隨著國際社會對環(huán)境問題的不斷關注和資源緊張對節(jié)能降耗提出的緊迫要求，世界各國的鋼鐵行業(yè)在節(jié)能減排和環(huán)境保護方面的技術不斷涌現(xiàn)。同時，為了提高生產(chǎn)效率，鋼鐵生產(chǎn)各個工序的先進技術也不斷被開發(fā)應用。本文就為大家介紹今年我們在國際技術領域關注的焦點以及國際鋼鐵業(yè)工序技術的新發(fā)展、新趨勢。
焦化技術注重節(jié)能降耗
德國：領先的頂裝焦和搗固焦技術
德國投產(chǎn)的施韋爾格恩焦化廠是當今世界現(xiàn)代化程度最高的焦化廠之一，有兩座世界最高的頂裝焦爐。
盡管該廠有先進的自動化控制系統(tǒng)，但許多工作仍然要依靠手動操作，操作工人的經(jīng)驗對獲得焦炭高產(chǎn)是非常重要的。
德國迪林根ZKS的3號新焦爐炭化室高6.25米，是世界上炭化室最高的搗固焦爐，采用了世界最先進的焦化技術和環(huán)保措施：一是采用復熱式技術；二是采用全仿真組裝程序進行爐體設計；三是采用FAN系統(tǒng)對燃燒室進行精心設計；四是應用單孔炭化室壓力控制系統(tǒng)SOPRECO。
美國：熱回收焦爐技術成熟
美國太陽焦炭公司掌握了成熟的熱回收焦爐技術。其熱回收焦爐主要是由裝煤工藝、焦爐加熱工藝和推焦和熄焦工藝組成的整體系統(tǒng)。
裝煤工藝由臥式熱回收焦爐采用鏈條刮板機送煤，可配入30%弱黏結性煤。PCM機上有煙氣收集凈化裝置，防止裝煤時出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。推焦時，將焦餅推至帶機罩的平板接焦車內(nèi)，機罩可以有效地捕獲和收集推焦過程中釋放的煙塵。熄焦塔噴水熄焦，每次約90秒。隨后熄焦車出熄焦塔傾斜，將熄滅的焦炭倒入焦臺。實際成焦率68%~73%。
煉鐵新工藝以減排為重點
新高爐：無氮及氧氣高爐工藝的研發(fā)
該工藝將冷態(tài)氧氣噴入風口代替熱風，大部分爐頂煤氣通過一個CO2分離器進行脫除，一部分富含CO的煤氣被加熱至1200℃循環(huán)噴入風口，剩余部分被加熱到900℃并通過第2排風口噴入到高爐爐身的下部。與目前的高爐工藝相比，在如此低的焦比下不會給高爐帶來操作問題。
目前，建設一套年產(chǎn)鐵水50萬噸的爐頂煤氣循環(huán)小型生產(chǎn)性高爐的計劃還在討論中，在大型高爐上開發(fā)使用該技術，可能還需要15年~20年。此外須注意，在爐頂煤氣循環(huán)高爐工藝中，由于煤氣自循環(huán)使用，供工廠管網(wǎng)的煤氣量將下降80%，工廠煤氣平衡問題必須考慮。
冶煉工藝：HIsarna熔融還原法減排CO2
HIsarna熔融還原法是用粉礦和煤生產(chǎn)液態(tài)鐵水，該兩步冶煉工藝使用一個旋風爐將礦粉預還原并熔化，然后在鐵浴反應爐中完成礦粉的終還原。煤的分解在工藝爐外的一個反應器內(nèi)進行，熱解所需熱量由煤的熱解氣燃燒產(chǎn)生。該工藝在純氧下操作，制氧所需的能量通過回收熔煉爐的煤氣余熱來提供?？紤]到該工藝產(chǎn)生的廢氣中二氧化碳濃度很高，可以直接封存。不采用CCS，預期每噸熱軋卷的CO2排放量下降20%，如采用CCS，可減排CO280%。2010年，克魯斯集團在其荷蘭克魯斯艾默伊登廠建設了一個設計能力為8噸/小時的Hisarna半工業(yè)試驗工廠。
煉鋼技術更靈活、更高效
轉(zhuǎn)爐與電爐：相互結合
相比于電爐煉鋼，轉(zhuǎn)爐煉鋼具有更大規(guī)模生產(chǎn)特定鋼種的能力。許多優(yōu)化LD轉(zhuǎn)爐的工藝和裝備技術使其在世界范圍內(nèi)得到廣泛使用，其中包括改善工藝自動化的副槍技術、實現(xiàn)出鋼溫度和成分命中的動態(tài)工藝模型的發(fā)展、各式出鋼擋渣系統(tǒng)和通過爐底透氣磚噴吹惰性氣體攪拌熔池實現(xiàn)頂?shù)讖痛怠?/p>
Conarc工藝技術。Conarc工藝代表了轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼技術的結合。根據(jù)原材料的不同，兩個獨立的熔池可以同時冶煉或者分別作為轉(zhuǎn)爐和電爐冶煉。原材料可從全鐵水到全廢鋼變化，考慮到原材料的靈活性是Conarc工藝的特色。
轉(zhuǎn)爐發(fā)展趨勢：采取改善轉(zhuǎn)爐傳感器技術和工藝建模等措施的目的在于增加轉(zhuǎn)爐有效性及保證轉(zhuǎn)爐在換襯和緩沖期的安全準確維護。
電爐發(fā)展趨勢：因為高品質(zhì)廢鋼數(shù)量的有限性限制了電爐煉鋼生產(chǎn)粗鋼比例的提升，所以電爐熔化廢鋼和海綿鐵、轉(zhuǎn)爐冶煉鐵水、化石燃料熔煉廢鋼等復合工藝將得到發(fā)展。
現(xiàn)狀：目前，煉鋼用氣體作為還原劑已經(jīng)不僅限于研究階段，西門子奧鋼聯(lián)在德克薩斯投資了新的熱壓塊鐵廠。一些地區(qū)的天然氣價格較低，使得這項技術具有重要意義。
目前，電爐煉鋼爐氣利用仍然有待進一步研究。
爐外精煉：精細靈活
鋼種的多樣性和客戶的需求導致爐外精煉的工藝路線比較復雜?？蛻粜枨蠛彤a(chǎn)品種類決定了所需要的爐外精煉裝備。鋼種合金元素總體含量越高，采用LF精煉就越重要。
現(xiàn)在，爐外精煉的核心組成是VD/VOD和RH。從歐洲近五年中新建成的脫氣裝置看出，主要趨勢是在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠裝備RH，在電爐煉鋼廠裝備VD/VOD。
LF工藝技術趨勢：轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)高合金鋼種是需要LF爐的原因；LF爐可以降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度以降低鋼中P含量，這也有利于延長爐襯壽命；開發(fā)出水冷銅元件可以避免結殼。LF今后會在轉(zhuǎn)爐煉鋼中扮演重要的角色。
LF爐的研發(fā)難點：一是煉鋼工藝需要更高的靈活性與更加精細鋼種數(shù)量的增加相結合。二是煉鋼物質(zhì)流的持續(xù)改善。三是在高合金鋼的生產(chǎn)中，合金系統(tǒng)必須升級到更大效率同時保證更好的分析彈性。四是在線工藝建模的重要性已經(jīng)增加，光學檢測和攝像系統(tǒng)配合圖像分析軟件的應用是此技術發(fā)展的另一個趨勢。
連鑄-軋鋼注重高效優(yōu)質(zhì)
薄帶連鑄：更高的生產(chǎn)率
雙輥薄帶連鑄工藝。為了生產(chǎn)厚度為1mm~5mm的近終型產(chǎn)品，日韓和歐美國家先后開發(fā)出了雙輥薄帶連鑄工藝。由于厚度降低，可以減少軋鋼機架數(shù)量，從而大幅縮短生產(chǎn)線。相對于傳統(tǒng)連鑄-熱軋工藝，雙輥薄帶連鑄工藝能量消耗最多可降低90%。由于鋼液凝固時間為傳統(tǒng)連鑄的1/700，微觀組織也能得到改善，并且可以避免微觀偏析和宏觀偏析，從而允許更高的殘余元素含量。在生產(chǎn)高錳和高鋁含量的鋼種時，薄帶連鑄具有極大的吸引力。
現(xiàn)狀：目前，世界上主要有韓國浦項和美國紐科等薄帶連鑄廠正在運營。
一般來說，表面缺陷不能通過火焰清理和修磨去除，這是雙輥薄帶連鑄技術的主要問題。該技術在側板密封技術、邊緣板型控制、凝固過程控制和工藝收益率等方面還尚待改進優(yōu)化。
水平單帶連鑄工藝。水平單帶連鑄是近幾年興起的基于薄帶連鑄的新型連鑄方法。薄帶連鑄能直接由熔體生產(chǎn)薄帶，并省去了傳統(tǒng)連鑄工藝中所需的熱軋工序之后的大部分工序，因而具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)異特點。世界上第一個商業(yè)化規(guī)模的水平單帶連鑄廠建于2012年，位于德國的派尼區(qū)，是德國西馬克為SalzgitterFlachstahlGmbH設計建造的。
現(xiàn)狀：目前水平單帶連鑄技術仍處于商業(yè)開發(fā)和起步階段。因此，需要改進之后才能實現(xiàn)完全商業(yè)化順利運行。
熱帶無頭/半無頭軋制：更高的成材率
2013年9月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《產(chǎn)業(yè)關鍵共性技術發(fā)展指南》，確定了當前優(yōu)先發(fā)展的關鍵共性技術，其中鋼鐵軋制工序中的“熱帶無頭/半無頭軋制節(jié)能關鍵技術”位列其中。
無頭軋制和半無頭軋制擁有的共同特點是：提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量穩(wěn)定性和成材率。
無頭軋制工藝。第一臺全連續(xù)無頭軋制熱連軋帶鋼機是1996年在日本JFE公司千葉廠投用的。2009年6月，意大利阿爾維迪公司克萊蒙納廠建成投產(chǎn)了世界上第１條無頭連鑄連軋生產(chǎn)線—ESP線。ESP線產(chǎn)品厚度、寬度精度、板形、性能均勻度均達到比常規(guī)熱連軋還高的水平。
現(xiàn)狀：相對于國際無頭軋制技術，目前，我國國內(nèi)還沒有板帶熱軋無頭軋制技術的生產(chǎn)實例，但已有研究人員著手開展了熱帶無頭軋制技術的前期研究。
半無頭軋制工藝。德國發(fā)展的是半無頭軋制技術，這種生產(chǎn)線的特點是適合于穩(wěn)定生產(chǎn)薄規(guī)格的帶鋼，減少了薄規(guī)格帶鋼生產(chǎn)中的軋廢和工具損失。
現(xiàn)狀：爐號匹配和生產(chǎn)計劃組織問題一直是制約半無頭軋制正常批量生產(chǎn)的“瓶頸”，其對操作水平和組織管理要求很高。目前，只有個別生產(chǎn)線實現(xiàn)了半無頭軋制的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。
點評：
在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中，各個工序技術的提高都是本著“提高生產(chǎn)效率以降低成本”和“節(jié)能環(huán)保以體現(xiàn)社會責任”為基礎進行研發(fā)的。例如，焦化作為污染和耗能大戶，更注重節(jié)能和能源回收技術的開發(fā)；煉鋼技術則是由于鋼種的不同需要，通過靈活高效的技術提高效率和質(zhì)量；連鑄-軋鋼工序則通過技術的推進達到高效率和高成材率，以減少能源和鋼材浪費。隨著鋼鐵應用領域的擴大和嚴峻的環(huán)保形勢，對工序生產(chǎn)技術的要求愈發(fā)嚴苛，對產(chǎn)品質(zhì)量要求更高。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在技術開發(fā)時，也應當向高效率、高質(zhì)量、無污染方向發(fā)展。