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JFE-煉鐵技術詳細動向解析
新聞分類: 技術資訊 瀏覽:2087 日期:2011/11/09
JFE起步至今已有5年以中國為代表的金磚四國（巴西、印度、中國、俄羅斯）和南美的經(jīng)濟發(fā)展備受矚目，對煉鐵行業(yè)的上下游市場產(chǎn)生了深遠影響，特別表現(xiàn)為鐵礦石、煤炭價格波動劇烈，粗鋼產(chǎn)量增長迅猛。另外，防止全球氣候變暖的《京都議定書》已經(jīng)生效，日本鋼鐵聯(lián)盟制定的自主行動計劃的減排目標是：與1990年相比，能源使用量必須削減10%，作為鋼鐵工業(yè)CO2排放量最大的煉鐵業(yè)，必須大幅削減CO2的排放量。本文圍繞煉鐵業(yè)過去10年間的環(huán)境變化及JFE煉鐵技術動向進行簡要介紹 煉鐵業(yè)的市場變化及技術開發(fā) 煉鐵業(yè)上下游市場變化 世界粗鋼產(chǎn)量、日本粗鋼產(chǎn)量的變化如圖1所示。1990年世界粗鋼產(chǎn)量在7～8億t/a之間，日本粗鋼產(chǎn)量一直維持在不足1億t/a。在原燃料品質惡化、鋼材價格下跌的嚴峻經(jīng)濟形勢下，煉鐵業(yè)進行了以增大高爐煤氣產(chǎn)生量可削減能源成本，使用低價低質燃料為目標的技術開發(fā)。 2000年由于中國粗鋼產(chǎn)量急劇上升，世界粗鋼產(chǎn)量超過8億t/a，2007年達到13.4億t/a。隨著鋼鐵需求的旺盛，日本粗鋼產(chǎn)量達到1.2億t/a，為應對需求的增長，日本進行了高爐的集約化，使高爐出鐵比大幅增加。圖2是日本高爐運轉的座數(shù)、出鐵比的發(fā)展變化。 為應對瞬息萬變的經(jīng)濟形勢，高爐、電爐、燒結、箱式電爐、煉焦、環(huán)保領域在技術開發(fā)及實用化方面取得了如下成果： 高爐技術開發(fā) 90年代，各制鐵所運行著以降低能源成本為目的的煤氣多發(fā)型高回爐料比作業(yè)。圖3所示的是高回爐料比作業(yè)情況。高回爐料比作業(yè)是以降低焦炭成本為目的開發(fā)的微煤粉多量噴吹技術，它是偏心雙重噴吹技術與爐料分布控制技術等相結合的綜合成果，西日本制鐵所（福山地區(qū)）的３號高爐噴吹量達到266kg/t，同地區(qū)3號高爐以外的2～5號高爐的噴吹量達到210kg/t。 高爐開發(fā)的主要技術 為適應上述情況的變化，努力尋求降低鐵水成本，從煤氣多發(fā)型作業(yè)向低回爐料比作業(yè)轉換，2007年的回爐料比比以往降低10%。 低回爐料比作業(yè)要求提高爐頂煤氣利用率，JFE開發(fā)了專有技術——在高爐改造時安裝3PB（3 parallel bunker）料鐘系統(tǒng)（由3個并列漏斗組成的裝料裝置），這種裝置可分批次裝料，同時結合具有分切篩選功能的多量混合裝入技術，東日本制鐵所（千葉地區(qū)）開發(fā)的120kg焦炭/t混合裝料技術已在其6號高爐實施應用。 還開發(fā)了測定爐底鐵水、爐渣殘留量的數(shù)學模型，為穩(wěn)定高電爐作業(yè)做出了貢獻。 東日本制鐵所（京濱地區(qū)）開發(fā)的含有高氫的LNG（液化天然氣）噴吹技術，在2號高爐的應用表明可有效降低回爐料比、提高出鐵比、抑制CO2的排放，LNG富氧噴吹的補進技術于2005年實施應用。 JFE共有9座高爐在運行，其中東日本制鐵所的千葉、京濱地區(qū)各有１座。縮短大修改造時間是個重大管理難題，為此JFE開發(fā)了大組團式循環(huán)工藝專有技術，1998年在東日本制鐵所（千葉地區(qū)）6號高爐大修改造時初次使用；隨后，西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）4號高爐、2號高爐，福山地區(qū)5號高爐、4號高爐大修改造時也應用了這項技術，取得了顯著成效。經(jīng)大修改造的東日本制鐵所（千葉地區(qū)）的6號高爐創(chuàng)造了20年零6個月的長壽記錄。 1.3燒結技術開發(fā) 燒結原料中低品位礦石的配比變化如圖4所示。從節(jié)省運費的角度出發(fā)，礦石進口地從原來的南美轉移到澳洲，但由于澳洲優(yōu)質赤鐵礦的枯竭，低品位礦石如高結晶水礦石等的配比增加到65%。 高結晶水礦石中結晶水含量高達6%～10%，導致燒結礦為多孔質、粉末多、強度低，燒結機生產(chǎn)效率低等問題。 為提高燒結機生產(chǎn)效率，對燒結機上料焦炭進行強化偏析粒度的技術開發(fā)。 裝入弧狀金屬絲進行強化偏析的SSW（Segregating slit wire）偏析光隙金屬絲法開發(fā)并應用于西日本制鐵所5號燒結機。另外，在裝料斗的背面配置永磁材料，可以降低燒結原料的下落速度，這種制動式裝料法是由西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）開發(fā)并實施應用于其3號燒結機；隨后，該所的2號、4號燒結機、東日本制鐵所（京濱地區(qū)）1號燒結機也采用了這項技術。 石灰石和焦炭粉涂敷造粒法是從現(xiàn)有的滾筒攪拌機后端噴涂石灰石粉、焦炭粉進行造粒的技術，因為在石灰石粉和焦炭粉表面上的準粒子，能夠聚集赤鐵礦各殘留粒子并形成鐵酸鈣。該法適用于小規(guī)模的設備改造，西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）的2號、3號、4號燒結機，福山地區(qū)的4號燒結機也采用了這項技術，東日本制鐵所（千葉地區(qū)）的４號燒結機準備采用該技術。 煉焦技術開發(fā) 90年代，為降低焦炭生產(chǎn)成本，在一定程度上犧牲了焦炭強度并努力減少強粘結煤。圖6是非/微粘結煤等低價劣質煤的配比率及焦炭強度的變化趨勢。為抑制劣質煤配比的增加造成焦炭強度的降低，綜合使用高級粉碎控制、高級配比模型、添加惰性物質擴大粒徑的高級技術。 焦爐壽命的延長導致老焦爐的強迫惡化。為此開發(fā)的技術對策是引入大型溶射裝置，利用CVD(Chemical vapor deposition)化學蒸鍍技術對耐火材料的細微連續(xù)龜裂進行修補；高溫更換砌筑耐火材料技術；焦爐爐壁的管理技術。 眾所周知，提高焦炭反應性可降低高爐管式電爐回爐料比。現(xiàn)在已經(jīng)著手開發(fā)通過鐵的觸媒效果提高焦炭反應性的CIC（Carbon iron composite）鐵碳復合工藝，該工藝是以非/微粘結煤為主的煤炭與鐵礦石經(jīng)混合、成型、干餾形成含鐵的高反應性炭材。 在日本高速發(fā)展期建設的舊焦爐面臨更新、煤炭價格暴漲的形勢下，要保證高出鐵比的穩(wěn)定作業(yè)，今后在煉焦領域所要研究的就是高強度焦炭的生產(chǎn)等。 環(huán)保新工藝 根據(jù)自主行動計劃，制鐵所對廢塑料的使用追加了1.5%，2000年容器包裝循環(huán)法實施后，使用量急劇增加。自1996年以來，JFE在東日本制鐵所（京濱地區(qū)）的1號高爐（現(xiàn)在的2號高爐）、西日本制鐵所（福山地區(qū)）的3號、4號高爐，分別實施了高爐噴吹廢塑料技術。為控制噴吹塑料廢棄物時高爐透氣性的惡化，進行了造粒粒子強度、灰分成分控制的相關研究，還開發(fā)了與細粉煤燃燒性能一樣的廢塑料粉末化的先進技術（APR），2007年始用于東日本制鐵所。 報廢汽車的剪斷粉末化循環(huán)技術，利用廢棄木材制造活性炭，廢木材的高爐噴吹，氟利昂的感應加熱分解等各種循環(huán)技術的開發(fā)，正在努力研究當中，均處于試驗階段。利用回轉窯進行聚氯乙烯脫氯技術在京濱地區(qū)已實現(xiàn)小規(guī)模應用范圍。 轉爐冶煉不銹鋼的過程中，Cr礦石熔融還原時產(chǎn)生的粉塵中含有約9%的Cr，作為二次資源具有非常高的回收價值。在千葉地區(qū)，再資源化不銹鋼粉塵的STAR爐于1994年開始運行，每天可生產(chǎn)約200t含Cr鐵水。 不再使用價格昂貴的強粘結煤，已開發(fā)出用礦粉直接生產(chǎn)高純度金屬鐵的冶煉工藝。2001年，獨立行政法人新能源. 產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構作為基礎研究促進事業(yè)，安置了Hi-QIP（high quality iron pebble）高品位粒狀鐵試驗設備，該工藝是在回轉爐床上鋪敷粉煤，再在上面裝入礦粉，進行加熱、還原、熔融生產(chǎn)不含礦渣的高純度金屬鐵，這項研究還在進行當中，其大型化、產(chǎn)業(yè)化的可能性尚在探索過程中。 煉鐵工藝減排CO2、增加活性炭原材料等生物質原料的使用、加大使用廢塑料是今后發(fā)展的必然趨勢。 對價格暴漲的Cr、Ni、Zn等金屬資源的有效利用，制鐵所以社會對二次金屬資源的回收技術的需求將越來越高的說。
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