开发、脱碳转炉高速供氧与少渣冶炼工艺研究、转炉洁净钢生产的基本工艺、关键装备技术的研究、120吨转炉半工业试验研究、210吨转炉工业化试验研究、300吨转炉集成应用技术、无硅铁水快速成渣工艺。经过各承担单位的联合攻关,课题研究任务已经全面完成,各项指标均以达到一定的要求。 尽管项目研发任务已完成,自主开发的铁水全三脱和少渣冶炼工艺也已获得成功,但就目前的生产技术水平而言,我们还有一定的差距。随着铁水供应条件的改善,以及新工艺的逐步优化,生产技术水平还有较大的提升空间,包括三脱比例的扩大,钢铁料消耗降低。根据目前存在的问题,未来的洁净钢生产应开展提高底吹搅拌强度、降低终渣氧化亚铁等技术的攻关。随着高炉产量的逐步增加,洁净钢高效化生产的技术水平应进一步提升,同时,要以降低钢铁料消耗为中心,推广低氧化铁渣脱磷工艺,逐步降低生产所带来的成本。 以超快冷为核心的新一代控轧控冷技术 以超快冷为核心的新一代控轧控冷技术,是以析出强化、相变强化和细晶强化为基础的在线热处理技术。国内超快速冷却技术的研究起源于2004年,经过“十一五”时期的研发,目前已经基本掌握了冷却速度无级可调、冷却路径控制以及超快冷的技术,并在板带、型线各类钢材生产中应用。 与以往钢铁产品生产的基本工艺相比,新一代TMCP工艺不再以添加合金元素为调控其力学性能的主要手段,而是更看重通过生产的基本工艺手段来调整和控制产品最终显微组织架构,从而使其性能达到甚至超过以往同种类型的产品的标准。由于降低了钢中合金元素添加量,在减少资源消耗的同时,钢铁产品的可回收和再利用性能大大增强,以此来实现钢铁材料的绿色制造。 为加快该项技术的推广应用,国家发展改革委于2011年批复了“新一代TMCP(控制轧制和控制冷却技术)技术创新及产业化示范工程”。该工程建设项目以鞍钢中厚板厂4300mm厚板线mm连轧线为依托,通过工艺技术与装备的研究和产业化集成应用,最终形成以超快冷为核心的新一代控轧控冷生产技术产业化应用示范线,实现系列低成本、减量化技术探讨研究与产品研究开发。 目前,新一代控轧控冷技术已在板带生产中得到较好的应用。采用该工艺的有鞍钢中厚板厂、首秦中厚板厂、涟源2250毫米热连轧板厂、江西萍乡棒材厂等,达到了节约钢材合金用量30%、提高钢材强度100兆帕~200兆帕、大幅度提升冲击韧性、节约钢材使用量5%~10%、节能10%~15%、有的产品提高生产效率35%等效果。 但新一代控轧控冷技术在不少工厂的应用还不稳定,直接影响了用户对产品质量的信任程度。今后的努力方向是要逐步开发出基于超快速冷却的新一代控制冷却技术的工艺自动化控制管理系统,解决热轧钢铁材料高强度冷却过程的板形控制、性能均匀性等技术难题,实现中厚板、热轧板带以及热轧H型钢生产线超快速冷却工艺的自动化连续稳定生产。 高炉炼铁二氧化碳减排和利用关键技术 2011年,科技部正式下达了国家“十二五”科技支撑计划研究项目——“高炉炼铁CO2减排与利用关键技术”。该项目立足于国家战略需求和行业发展需要,重点解决富氧焦炉高炉 煤气喷吹、高炉炉顶煤气循环利用、高炉煤气资源化制取甲醇等关键技术与装备。该项目由工业与信息化部负责组织实施,研究课题包括高炉富氧喷吹焦炉煤气技术,高炉炉顶煤气循环、氧气鼓风炼铁技术,高炉煤气资源化利用关键技术,于2011年10月份真正开始启动。其主要研究目标为高炉生产效率提高10%~30%,燃料比降低10%~20%,二氧化碳排放减少10%~25%。 炼铁领域关于二氧化碳减排的研究主要有两个方向:一是减少碳的需要量,即在现有高炉生产基础上逐步降低焦比和燃料比;二是减少对碳的依赖,采用不含碳或少含碳的还原剂,目前这种还原剂最重要的包含天然气和废塑料。 欧洲ULCOS和日本COURSE50都有一个较长期的二氧化碳减排的创新工艺研究项目(大约15年~30年),由欧盟和日本政府支援了大量资金。为加大对低碳技术研发的支持,发改委2011年也启动了钢铁产业低碳技术创新产业化示范工程专项,从产业化示范工程方面加大了支持力度。鞍钢作为此项目的主要承担单位,主要承担了高炉喷吹焦炉煤气技术的开发,通过此项技术,实现以氢气代替碳作还原剂,从根源上减少二氧化碳的产生。 目前,鞍钢鲅鱼圈高炉喷吹焦炉煤气工程建设已全部完毕,两座高炉共用一座煤气加压站,安装5台焦炉煤气和空气两用活塞式压缩机,预留一台压缩机位置。每个系统配置2台压缩机,两个系统暂时公共一台备机。在此基础上,鞍钢慢慢的开始试运行压缩空气,通过空气的试运行,对系统来进行调整,并对试运行中出现的缺陷进行进一步整改和完善。 焦炉煤气是易燃易爆剧毒气体。保证系统的安全可靠是该项目面临的首要关键技术问题,必须在保证系统安全的条件下开展各项试验工作。根据计划安排,鞍钢将于系统全部运转正常后逐步转换成焦炉煤气。为保证安全,下一步应着重与化工行业专家合作,对系统中的安全设施逐步加强整改,同时要对喷吹焦炉煤气稳定控制手段进行研究,并通过试验逐步达到设计指标要求。 非高炉炼铁技术 非高炉炼铁技术是钢铁生产的基本工艺中最受关注的技术之一,目前最重要的包含直接还原和熔融还原两种工艺方法。我国对非高炉炼铁技术的研究虽然起步较早,但发展缓慢,鲜有创新,而且生产大大落后于国际领先水平。 根据《中国钢铁工业科学与技术发展指南》提出的目标要求,熔融还原炼铁技术的发展目标主要有:一是使用球团及块矿、焦比
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