近年日本炼钢工序的节能环保技术简介

近年日本炼钢工序的节能环保技术简介日本,环保,工序,简介,节能日本近年炼钢生产概况及有关节能的主要指标进入本世纪以来，随着日本经济的恢复性增长，钢产量也稳步上升，2004年恢复到1970年代前期的历史最高水平，2005年因针对中国通用钢材进口引发的价格下降，各大钢厂采取了减产压库的对应措施，导致钢产量比上年减少24万t。逐年的钢产量和有关节能指标的变化如表1。炼钢工序是钢铁企业的核心，其节能水平除决定于本工序如何合理使用能源和利用余能以降低工序能耗外，还涉及上下工序特别是全厂的总体节能。主要有以下几个方面：1降低铁钢比的节能效果最大。因为在钢铁工业中，炼铁系统（含炼焦和烧结等）的耗能约在总量的1/2以上，如能在炼钢中设法多用不计算能耗的废钢铁代替生铁以降低铁钢比，则节能的效果巨大。降低铁钢比的主要措施有：（a）大力发展基本上全部以废钢铁为原料的电炉钢，即提高电炉钢的比例。日本的电炉钢比近年受普钢电炉生产的一般建筑用钢材受公用土木工程的需求疲软而保持在27.6%～25.6%的较低水平，与我国15%的水平相比尚属先进，但比美国的52.1%和欧盟的38.5%尚有很大的节能潜力；（b）转炉炼钢多用废钢铁以少用生铁。这几年也有所改进，以致在电炉钢比下降的不利条件下铁钢比仍有下降；（c）新日铁广烟厂在上世纪90年代高炉停产后，采取了转炉用废钢铁等冷料吹氧喷煤化铁后炼钢的特殊工艺，尽管工序能耗上升，但总体还是节能的，以后作专门介绍。2和下工序的轧钢工序紧密衔接，并为下工序节能提供有利条件。主要措施有：（a）提高连铸比以取消初轧和开坯工序可大幅节能。目前日本的连铸比已达98.5%，已无节能潜力；（b）连铸坯的热送热装以为轧钢加热炉缩短加热时间而节能创造条件；（c）实施近终形连铸以为减少轧钢轧制道次而节能；（d）将（b）、（c）两项结合而成的成熟工艺为薄板坯连铸连轧，在这点上日本不仅落后于欧美，甚至还落后于我国，主要是由于近三十年来未有新的热连轧薄板设备投产的缘故；（e）薄带坯连铸，即在连铸薄带坯后经一、二道轧辊对表面平整后即成为成品，流程短而节能效果大，本世纪初在新日铁光厂的不锈钢带生产中已有30万t/a设备试运行后因未过关而于2003年停止。而由日装备制造厂开发的普钢薄带坯连铸正在澳大利亚和美国试用中。3为社会节能创造条件而提供节能型产品。除炼钢采取加入合金、提高精炼比外，还需轧钢采取相应的轧后快冷等措施。如2010年节能环保企业志愿计划中规定，通过多生产节能型产品为社会节能量达1990年生产耗能的4%，可见其效果之大；从表1中特殊钢比的逐年提高也反映了这一趋向。突出的如高强度钢板在汽车、船舶等方面扩大应用后，不仅可节约钢材以实现广义节能，同时还由于车体、船体轻量化而节油；又如变压器采用高效电工钢板后可通过减少电阻损失而大幅节能等。由于这方面我国的节能潜力巨大，拟在轧钢工序节能后专题介绍。近年日本转炉炼钢的产量和有关节能环保的主要指标如表2。由以上可以看出，从2002年到2005年的3年内，在钢产量增长7.8%和真空处理比增加7.8个百分点的同时，氧耗和连铸比变化甚微，但生铁配比却下降2.6个百分点，说明转炉钢在重视节能型产品增长的同时也重视了企业节能。现分类简述如下：1工序能耗不明显。转炉炼钢以高温铁水为主要原料，通过顶底复合吹氧将硫、磷等有害杂质脱除到标准以下和将碳、硅脱除到规定成分的同时，并加入规定的锰等合金元素，因此所耗能主要是氧和各种设备所耗的电力，数量较少；而由脱碳所产生的转炉煤气发热量高达2000kcal/Nm3和100Nm3/t以上，正常回收后即可达到负能炼钢，日本各转炉钢厂也均早达到该水平，使得节能潜力不大。近年主要采取了混铁车大型化、钢水包加盖和绝热性好的耐火材料等措施以减少热损失；另外，最近还开发成功了利用煤气管道冷却水低温余热的卡利那循环发电，在世界上还属首例。该系统利用氨水的非等温蒸发、凝结特性和由混合比不同而使凝结压力变化等特点，使发电效率达到40%，远高于其它低温余热发电的水平，对工序节能起了较大的作用。2在扩大废钢利用以降低生铁配比方面对全行业节能十分有利。上世纪末在政府主导下进行了基础技术的开发，如通过低温破碎处理系统可去除废钢中含铜的96%以上和高效预热熔化技术等均为扩大废钢的利用创造了条件。本世纪以来，各厂根据各自条件应用的结果，导致了转炉生铁配比和铁水配比的同步下降。但效果最大的是新日铁广烟厂转炉用冷钢铁料化铁炼钢的不断进展：（1）1993年在新日铁的设备合理化大调整中，该厂高炉全部停产后，该厂转炉采取了以废钢铁和其他厂高炉供冷生铁块为原料的炼钢法。即将冷钢铁料装入转炉内通过吹氧喷煤粉将冷料熔化为铁水后再进行吹氧炼钢，废钢铁配料占1/2左右，尽管炼钢工序能耗上升，但从成本和工序能耗看仍低于电炉，故一直坚持了下来。（2）1999年为降低能耗，针对日本废轮胎有余和政府鼓励利用的政策，以及轮胎的成分平均为橡胶50%，碳块25%、子午线钢丝15%和其它添加剂（硫及其助剂、纤维和氧化锌等）10%使发热量达8000kcal/kg以上的有利条件，将废轮胎破碎后掺入煤粉代煤作燃料，不仅直接节约了能源，同时15%的子午线钢丝也作为铁源得到了合理利用。当年试用成功后，2000年用量即达到6万t，占全国废轮胎的6%。（3）广烟厂年产转炉含铁粉尘和轧钢氧化铁皮15万t，加上含锌高，过去多作填埋处理，后同神户制钢加古川厂用Φ8.5mFastmelt环形炉处理钢铁含铁粉尘成功。即将含铁粉尘中加入少量煤和粘结剂制成球团，在1100~1350℃的环形炉中加热12分钟，铁的还原率可达90%、锌的还原率可达94%，原料干球和产出的直接还原铁（DRI）的主要成分如表3。广烟厂引进神钢的设备和技术，于2000年4月建成年处理干球19万t、生产DRI14万t/a的环形炉，在1300℃下脱锌后，将产出的DRI在1000℃即加入转炉代废钢。对锌也在除尘器处以氧化锌形式回收后出售给有色冶炼厂作原料利用。经一段时间的精心*作后，产量达24t/h、铁的还原率达91.9%、锌的还原率达90%。由此不仅减少了填埋占地，还节约了生铁用量。（4）2005年在广烟厂厂区内由新日铁子公司建成6万t/a废轮胎气化厂，将产生的煤气供广烟厂工业炉窑代重油，渣中铁块和部分碳块加入转炉代生铁、煤粉化铁炼钢，又充分合理利用了废轮胎的可燃部分和铁源，节能效果明显。3面向社会的节能环保技术。为了适应节能环保和生产节能型产品的需要，转炉工序逐步形成铁水预处理-转炉-二次精炼的分段冶炼方式。它的作用如下：（1）由于铁水预脱硫和预脱磷效率的提高，加上二次精炼对硫、磷和氢的进一步去除，为高级产品的扩大创造了条件，十分有利于社会节能和环保。（2）由于铁水预处理，使转炉冶炼变为集中脱碳，使反映热的余量较大，为多利用废钢提供了条件，还可提高生石灰的脱磷效率以降低渣量，且由各种渣的成分单纯化而有利于再生利用。如以SiO2为主的脱硅渣可供缓效肥用，以CaO为主的脱磷渣用于制造可吸收CO2的渔礁，都对减少钢渣的最终处理量器到了积极作用，对节能环保均有好处。在上述方面做得最突出的为住友金属和歌山厂的转炉炼钢工场，它于2005年完成的炼钢工艺的高效化改造，便是以铁水脱磷专用炉为核心的高效生产工艺，其结果实现了比过去年减排CO234万t的节能效果。该工厂主要生产汽车用外装钢板、电工钢板、油井管、核电用钢管、车轮和车轴等多种、多用途高级产品，由于每个品种生产工序不同而较为复杂。为提高生产效率以节能，从1999年起即开始了从低磷化出发向高质量发展的有关设备技术开发，达到了如下目标：（a）世界上首例顶底复合吹氧转炉用脱磷炉的实用化；（b）达到世界上最高速度的9分钟脱碳吹炼和20分钟每炉炼钢时间；（c）世界上首例脱磷炉和转炉在同一厂房内顺列布置的合理物流系统；（d）为保证脱磷炉、转炉高作业率的脱磷炉高达2万炉的高寿命化和检修期缩短至5天的相关措施。由于以上工艺的高效化，使热损失减少、用能量下降、和生石灰用量的减少，合计比过去的年节能量相当于减排34万tCO2量；加上含锌粉尘的回收利用和排渣量的减少，环保条件也大为改善；同时，扩大了低硫钢、极低磷钢、低氧钢等高质量钢的生产，适应了广大用户的需要。4在不断扩大真空处理比以为社会多提供节能环保型产品的同时，不断改进二次精炼工艺以节能。突出如对常用的RH脱气炉改进后可同时完成原LF炉、RH炉和加钙的3种功能，自然有利于提高生产效率和节能。又如对DH脱气炉改进后，在结构简化易于修补下脱碳功能仍同RH炉，现已用于不锈钢和低碳、低氧钢的生产。JFE钢铁充分利用二次精炼技术，在原转炉利用铬代铬合金生产铬不锈钢的基础上，2005年又开发成功利用VOD生产的含铬不锈钢JFE443CT（Cr21%）以取代了价格和能耗高的Ni和Mo，自然有利于广义节能，加上它耐蚀性同SUS304但导热率优，因此用于炊具时可简化结构而有利于用户节能，从而得到了用户好评，并获得2006年日经优秀产品奖。另外，神户制钢2005年开发成功的汽车电磁不见用纯铁系软磁性材料ELCH2系列产品，由于充分利用了二次精炼技术去除不利于磁性的杂质和元素，并在不含铅的条件下保证了优良的切削性能，从而实现了磁性提高、节电和易切削的节能环保效果，也得到了用户的广泛好评。