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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:2166 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）和南美的經濟發展備受矚目，對煉鐵行業的上下游市場產生了深遠影響，特別表現為鐵礦石、煤炭價格波動劇烈，粗鋼產量增長迅猛。另外，防止全球氣候變暖的《京都議定書》已經生效，日本鋼鐵聯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CO2排放量最大的煉鐵業，必須大幅削減CO2的排放量。本文圍繞煉鐵業過去10年間的環境變化及JFE煉鐵技術動向進行簡要介紹 煉鐵業的市場變化及技術開發 煉鐵業上下游市場變化 世界粗鋼產量、日本粗鋼產量的變化如圖1所示。1990年世界粗鋼產量在7～8億t/a之間，日本粗鋼產量一直維持在不足1億t/a。在原燃料品質惡化、鋼材價格下跌的嚴峻經濟形勢下，煉鐵業進行了以增大高爐煤氣產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。 2000年由于中國粗鋼產量急劇上升，世界粗鋼產量超過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、出鐵比的發展變化。 為應對瞬息萬變的經濟形勢，高爐、電爐、燒結、箱式電爐、煉焦、環保領域在技術開發及實用化方面取得了如下成果： 高爐技術開發 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型高回爐料比作業。圖3所示的是高回爐料比作業情況。高回爐料比作業是以降低焦炭成本為目的開發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）的３號高爐噴吹量達到266kg/t，同地區3號高爐以外的2～5號高爐的噴吹量達到210kg/t。 高爐開發的主要技術 為適應上述情況的變化，努力尋求降低鐵水成本，從煤氣多發型作業向低回爐料比作業轉換，2007年的回爐料比比以往降低10%。 低回爐料比作業要求提高爐頂煤氣利用率，JFE開發了專有技術——在高爐改造時安裝3PB（3 parallel bunker）料鐘系統（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）開發的120kg焦炭/t混合裝料技術已在其6號高爐實施應用。 還開發了測定爐底鐵水、爐渣殘留量的數學模型，為穩定高電爐作業做出了貢獻。 東日本制鐵所（京濱地區）開發的含有高氫的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、京濱地區各有１座?？s短大修改造時間是個重大管理難題，為此JFE開發了大組團式循環工藝專有技術，1998年在東日本制鐵所（千葉地區）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）4號高爐、2號高爐，福山地區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。經大修改造的東日本制鐵所（千葉地區）的6號高爐創造了20年零6個月的長壽記錄。 1.3燒結技術開發 燒結原料中低品位礦石的配比變化如圖4所示。從節省運費的角度出發，礦石進口地從原來的南美轉移到澳洲，但由于澳洲優質赤鐵礦的枯竭，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，燒結機生產效率低等問題。 為提高燒結機生產效率，對燒結機上料焦炭進行強化偏析粒度的技術開發。 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）開發并實施應用于其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）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。該法適用于小規模的設備改造，西日本制鐵所（倉敷地區）的2號、3號、4號燒結機，福山地區的4號燒結機也采用了這項技術，東日本制鐵所（千葉地區）的４號燒結機準備采用該技術。 煉焦技術開發 90年代，為降低焦炭生產成本，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。現在已經著手開發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混合、成型、干餾形成含鐵的高反應性炭材。 在日本高速發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定作業，今后在煉焦領域所要研究的就是高強度焦炭的生產等。 環保新工藝 根據自主行動計劃，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）的1號高爐（現在的2號高爐）、西日本制鐵所（福山地區）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技術的開發，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已實現小規模應用范圍。 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，再資源化不銹鋼粉塵的STAR爐于1994年開始運行，每天可生產約200t含Cr鐵水。 不再使用價格昂貴的強粘結煤，已開發出用礦粉直接生產高純度金屬鐵的冶煉工藝。2001年，獨立行政法人新能源. 產業技術綜合開發機構作為基礎研究促進事業，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、產業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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