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2021年世界钢铁工业十大技术要闻

来源:世界金属导报  撰稿人:  发布时间:2022年01月05日 浏览:
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作为国内钢铁行业最具权威性的专业媒体,《世界金属导报》通过筛选并经行业知名专家严格评选,最终确定了“2021年世界钢铁工业十大技术要闻”。

  作为国内钢铁行业最具权威性的专业媒体,《世界金属导报》通过筛选并经行业知名专家严格评选,最终确定了“2021年世界钢铁工业十大技术要闻”,内容涵盖钢铁生产主流程工序重大技术创新成果,便于读者全面了解钢铁行业重大技术研发动向。

  1、氢冶金技术突破有力支撑全球钢铁碳中和

  在全球脱碳的背景下,采用氢能冶炼实现低碳甚至“零碳”工艺的产业化,是彻底解决生产过程中环境污染和碳排放问题的技术方向。

  2021年4月,奥钢联多纳维茨钢铁公司建设的氢基粉矿还原(HYFOR)试验厂调试成功。该技术无需造块工序,可使用铁精矿进行直接还原,适用于赤铁矿和磁铁矿等多类矿种。新工艺使用来自可再生能源的100%氢气作为主要还原剂,也可使用富氢气体,能够显著减少CO2排放。

  中国宝武“富氢碳循环高炉”项目完成了第二阶段的试验任务,通过引入焦炉煤气、脱碳煤气,打通富氢碳循环工艺流程,达到了50%的超高富氧冶炼,降低碳消耗15%。目前,由中钢国际EPC总承包的第三阶段试验工程正式开工,向30%碳减排冲刺。此外,宝钢湛江100万吨级氢基竖炉工程于2021年12月23日开工,对今后的绿色低碳发展意义重大。

  2021年4月,建龙集团建设的氢基熔融还原法(CISP)冶炼高纯铸造生铁项目顺利投产,一次性产出高纯铸造生铁156t。该工艺取消了烧结和焦化等工序,可使SO2和NOx排放量减少38%,粉尘排放量减少89%,且没有二噁英、酚氰废水等污染物排放。

  此外,还有许多氢冶金项目已启动,如蒂森克虏伯建设的阿联酋水电解制氢项目,中冶京诚总体设计的河钢宣钢氢能源工程示范项目等。

  点评

  HYFOR试验厂适用于处理多类矿种,工艺采用低碳能源,对于实现碳中和有积极作用,示范引领作用显著。中国宝武“富氢碳循环高炉”项目突破了传统高炉的富氧极限,降低了二氧化碳排放量,实现了绿色低碳炼铁工艺技术的新发展。CISP新工艺的成功投产标志着具有中国自主知识产权的氢基熔融还原冶炼技术成功落地转化。氢冶金技术的突破有助于实现无化石能源冶炼,支撑全球低碳转型。

  2、绿色智能全废钢短流程直轧线达国际领先水平

  东北大学联合徐州金虹、长春电炉、上海大学、抚顺特钢,基于基础理论研究和共性技术开发,建成了绿色智能全废钢连续加料电弧炉-精炼-连铸-直接轧制短流程生产线。

  该项目开发了废钢高效预热技术、电弧炉快速熔炼技术、铸坯提温技术、快速运坯及调度技术以及粗轧设定和温控技术等,结合智能化信息平台开发,建成了一套全废钢电弧炉连续加料-快速熔炼-精炼-连铸-直接轧制全过程智能化信息系统,形成了具有自主知识产权的全流程成套关键技术和智能设备,实现了全流程信息贯通和智能优化控制。

  该生产线已投产,电弧炉冶炼周期短至32min,冶炼电耗低至331.5kWh/t,二噁英排放浓度为0.017ng/m3,二氧化碳排放量为0.65t/t,直接轧制率高达96%,总体生产指标达到国际领先水平,环境与经济效益显著。

  点评

  绿色智能全废钢连续加料电弧炉-精炼-连铸-直接轧制生产线与传统电弧炉炼钢-轧钢流程相比,能耗降低20%以上,效率提高50%以上,运行成本降低30%以上,大幅降低了碳排放、污染排放,有力助推了我国钢铁工业高质量可持续发展。

  3、“以轧代锻”开启特种合金生产新模式

  2021年3月,由中冶京诚EPC总承包建设的陕西天成航空材料有限公司的钛合金大棒材生产线项目全面进入试生产阶段,标志着中冶京诚在特种合金轧制领域创新性地采用了“BD1350 BDM850”的先进轧制工艺模式,成功替代了传统的“锻造工序”,国内首创了钛合金大棒轧制生产线,实现了特种合金“以轧代锻”的新突破,达到国际先进水平。

  产线配备了中冶京诚拥有自主知识产权的硬核装备,即BD1350大型开坯机和BDM850横移式可逆开坯机;产品以高品质钛及钛合金棒材为主,规格覆盖φ90-φ300mm的圆棒和多种规格断面的中间方坯,满足航空航天、军工、医疗等高端市场的需求。

  此外,中冶京诚自主研发了小延伸高线精轧机组,满足了“以轧代锻”工艺后续高品质精轧的需求,特别适合特种合金线材的轧制要求,并在国内多个高线项目中成功应用。

  “以轧代锻”大大提高了生产效率、降低了生产成本,使得轧件温度、尺寸精度、表面质量、内部组织和机械性能得到了较好地控制,保证了生产技术的先进性、灵活性和经济适用性。

  点评

  传统特种合金生产工艺存在热加工成本高、成材率低、表面质量差等问题。中冶京诚创新采用的“以轧代锻”工艺,很好地解决了合金变形抗力大、热变形塑形差、热加工温度范围窄等技术难题。横移式开坯机的应用,集传统开坯机和连轧机组的优点,提高了生产效率及产品质量,为特种合金生产提供了最佳的工艺装备选择。

  4、省资源型抗氢脆高强不锈钢助力氢能社会

  当前,全球正在向实现“氢能社会”迈进,需要在高压下填充氢的装置以及充氢站的建设。

  日本爱知制钢成功开发了一种不用钼等稀有合金,且具有良好切削性的新型高强度不锈钢AUS305-H2,是对第一代燃料电池汽车用AUS316L-H2不锈钢的改进。该材料已经开始规模供应,除了用于氢气站的装置(填充喷嘴、高压氢气手动阀、止回阀等),还可以用于对材料有高强度要求的氢气填充口、燃料电池汽车以及用于氢能社会的各种基础设施建设。

  该公司开发并商业化的这种新型不锈钢,通过增加碳在不锈钢中的比例,不使用钼就可以抑制不利于耐氢脆性的马氏体组织的生成。新型不锈钢实现了省资源、低成本,在维持原来性能的基础上,钢材成本下降约10%。另一个特点是添加了硫元素,改善了钢的切削性。

  点评

  为了在高压下充氢气,需要使用储罐和其他设备,须将高压氢气存储在储氢装置中。爱知制钢新开发的AUS305-H2不锈钢,既具备储氢设备所要求的高强度,也具备耐氢脆性,还具有生产储氢设备时所要求的良好的易切削性,助力“氢能社会”的发展。

  5、世界首款19.8级超高强度紧固件研制成功

  上海大学材料学院董瀚教授领衔的高性能钢铁材料团队与六家单位联合攻关,研制出世界首款19.8级(最高强度等级)超高强度紧固件。

  该项目通过“材料生产-紧固件制造-服役评价”全产业链协作,基于高组织度调控的特殊钢超高强化技术、导入氢陷阱与强化界面的降低延迟断裂敏感性技术、控制微米级夹杂物性态的提高抗疲劳破坏性能技术,利用高纯铁原料成功研发出超高强度紧固件用B17.8及B19.8钢,形成了16.8级和19.8级紧固件制造技术。

  16.8级和19.8级螺栓室温抗拉强度分别满足1600-1770MPa和1900-2070MPa;螺栓剪切力分别达到97kN和115kN;满足疲劳寿命要求(平均疲劳寿命不低于65000次,单个疲劳寿命不低于45000次);耐延迟断裂性能试验(根据GJB 715.12-1990,大气环境下恒定拉应力保持96h)结果表明,螺栓在测试时间内未发生断裂破坏,卸载后螺栓表面及螺纹处未发现裂纹,综合性能满足使役要求。

  点评

  该项目成功研制出16.8级和19.8级紧固件,是国际上紧固件与材料攀登强度高峰的一大突破,将有力地推动重大装备的轻量化制造,促进中国的钢铁生产与紧固件制造领先世界。这次超高强度螺栓的研制突破预示着中国基础件与材料从跟跑、并跑到领跑的过程正在加速。

  6、新一代6.78m捣固焦炉促行业高质量发展

  2021年,中冶焦耐新一代6.78m大容积捣固焦炉炼焦技术相继在山西阳光安昆新能源、山西潞宝二期等企业20余座捣固焦炉上得到应用。

  新一代6.78m捣固焦炉嵌入梯级供给冷端调节技术,并应用了硅质隔热砖、新式保温涂料等新型耐火材料,集成多种先进捣固炼焦技术,在源头减排、节能降耗、高效生产等方面处于世界领先水平。优化的高向梯级供给低氮燃烧技术LNCT?最大限度抑制炉内NOx生成,并降低炼焦耗热量;炉墙窜漏综合控制技术WLCT?结合焦炉密封技术提升焦炉热效率;煤饼稳定控制技术确保焦炉连续安全稳定达产;装煤烟尘控制技术彻底解决捣固焦炉烟尘外逸难题,实现“无烟装煤”;专有CPS-NG?单孔炭化室压力调节技术确保炼焦全周期炭化室压力稳定;焦炉加热优化控制与管理系统极大提升了焦炉自动化程度,减员增效。

  点评

  中冶焦耐具有完全自主知识产权的6.78m捣固焦炉是世界上炭化室高度最高、单孔产能最大的捣固焦炉,原料煤适应性广、低碳环保、节能高效、智能化水平高、可实现全流程超低排放,社会、经济和环境效益显著,对于推动焦化行业高质量发展具有重大意义。

  7、5G AI铁钢界面智慧管控系统上线

  2021年11月9日,由中冶赛迪承建的武钢“5G AI铁钢界面智慧管控系统”一次性成功上线,标志着我国钢铁行业已建成的最大规模的5G企业内网上,无线“信息高铁”正式全线贯通。该项目共完成厂区内5座高炉、4个炼钢厂、20辆铁水运输机车、67台鱼雷罐车、100台敞口铁水罐车、12个道口的智能化升级改造,及400余条铁水运输线路的智能化管控。预期将减少铁钢界面岗位作业人员20%,铁水运输效率提升10%,铁水温降降低10℃,初步估算,仅运输环节产生的直接经济效益每年逾4000万元。

  “AI 铁钢界面智慧管控系统”搭载中冶赛迪自主研发的PanGoLIP工业物流智能平台,以全流程智能跟踪、全流程状态管理为基础,将智能模型及算法与铁水运输生产工艺深度结合,建立智慧铁水调度系统,实现铁水自动分配、路径自动规划、微机联锁自动控制、道口自动开闭、作业实绩自动生成等核心功能,为铁钢界面构建“AI大脑”。

  中冶赛迪将5G与铁钢界面智慧管控系统融合,利用5G大带宽、低时延、广连接的特点,解决了复杂工业场景下移动端和边缘端数据高质量传输的难题,实现实时定位跟踪、设备在线监测、运输作业管控、边缘计算数据回传、道口安全管控这5个应用场景。

  该系统还采用了工业容错视觉标签技术,打破传统二维码识别模式,创新编解码技术,将二维码与深度学习相结合,从根本上解决了恶劣作业条件下物流跟踪识别问题。

  点评

  当前,我国正处于经济结构调整、产业转型升级的关键时期,数字化转型成为提升制造业竞争力的重要路径。“5G+AI铁钢界面智慧管控系统”解决了传统作业模式下铁水物质流信息跟踪不准确、作业区之间存在信息孤岛、生产协同不足等痛点问题,将生产环节的智能化和智慧物流打通与联动,有利于企业进一步深化数字化、智能化改造,促进产业结构优化和企业高质量发展。

  8、智能感知及可视化管理平台实现智能炼铁

  传统高炉冶炼中,高炉内部生产看不见、摸不着,内部信息极度缺乏,也无法对其实施同步监测。

  为打破这种现状,中冶南方开发了“智慧高炉大数据智能感知及可视化管理平台”,通过建立一套管控体系,实时掌握异常炉况的演变,及时诊断、快速处理,实现高利用系数、低燃料比、长寿命的统一,完成高炉全生命周期的持续优化。

  “智慧高炉大数据智能感知及可视化管理平台”是中冶南方智能制造领域最新的科技创新成果,已入选工业与信息化部2021年大数据产业发展试点示范项目。

  基于WISDRI DPlant?工业互联网平台架构,中冶南方针对高炉生产薄弱环节和关键生产指标,采用边缘计算、人工智能、云端分析等技术,进行高炉工业数据采集、数据感知、数据分析及可视化展示平台的建设,以及工艺模型和专家知识库的构建,从炉料可视化、气流可视化、炉型可视化、炉热可视化、安全可视化和管理可视化等6个维度,实现生产的全面监视、评估、诊断及操作优化指导,实现智能化炼铁。

  点评

  “智慧高炉大数据智能感知及可视化管理平台”打破了高炉生产“黑匣子”的现状,该系统涵盖了高炉二级管理、高炉模型、专家知识以及安全评估诊断功能,在包括炉料、气流、管理等的可视化系统框架之下,动态解决各类异常炉况的预报、诊断、处理,全面监视高炉生产,实现钢铁生产过程控制与产品质量的高稳定性与高精度。

  9、烧结矿竖式冷却工艺实现重大突破

  鞍钢集团工程技术有限公司和普锐特公司共同开发出新型的鼓风冷却加引风除尘的烧结矿竖式冷却工艺。该工艺漏风率低(几乎无外排废气),气固换热效率高,可实现烧结矿显热高效回收,且主体设备布置简单,运行稳定。

  在鞍钢265m2烧结机进行的工业化应用中,成功地开发了以下技术和装备:计算机模拟及试验物理模型确定竖窑结构、重型大角度链斗机上料设备、用窑顶旋转溜槽布料器防止物料偏析以及合理均匀的布风技术、窑体下部合理排料技术、竖窑与环冷机的自由在线切换料技术等。

  该项目技术的关键指标可达到:①排料平均温度≤150℃;②窑顶烟气温度约300-350℃;③区域废气排放浓度为10mg/Nm3。

  烧结矿竖窑冷却技术可彻底解决烧结环冷机区域由于环冷机漏风造成的扬尘、逸尘等环境污染问题。另外,该项目技术在余热回收效率方面有重大突破,因此,该项目对冶金工厂绿色生产、提质增效的发展战略具有深远影响。

  此外,该项目技术对于提高烧结矿吨矿发电率、改善烧结矿质量、降低烧结矿冷却机区域的环境污染有着创造性的意义。

  点评

  环保压力日益增大,尤其在碳达峰、碳中和的背景下,各钢铁企业将重点转移至节能环保领域,最大限度地考虑余热应收尽收。烧结矿竖式冷却技术在满足烧结矿低成本且高质量的要求下,必将会有长远的发展空间。虽然竖窑冷却烧结矿及余热回收装置一次性投资比环冷机稍高,但节能效果显著。竖窑冷却烧结矿及余热回收技术是烧结矿冷却技术发展的趋势。

  10、烧结智能控制系统填补行业空白

  针对烧结生产过程复杂度高、劳动强度大、智能化水平低,中钢设备自主创新开发的“烧结智能控制系统”于2021年1月在莱钢2×480m2烧结机上成功运行。

  该系统采用数学模型、知识库、大数据分析和人工神经网络等方法,实现了烧结过程智能控制、质量智能闭环控制和生产信息智能管理三个子系统的控制,从而形成烧结全过程的智能控制系统。

  该系统主要创新点包括:①研发了燃烧一致性模型,实现烧结生产过程燃烧一致性的智能控制;②采用混匀矿物料跟踪技术,实现无扰自动换堆;③采用5次曲线拟合方法对风箱废气温度进行分析,实现烧结温度上升点(BRP)和烧结终点(BTP)的准确判断;④基于时间序列的质点跟踪技术,建立知识库。该系统获授权发明专利2项和实用新型专利1项。

  该系统已应用于俄罗斯2×300m2烧结机、石横特钢2×265m2烧结机等共计10余条产线,应用效果良好。

  点评

  中钢设备自主创新开发的“烧结智能控制系统”,实现了多项技术创新。该系统的研制成功,填补了烧结智能化控制领域的空白。该系统的上线运行,大大降低了岗位工人的劳动强度,极大地提高了烧结生产过程的智能化水平,降低了燃料消耗,减少了CO2排放,在行业内具有广泛的推广应用价值。

责任编辑:褚赞赞
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