2012年世界钢铁工业十大技术要闻

首钢京唐公司“新一代可循环钢铁流程”项目通过验收

　　“十一五”期间，按照国家科技支撑计划——新一代可循环钢铁流程工艺技术项目的理念，首钢京唐钢铁公司（以下简称京唐公司）建成了年产1000万t规模的大型钢铁厂，为建成21世纪国际最先进的一流钢铁企业进行了大胆尝试。2012年10月，该项目通过国家科技部验收，项目共设立15项课题，其中10项课题以京唐公司为依托工程。该项目在低成本高效化洁净钢生产、钢铁流程资源高效利用及清洁生产、钢铁生产流程能源转换以及先进钢铁材料生产等方面攻克了一批共性关键技术，并通过系统集成技术创新构建了新一代可循环钢铁流程，对我国钢铁工业具有重要技术引领和示范作用。

　　通过建立以铁水“三脱”为技术特点的洁净钢生产新流程，将钢水提纯的任务从炉外精炼转移到铁水预处理，通过提高基元反应效率实现转炉大批量稳定生产洁净钢。采用新流程后，钢材中杂质元素总量：S（[S+P+T.O+N+H]）平均可控制在68ppm。与用传统转炉生产普通钢相比，转炉洁净钢生产成本平均降低39.6元/t。

　　通过临海建设大型钢铁基地、构建高效紧凑的生产布局、研发高效便捷的界面技术和实现生产自动化、智能化与信息化建立了高效快节奏的生产体系。高炉从装料至出铁的周期为420min，从高炉出铁至热轧成品的制造时间总计为344min，全流程从矿石到热轧板的生产周期为12.7h。

　　通过实现全流程节能减排和能源网络管理、建立完善的能源供给体系，建立了能源转换型的节能钢铁厂，使吨钢综合能耗平均为623.4kg标煤，吨钢CO2排放量为2.07t。

　　通过全流程大气粉尘治理技术、大气污染综合治理技术、炉渣粉尘循环利用技术、提高铁资源和水资源利用效率等先进节水技术，建设资源可循环的清洁钢铁厂。每年可节约工业水612.35万t，相当于吨钢节水0.677t。2011年，全厂水重复利用率达到98.2%，吨钢新水消耗平均为3.8m3，吨钢取地表水仅为1.6m3。

　　首钢京唐钢铁公司的生产实践已经证明，与传统流程相比，新一代可循环钢铁流程通过提高冶金反应效率，可实现钢材洁净度提高一倍、生产效率提高一倍、劳动生产率翻一番，并能大幅度降低生产成本，实现节能减排，建设清洁环保的绿色工厂。

浦项薄板坯连铸机创超高速连铸世界纪录

　　浦项开发出薄板坯高速浇注技术，最高浇注速度达到8.0m/min，年生产能力为180万t。此次开发出的高速浇注技术对连铸机的构造设计进行了改进，尤其是将结晶器液流控制技术、结晶器润滑技术、一冷采用结晶器冷却水通道技术、二冷采用低头大冲击角高密度喷雾技术、结晶器液面控制技术、漏钢高效检测技术等多项新技术成功应用于实际生产中，并取得了良好成效。

　　2009年4月，浦项CEM紧凑式无头轧机与新建达涅利超高速单流薄板坯连铸机联机试车。新设备投产以来，月平均产量保持在13万t；并于2011年3月创造出14.1万t的月产最高纪录。这套设备专门用于生产宽度较窄（最大宽度为1300mm，平均宽度仅为1100mm）的产品。

　　目前，在稳定的浇铸条件下，铸机拉速在正常生产过程中一直保持在7.7m/min，并可实现较长时间的多炉连浇。此外，铸机达到了8.0m/min的极限目标拉速，为世界上首台达到此速度的设备。这表明新建设备具有良好的可靠性，整个生产工艺过程是成熟和稳定的。在整个生产过程中，月平均拉速达到6.4m/min，低碳钢平均拉速达到6.75m/min。目前采用的连铸技术得到进一步改进和提高，通过最大限度地将连浇炉数增加到最多14炉，可显著提高设备生产能力。新建铸机一直保持着极低的漏钢率和非常低的铸坯缺陷率，总产量中约97%的铸坯达到一级品率。在设备概念设计阶段就明确提出，要确保设备完美无缺，处于最佳状态。根据这一理念设计的铸机具有以下主要特点：

　　◆ 采用双钢包浇钢，以保持中间包钢水温度稳定；

　　◆ 采用专门设计的浸入式水口，并配备结晶器电磁制动装置；

　　◆ 先进的结晶器液位控制系统；

　　◆ 动态轻压下；

　　◆ 长漏斗形H2高质量高速结晶器，配备INMO液压振动装置；

　　◆ 二冷水动态控制，采用高效节水喷嘴和独立的铸坯边部冷却控制回

宝钢低温高磁感取向硅钢实物质量达到国际一流水平

　　取向硅钢是制造变压器铁芯的关键材料，因为工艺路线长、控制窗口窄、制造难度大，被称为钢铁产品皇冠上的明珠。能否稳定生产高等级取向硅钢是一个国家钢铁技术水平的重要标志。我国高等级取向硅钢长期依赖进口，国家电力安全得不到保障；高等级取向硅钢制造技术掌握在国外少数几家企业手中，不肯转让技术。中国冶金人只能走自主开发之路。

　　宝钢经过十年研发，突破了高等级取向硅钢的核心技术，完成了产线自主集成，实现了高等级取向硅钢的稳定、批量生产。产品系列全覆盖，实物质量到达国际一流水平。产品通过了国务院三峡办、中机联、国家能源局等权威部门组织的专家评审。

　　截至2012年6月，超高压变压器制造实绩222台，最高电压等级750kV，成功用于三峡、三沪二回直流送出等重大工程。项目形成了比较完整的知识产权体系，发明专利29项，实用新型42项，企业秘密405项。2008年投产以来，已经生产取向硅钢33万t，创经济效益25.7亿元。

　　本项目的开发成功，改变了我国高等级取向硅钢长期依赖进口的局面，使我国取向硅钢制造技术一举进入世界先进行列。2012年3月，中国钢铁协会组织多位院士、专家对该项目进行了鉴定，认为“该成果是冶金行业近年来取得的一项重大技术突破，具有巨大的经济和社会效益。总体水平达到世界领先水平，多项技术和产品填补了国内空白”。

　　JFE创新型高强度厚板生产工艺

　　——新型冷却设备“Super—CR”累计生产钢板80万吨

　　JFE公司在世界率先开发的新型冷却设备“Super—CR”（Super—Controlled Rolling）于2009年正式投入生产，到目前为止厚钢板生产量突破80万t。该设备设置在东日本制铁所（京滨地区），设备与厚板轧机相连接。

　　近年来，随着构筑物大型化的发展，对构件轻量化的要求日益提高，相应地对高强度钢板的需求不断增加。高强度厚钢板主要是采用在线控制轧制和加速冷却组合工艺生产的TMCP钢。原有的TMCP钢制造布局，轧机和冷却设备相分离，在对钢板进行冷却时，轧机待轧，造成生产效率损失。

　　针对这个问题，JFE公司将轧机和冷却设备进行一体化配置，并开发出冷却与轧制同步化技术。这种设备布局和同步化技术可以准确获取轧制钢板温度的实时变化情况，并对温度进行及时控制，同时将钢板温度信息反映到对压下量的调整。JFE公司又进一步开发出新型冷却设备“Super—CR”，取代传统的喷淋冷却设备，实现了快速均匀冷却。

　　上述高技术工艺的应用，高强度钢板的生产效率比传统工艺提高了20%。由于轧制钢板温度对目标温度的控制精度的提高，减小了钢板强度的波动。“Super—CR”在产品质量、数量、交货期等方面都达到前所未有的高水平，是新一代的高级高强钢板的制造设备。 

　　“Super—CR”与原有的“Super—ORAC^®”相结合，大大增加了在线冷却曲线的自由度，可以采用过去没有的冷却曲线生产高变形能建筑用TMCP钢板和控制氧化铁皮结构的钢板。

低温多效海水淡化系统在我国的创新应用

　　2011年10月29日，由首钢国际工程公司设计并总承包的首钢京唐钢铁厂海水淡化配套2×25MW发电机组全部正式并网发电，同时开始为海水淡化主体设施供应负压蒸汽，海水淡化开始满负荷生产成品水，这标志着我国自主创新的三工况低温多效海水淡化系统在首钢京唐钢铁厂成功应用，使该厂的海水淡化成本一举降低了45%以上。

　　首钢京唐钢铁厂共建设有4套低温多效海水淡化装置，单套产水量12500m3/d，总产水规模50000m3/d。在海水淡化配套2×25MW发电机组投产前，海水淡化装置的动力蒸汽来自于钢铁厂的蒸汽管网，虽然蒸汽管网提供的蒸汽为钢铁厂的富余蒸汽，但该蒸汽（压力约4ata）的品质较高，能量还没有得到充分利用，仍具有一定的价值。该蒸汽条件下海水淡化运行称为“TVC工况”。

　　2012年初，首钢国际工程公司联合首钢京唐钢铁厂有关工程技术人员创造性地在其中两套海水淡化主体装置蒸汽进口前分别配置了中温中压汽轮发电机组，充分利用钢铁厂富余燃气锅炉产生的中温中压蒸汽在汽轮机组中发电做功，进而将汽轮机末端负压排汽（压力约0.3ata）供给海水淡化装置制备除盐水。该模式下海水淡化运行称为“MED工况”。该工况实现了能量的梯级利用，不仅大幅度降低了海水淡化的运行成本，还产生了额外的发电效益，更好地实现了热、电、水的联产。据技术人员测算，系统在该工况下运行，每年可以节约制水成本约4500万元，同时配套发电机组每年可以产生6000多万元的发电效益。另外，该系统还可以在需要降低汽轮机发电负荷或中压蒸汽管网蒸汽富余时进行TVC工况和MED工况同时运行，该模式下海水淡化运行称为“MED+TVC工况”。通过在实际生产中不同工况之间的切换，该系统既可确保海水淡化的产水，又可有效调节钢铁厂的燃气、蒸汽、电、水平衡，充分体现了钢铁厂“循环经济、节能减排”的建厂理念。运行实践证明该系统的工艺流程、设备配置和性能指标均达到了世界先进水平

　　该三工况低温多效海水淡化技术已被授予国家发明专利。该技术的成功应用，较好地实现了能源的梯级利用，成为行业内水电联产的示范，不仅具有较好的经济效益，还具有良好的社会效益。

达涅利FRT四辊轧管技术研发成功 

　　达涅利Centro管材公司研发出创新FRT四辊轧管技术。FRT是一种用于热轧管材外径精加工的革新设备。管材生产的市场趋势向较小的生产批次发展，一般为数百吨，而不是数千吨。但是要求高度多样性的生产保持一致性。新的FRT设计理念承诺全面的质量管理，该理念对项目管理方法、所涉及的产品和工艺给出了严格的规定，最终产品的质量通过整个轧机和工艺的流程获得。

　　四辊定径机包括一组机架，每个机架上有4个驱动辊。四辊定径机的优势为：①轧制后的钢管具有更好的直径和壁厚公差；②由于减少了管子内径的不均匀性，能够轧制壁厚较大的钢管；③众多的机架能够实现更好的延伸率；④具有更好的单架减径率；⑤如果轧制厚壁管，管子内径的均匀性有所提高，减少管子内径不均匀的风险；⑥由于减少了辊槽打开、关闭导致辊子的椭圆变化，增加了单个机架的再利用率；⑦由于减少了辊子的磨损，加工成本下降显著。

　　设备功能简单有效

　　一方面，单机架减径量增加；另一方面，可显示机架间张力。减径产生的壁厚变化更具可预测性，因此更容易控制。沿着整个轴向的厚度均匀分布改进了加工管材的壁厚公差。一般用于两辊和三辊技术的内部多边形结构需要能耗高的椭圆形通道设计；而FRT需要较少的椭圆化能耗，因为通道设计形成了一个完美的圆形。因此，变形的能量用于提供更高的形变效率。由于外径公差减少，几乎在这个新孔型设计的第一机架就实现了最终结果。圆周速度均匀，在侧面和底部凹槽区域之间的速度差异的减少意味着轧辊磨损显著下降。

　　设计灵活性

　　表现在FTR具有多种功用：定径机（4-16机架）；张力减径机（一般为16-30机架）；限动脱管机（一般为3机架）；限动脱管－定径机（4-14机架）。FRT也适用于在热处理线上进行再定径。目前正在研究可同时用于奇数和偶数机架的通用机芯。所有机架上可以进行轧辊的径向位置调整，因此客户可以相应地微调设备，并降低总调整量。给定一个外径，只需调整两个精轧机架。

　　节约固定和可变成本

　　定径机/张力减径机的总投资成本可分为设备投资和固定工具成本。由于所需减径机架数量减小，可以降低设备投资。对于固定工具成本，机架减少意味着机芯系列、设备管理、存储空间以及最终零部件处理量减少。 

武钢投产首座炼焦荒煤气显热利用示范工程

　　炼焦炉荒煤气余热回收利用一直是困扰世界的炼焦技术难题，也是我国焦化行业节能减排的方向。30年来，炼焦炉荒煤气余热回收利用技术在吸热介质、热交换装置材料、系统安全稳定性、运行成本、操作维护等方面存在一系列问题，一直未能够实现长期稳定可靠的工业化应用。

　　武钢在分析原有装置弊病的前提下，自主创新，在材料、结构、工艺等方面进行系统研发，在高效率、长寿命、高稳定性、低成本上取得了突破。其中新研究开发的上升管余热利用装置系统结构形式、汽化导热装置及固态导热介质的使用方法与过去的技术有根本性的区别。并已申报形成9项专利，并制定5项操作标准。

　　武钢公司研发的“焦炉上升管余热回收利用”装置已在武钢8号焦炉成功试运行，结果证明，炼焦荒煤气余热回收利用率达到32%。预计每年降低炼焦工序能耗10kgce/t焦，可产蒸汽5.5万t，折合标煤0.55万t。2012年2月，蒸汽并网运行稳定，以武钢蒸汽结算价计算，每年可创直接经济效益560万元。后工序还能减少氨水循环量、冷却用循环水、循环水系统电耗及补充水消耗，这样炼焦工序总能耗将降低10kgce/t焦以上，每组焦炉每年可减少CO2排放2.8万t，节能减排效果显著。

　　武钢研发的焦炉上升管余热回收利用装置是目前世界最先进的、国际上唯一运行成功、并进入工业化生产流程的设备。该项目的成功将有力地促进钢铁工业的节能减排，具有广阔的推广前景。

焦化废水强化处理关键技术实现工程应用

　　中国科学院过程工程研究所在多项原创性研究科研成果基础上，与鞍山钢铁集团公司合作研究开发出焦化废水强化处理关键技术与成套工艺。这项技术属于国家水体污染控制与治理重大科技专项（“水专项”）成果。

　　焦化废水处理关键技术包括“抗污染陶瓷膜过滤除油技术与设备”，过滤通量达到0.7t/（m2·h），降低了废水中难降解的有机物含量；“强化生物脱碳脱氮处理技术”，处理成本较现行生物脱氮工艺降低20%，抗冲击能力提高30%，COD降低30%以上，减少稀释水用量50%以上，实现了焦化废水低成本稳定运行；“基于极性有机物和总氰高效去除的混凝技术与新药剂”，总氰去除率达到90%以上，解决了焦化废水总氰不达标的难题；“臭氧多相催化氧化技术”，臭氧利用率高于90%，能同时高效去除苯并芘等难降解有机物。

　　通过优化集成形成焦化废水强化处理成套技术，已在鞍钢建立了4800m3/d规模的示范工程，并实现稳定运行，出水水质达到国家新颁布的《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）。通过深入优化工艺、设备，已形成具有全套知识产权的焦化废水处理新工艺，经济可行地实现了焦化废水达标排放与回用。煤气化废水与焦化废水类似，该成果技术经过优化可同样适用于煤气化废水的处理，新技术的吨水处理成本与目前传统技术处理成本相当。目前这套技术已在鞍钢集团鞍凌钢铁有限公司、鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司、攀钢集团、沈煤集团鞍山盛盟煤气化有限公司等行业优势单位实现工程应用。

　　该套技术的推广应用，可大幅解决煤焦化、煤气化等废水的达标排放问题，推动冶金和焦化行业污染治理的技术进步，直接推进这些行业和企业的节能减排，促进其可持续发展。

日本开发新型智能轧机

　　新型智能轧机是轧机本身可进行包括轧材头部在内的无时间滞后的板形检测和板形控制的新型轧机。轧制负荷在钢板宽度方向上的分布情况直接反映出钢板形状，智能轧机具有实时检测轧制负荷在钢板宽度方向上分布情况的功能。图1是智能轧机的基本结构。支撑辊（BUR）是很多短辊沿轴向排列的组合式支撑辊。为避免各支撑辊支撑部的相互干扰，在轧机的入口和出口交叉配置支撑辊，使支撑辊在工作辊全长度上将工作辊支撑起来。智能轧机的支撑辊在轧机入口有9个，出口有10个，组合角为41°。组合支撑辊中的每个支撑辊都有自己的负荷传感器和压下机构，根据各个支撑辊的负荷测定值即工作辊与支撑辊之间的负荷分布测定值，实时推算出作用于轧材和工作辊之间负荷的分布情况，然后控制各个支撑辊的压下机构，使作用于轧材和工作辊之间负荷的分布达到规定要求。

　　目前，该装置只作为厚板厂的在线矫直机使用，其设置在冷床的出口，不使用弯曲方法，而是对钢板施加约为0.2%的轻压下对钢板进行矫直。在轧制中，该装置根据自身的负荷分布情况，就可以感知轧辊咬入区内的钢板形状，并对板形进行控制。新型智能轧机板形矫正方法的特点是矫正能耗小、矫正范围大（最大矫正厚度可达60mm）、无氧化铁皮剥离、表面质量好、可根据矫正材的温度偏差调整宽度方向的压下量、对长度方向上厚度变化大的LP钢板也可进行全长度板形矫正等等。

　　如果这种功能能够在热轧轧机上实现，钢板的板形控制将会有进一步的提高。如果今后在热精轧机组的恶劣环境下使用，设备的耐久性问题还需要解决。这是今后板形控制技术的一项开发工作。

钢铁企业温室气体排放分析系统建设步入新里程

　　目前国内对钢铁行业温室气体排放和分析情况研究有限，国际上温室气体排放计算软件主要包括温室气体议定书中的钢铁生产温室气体排放计算模型、国际钢铁协会的CO2排放计算工具等。但因为国外钢铁工业统计口径和中国不同，能源种类的划分不同，考虑的计算边界也不同，比如有的软件在计算时没有考虑自备电厂和焦化工序的温室气体排放，但在中国这部分温室气体排放的影响可能非常大。所以，要结合我国具体情况，提出具有符合我国钢铁工业生产特点的温室气体排放计算方法和工具。

　　中冶京诚旗下北京京诚嘉宇环境科技有限公司与北京京诚鼎宇管理系统有限公司共同设计开发出符合国际规则与惯例、适合我国钢铁工业特点、易于操作的CO2排放实用计算软件——钢铁企业温室气体排放分析系统。

　　该系统从碳平衡为基本原理，其设计符合国际规则与惯例，适合我国钢铁工业特点、可视化强，易操作，可为国内钢铁行业和企业标准化计算CO2排放和企业温室气体减排工作提供技术支持。在企业录入现有能流、物流数据的基础上，实现对企业直接CO2排放、由能源消耗引起的CO2排放以及其他类型CO2排放的计算和分析，并能快捷、准确地导出全厂或各工序的碳平衡分析报表，同时提供CO2排放计算数据库，以及具备钢铁企业对应用低碳技术实现的CO2减排量进行测算和分析的功能。

　　该系统基于浏览器/服务器结构开发，将该系统配置、部署发布到集团公司服务器上，各分厂用户即可通过输入相应网址远程访问系统情况，实现集团对于各分厂CO2排放情况的分析、跟踪与管理。

　　据了解，该系统已于2012年初正式结题，并投入到国内两家大型钢铁企业实际测试运行。相关单位正在积极与国家有关部门进行汇报、沟通，力争在国家标准或行业标准上做进一步工作，为该类系统的上线运行铺通道路。

信息来源：《世界金属导报》