2014年世界钢铁工业十大技术要闻

    《世界金属导报》每年从钢铁生产主流程工序重大技术突破中，经过编辑筛选和行业专家评选，最终确定“世界钢铁工业十大技术要闻”，便于读者全面了解和掌握2014年全球钢铁行业技术研发动向。

    1HIsarna技术最新研发进展

    HIsarna是一种熔融还原炼铁工艺，是欧洲超低二氧化碳炼钢项目(ULCOS)中选出的突破性炼铁技术之一，是欧洲钢铁工业联盟与力拓联合开发的Isarna熔融旋涡熔炼炉和HIsmelt熔融炉相结合，并伴随喷吹纯氧的技术。由于不需要高炉炼铁长流程所需的焦化和烧结过程，所以该工艺有望减少二氧化碳排放20%。如果配合CCS，二氧化碳排放量将降低80%。

    2014年5月，位于荷兰艾默伊登钢厂的年产能6万t的HIsarna中试设备进行了第四次试验。此次试验持续6周左右。2011-2014年共进行了4次HIsarna工艺的试验性生产。最近两次试生产的主要数据是：小时铁水产量为7t，达到设计产能的90%；煤的使用量为750kg/t(铁水)，达到了设计值；二次燃烧率稳定保持在90%以上；铁水中碳含量为4%-4.5%，硅和锰含量在0.05%以下，磷含量明显低于传统高炉铁水，硫含量则高于传统高炉铁水，铁水温度为1450℃；炉渣与传统高炉炉渣组成相似，不同点为渣中氧化亚铁含量达到5%，远远高于传统高炉炉渣约0.5%的含量；该工艺成功地使用了赤铁矿。塔塔钢铁公司计划2015年或2016年再进行一次试生产，2017年建设一座年产80万t的新设备，新建设备计划2020年投产。

    点评

    ULCOS是一个由欧洲15国48家企业和研究机构共同参与的重大研究项目，于2004年启动。ULCOS的目标是大幅度降低钢铁生产过程中CO2的排放。HIsarna是经过评估、筛选出来的重点研究技术之一，已建设6万t的中试设备，2014年5月进行了第四次试验。中试试验数据为HIsarna技术工业化生产的可行性提供了数据支撑。

    2鞍钢矿业首创露天井下协同开采技术

    针对复杂条件下，贫铁矿高效规模开发利用的瓶颈问题，鞍钢矿业及相关合作单位经过数十年的摸索，研究开发出“大型铁矿山露天井下协同开采及风险防控关键技术”，走出一条贫铁矿高效利用的新路。三年来，直接创效近百亿元。

    作为世界第四大铁矿石资源国，我国铁矿资源量虽达744亿t，但99%的资源为贫铁矿，资源开发利用率仅为7.6%，导致我国钢铁业对进口铁矿石依存度高达70%以上。

    半个世纪以来，露天和井下不能同时开采是世界铁矿采选理论、技术与开采模式等方面的难题，也成为困扰世界铁矿业发展的瓶颈问题。如何在复杂条件下走出贫铁矿高效规模开发的新路，是扭转我国进口铁矿石高依存度的关键。

    针对这一现状，鞍钢矿业及其合作单位进行了系统的关键技术研发，最终开发出大型铁矿山露天井下协同开采及风险防控关键技术。

    该技术开创了世界同一矿体中露天井下协同开采的先例，破解了急倾斜矿体多采场同步规模开采、深凹露天矿高陡边坡风险防控、采空区塌陷涌水重大安全隐患等世界共性难题。该技术的应用提高了资源的开采效率，促进了采掘业的产业转型与技术升级。

    点评

    国内铁矿床70%为倾斜矿体，倾角陡、层位多、延深大，不利于多采场同时开采。半个世纪以来，国内一直沿用露天、井下单采场分期开采方式，开采效率低、规模小。大型铁矿山露天井下协同开采技术，使地表塌陷范围不随井下开采深度的增加而扩大，解决露天和井下同时开采相互干扰的问题，为贫铁矿规模环保开采提供了有力的技术支撑。

    3活性炭/焦烟气治理技术实现国产化

    目前，在众多的烟气净化技术中，能够综合治理多种污染物的烟气净化技术只有活性炭/焦法的效果最为突出。该技术是一种先进的烟气净化技术，具有节水、脱硫、脱硝、脱二恶英、脱重金属、除尘及除去其他微量有害烟气成分(如HCl、HF、SO3等)的功能，同时可回收硫资源。

    2010年太钢投资数亿元引进活性炭吸附工艺治理其烧结机烟气，实施以来运行良好、同步脱硫、脱硝、除尘、脱除重金属、脱除二恶英的环保效果显著，得到业界认可。但是由于活性炭烟气治理设备造价高，活性炭价高，尤其硫资源回收处理等外围系统复杂，投资巨大(投资为一般湿法4-5倍)，运行费用高等问题，此技术一直未被国内其他钢铁企业采用。随着国内环保形势的日益严峻，国家对环保的要求越来越严格，适合中国国情的低成本、高效率的国产化活性炭/焦综合烟气治理技术应运而生。目前，正在建设的永联钢铁集团烧结烟气治理项目(烟气处理量110万Nm3/h，预计2015年投产)；宝钢湛江钢铁有限公司的2台550m2烧结机烟气净化系统工程也将采用活性炭烟气治理技术。

    点评

    2015年起现有钢铁企业将执行更为严格的大气污染物排放限值，企业迫切需要找到适宜、高效、经济的减排治理技术。活性炭/焦烟气治理技术的良好效果，符合烧结多种污染物协同治理的发展方向。随着烟气净化技术的国产化，该技术可成为中国钢铁企业减轻环保压力的一项重要技术选择。

    4“留渣+双渣”转炉炼钢新工艺技术创新

    “留渣+双渣”炼钢工艺的基本原理是利用转炉冶炼前期温度低这一有利于脱磷反应热力学条件，将上炉终渣(由于温度高已基本不具备脱磷能力)，用于下炉吹炼初期(由于温度低，炉渣重新具备脱磷能力)进行脱磷，并在温度上升至对脱磷不利之前，将炉渣部分倒出，然后加入少量渣料造渣进行第2阶段吹炼(可进一步脱磷)。由于上炉炉渣可以被下炉再利用，因而能够大幅度减少炼钢石灰、轻烧白云石等原材料消耗和炼钢渣量。根据该工艺能够显著减少炼钢渣量的特点，首钢将其简称为“SGRS”工艺(SlagGenerationReducedSteelmaking)。

    SGRS炼钢工艺除能够减少石灰、轻烧白云石等原材料消耗和炼钢渣量之外，还具有以下优点：①炼钢炉渣通常含14%～25%氧化铁，渣量减少因而可以降低钢铁料消耗；②常规炼钢工艺外排炉渣碱度高(大于3.0)，渣中自由CaO质量分数多。采用41SGRS工艺，外排炉渣主要为脱磷阶段的低碱度渣，因此可以简化炉渣处理；③常规工艺炼钢，出钢后留在炉内部分钢水随炉渣倒出，采用新工艺吹炼终点不倒渣，因而可以提高钢水收得率。

    该项目研发出具备自主知识产权成套工艺技术，实现了具有重要意义的工艺集成创新。

    点评

    随着钢铁产能过剩日益严重，中国钢铁行业步入了“微利”时代，在高成本和低利润的挤压下，钢企提出了依靠科技进步降本增效的工作思路，该技术大大降低了炼钢白灰和轻烧白云石的消耗，降低转炉渣量30%以上，因此减少了石灰石和白云石煅烧产生的CO2排放量和燃气消耗，对于环境保护、节约资源和降低成本都具有重要的意义。

    5可检测连铸坯凝固末端液芯长度的创新方法

    达涅利开发了一种创新系统——Q-Pulse，该系统能够在连铸机浇铸过程中检测到铸坯液芯存在。其设计思想就是在扇形段入口或出口侧，通过扇形段内弧侧发出一种预先确定好频率和振幅的可控振动，在铸坯上作用一个周期性脉冲。扇形段脉冲振动频率将与结晶器液位的所有波动频率反复进行对照比较。它所产生的任何脉冲信号都能被结晶器液位控制系统通过快速傅里叶变换分析检测到。

    Q-Pulse系统可用于任何一种连铸条件，只要对拉坯速度、铸坯厚度和宽度，或者对浇铸钢种没有限制，能够使用轻压下技术。

    这种新模型已经在几台板坯连铸机上获得应用，其中既有传统式厚板坯连铸机，也有薄板坯连铸机。从最小厚度为55mm的薄板坯，一直到350mm厚板坯，也包括中等厚度、最大宽度为3250mm的宽板坯。

    点评

    精确检测连铸坯凝固末端液芯长度，一直是人们高度关注的问题，不论对连铸生产工艺过程还是连铸坯质量来说都具有极为重要的意义。而该方法通过物理试验方法确定连铸坯凝固末端位置，能够确保连铸坯获得最佳内部质量。

    6宝钢研制出国内首台CAP1400核电蒸发器管子支承板

    继核电蒸汽发生器用690合金U型管、690水室隔板先后研制成功之后，宝钢特钢攻克了核电蒸汽发生器制造的另一个堡垒，成功研制出CAP1400核电蒸汽发生器管子支承板，成为国内第一家核电蒸汽发生器管子支承板制造企业，全球首家具有CAP1400核电蒸汽发生器管子支承板供货能力的企业。至此，宝钢也成为目前世界上唯一一家具备核电蒸汽发生器所有关键部件材料批量供货能力的企业。

    为支撑国家核电发展战略，宝钢从2010年启动核电蒸发器支承板的开发。2012年开始，宝钢特钢整合宝钢中央研究院、宝钢股份厚板部等研发、制造及销售平台，与上海电气核电设备有限公司合作，启动该产品的研发。2013年6月完成首轮支承板的试制。同年9月，在完成试制产品的打孔及全部检测后，经设计院评审，产品各项性能指标达到、部分性能指标甚至超过国外同类产品水平，形成了具有宝钢自主知识产权的从冶炼到热处理的全流程制造技术。

    2014年年初，在与设计院、业主及设备制造方进行多次技术交流与商务沟通的基础上，宝钢特钢正式签订了石岛湾项目(CAP1400)以及三门项目(AP1000)供货合同，宣告宝钢CAP1400核电蒸汽发生器管子支承板的开发成功进入商业化阶段。

    点评

    继核电蒸汽发生器用690合金U型管、690水室隔板先后研制成功之后，宝钢特钢成功研制出CAP1400核电蒸汽发生器管子支承板，形成了具有宝钢自主知识产权的从冶炼到热处理的全流程制造技术。至此，宝钢成为目前世界上唯一一家具备核电蒸汽发生器所有关键部件材料批量供货能力的企业。

    7世界最厚的450mm板坯连铸机在我国投产

    由中冶京诚工程技术有限公司研发的具有独立自主知识产权且技术成熟可靠的世界上最厚的450mm板坯连铸机于2014年10月15日在江阴兴澄特种钢铁有限公司一次热试成功，并投入生产运行。这标志着国际首套450mm厚板坯连铸机一次性热负荷试车成功。该铸机生产的铸坯断面厚度达到450mm，设计最大铸坯宽度为2600mm，可用于生产船用钢板，特别是大型远洋船板、舰船用钢等高品质钢，具备生产HSS、锅炉钢、耐候钢、模具钢等高规格厚板坯的能力。

    该套铸机设计过程突破了超厚板坯连铸设计理论的不足，解决了厚板坯连铸设计过程中铸机拉坯力大、铸坯温度控制、变形控制等问题，攻克了生产大断面连铸坯时中心偏析、疏松级别高和表面易出现裂纹等难题，产品质量优良。该套铸机采用直弧形机型，优选11m基本弧半径，通过采用中冶京诚专有的辊列设计、布置、连续弯曲和连续矫直技术，自主开发的动态二冷和动态轻压下模型技术以及独特的铸坯导向段设计和控制等核心技术，实现了微合金包晶钢、模具钢等高品质钢种无缺陷铸坯的生产技术突破。与此同时，对直弧形连铸机生产超大规格厚度铸坯的机型也完成了一次理论上的创新和认证，实现了理论上的飞跃，为同类型连铸机的优化、改造升级提供了理论和实践上的支撑。

    点评

    世界首套450mm厚板坯连铸机热负荷试车成功，标志着我国用连铸机生产超大规格厚度的铸坯机型可完全国产化。有利于我国乃至世界船用钢板，特别是大型远洋船板、舰船用钢等高品质、特厚板的生产。相关理论与技术的突破和创新对改造现有厚板坯连铸机，提高我国连铸机整体装备水平具有重大意义。

    8国内首条辊压机终粉磨钢渣粉生产线成功达产

    由鞍钢矿渣公司与德国蒂森克虏伯工业工程有限公司合作开发的国内乃至国际上首条辊压机终粉磨钢渣粉生产线于2014年9月建成投产。该生产线具有以下特点：

    1)采用三级磁选和高效辊压机相结合技术，成功解决了钢渣中含铁高、易富集、难选、难磨的问题，加工后的钢渣粉中金属铁含量小于0.02%。

    2)采用了辊压机终粉磨和动、静态选粉机相结合的技术，成功解决了钢渣大规模生产中粉磨细度和加工能力的问题，生产过程中台时产量可达80t/h，

    可根据需要生产400-550m2/kg不同比表面积的钢渣粉及钢铁渣粉产品。

    3)采用国际领先的半成品旋风筒分离与动态选粉机终产品直接收集技术，成功解决了产成品及产品收集过程中糊袋、收集率低及污染的问题。

    4)采用干料加工技术(含水率控制在2%以内)，成功解决了确保钢渣粉活性的技术问题，为钢渣粉大规模应用于水泥和混凝土领域提供了技术保证。

    5)采用高料量循环加工技术，并成功解决了生产加工过程中半成品成饼打散问题，确保了成品质量均匀性、稳定性。

    此次辊压机终粉磨钢渣粉生产线的成功达产，将使钢铁行业钢渣微粉的循环利用步入一个新阶段。

    多年来我国钢铁渣的综合利用率仅为50%，钢渣的综合利用率仅为10%。钢渣堆放不仅影响环境质量，而且是资源的巨大浪费。这条钢渣微粉线的投产，是我国冶金渣开发利用产业发展的一个重要里程碑，标志着国内冶金渣处理走出了一条自主创新的发展之路，将引领未来钢铁绿色发展的方向。

    9JFE公司开发出80mm厚460MPa级高止裂钢

    2014年10月，日本JFE钢铁公司宣布开发出大型集装箱船甲板上部结构用80mm厚、屈服强度460MPa级高止裂钢厚板，这是目前为止世界上同类产品中最厚的。

    集装箱船在结构上有较大的开口部位，因此在承载负荷最大的甲板上部结构上需要采用高强度厚板。近年来，为了达到提高运输效率的目的，集装箱船趋向大型化，甚至已经开始建造超过1.6万TEU的巨型集装箱船，这对甲板上部结构所用厚板提出了更高的屈服强度要求。然而，随着钢材厚度的增加以及强度的提高，会出现钢材变脆、止裂特性降低的现象，因此之前未能生产出超过1.6万TEU巨型集装箱船甲板上部结构用高止裂钢。另外，根据国际船级社协会的规定，从2014年1月1日后签订合同的新建集装箱船，必须履行甲板上部结构采用高止裂钢的义务，因此延缓了超过1.6万TEU巨型集装箱船的生产。

    JFE钢铁公司在开发过程中，在确保结晶晶粒细化的同时，运用对加热温度和轧制温度精确控制的TMCP技术，开发出了能提高阻止钢板裂纹发展方向结晶比例的特有结晶方位控制技术。通过采用此项技术，即使是极厚、高强度的钢材，也可确保高的止裂特性。

    点评

    该钢板不仅是目前世界上最厚的高止裂钢，同时由于TMCP技术的应用，还保证了其与其他钢种具有等同的高加工性能和焊接性能。该钢种的应用将使1.6万TEU以上的巨型集装箱船的制造成为可能。该钢种的开发将为我国进行高止裂钢的开发提供借鉴。

    10新型环保低温硅烷化复合膜阻锈技术获得成功应用

    2014年5月，合肥东方节能科技股份有限公司开发的硅烷化复合膜阻锈技术成功应用于石横特钢螺纹钢生产线。

    早期阻锈设备安装在冷却装置最后段，钢材表面温度处于400℃以上，钢材阻锈后通过辊道上冷床，到冷床的回火温度在600℃以上，称之为高温阻锈。阻锈过程中出现了两个关键问题：一是钢材经过辊道时产生摩擦导致阻锈颗粒脱落；二是钢材表面温度持续升高，导致阻锈剂挥发。

    针对高温阻锈技术问题，开发了低温阻锈剂，根据不同的生产情况，将阻锈设备安装在轧线定尺剪的前面或后面，在此处小规格钢材(L10-L16)表面温度降到150-220℃，大规格钢材(L18以上)表面温度降到200-300℃，在此温度下通过喷药箱喷上阻锈剂。阻锈剂在钢材表面产生化学反应及钝化反应，从而形成一层致密的保护膜，阻止或延迟钢材表面铁离子与空气中的氧气或水分接触而被氧化，同时钢材的温度在持续下降，保证了阻锈剂不挥发，从而达到阻锈效果。

    阻锈装置主要由集药箱、加药泵、管道装配、喷药箱、接药箱等组成。阻锈剂是一种新型环保型产品，不含磷、不含重金属，无有毒有害物质、无腐蚀性，稀释后可直接排放，而且该产品防锈效果好，性能稳定，使用维护方便等特性，在线防锈处理过程中无沉渣、无固体析出物、钢材处理后外观良好，提高了钢材表面质量。

    点评

    螺纹钢是量大面广、应用广泛的建筑钢材，一般在经过冷却后表面容易形成一层铁锈，铁锈随着钢材放置时间越长锈迹越严重。在当前市场相对饱和情况下，下游客户对钢材表面质量的要求越来越高，这一新型环保低温阻锈技术的研发和应用，改善了螺纹钢的外观，提高了钢材表面质量，满足了客户及市场需求，促进了钢铁企业的技术进步。

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