上-全球钢铁技术近10年来的发展之炼铁部分

全球钢铁技术近10年来的发展之炼铁部分（上）（译自日本《ふえらむ》2005年第10卷第4期）2005年8月第1章炼铁1.1近10年炼铁技术的进步1.1.1原料和高炉部分（1）高炉、烧结设备的生产状况近10年炼铁产量约8000万t/年，烧结矿产量约1亿t/年。2002年中山炼钢钢厂（船用钢板）的2高炉停产、2004年JFE千叶的5高炉停产。但烧结设备的更新未停止。目前日本全国生产中的高炉有28座。经过小高炉停产、改造为大高炉，目前高炉平均内容积为4002m3，最大容积为大分厂2高炉的5775m3。最近以中国为中心需求量的大力发展，各公司谋求高利用系数（高炉高利用系数）稳定操作、烧结高生产率的操作。（2）铁矿石资源状况及对策日本铁矿石的输入，2003年由澳洲输入占总体输入的61％，由巴西输入量占总体输入的18％，且从澳洲输入率在增加。在澳矿的高品位赤铁矿矿石短缺时期的同时，褐铁矿矿石使用率已上升。近期由于世界的铁矿石需求量的增高，也加速了新矿山的开发。即使马拉曼巴矿也少量入炉，连高磷的布鲁克曼矿石也开始入炉。烧结生产为了使用高铝的原料，开发了分级造粒、选择造粒和HPS（球团烧结矿）等技术。另外，为了提高烧结能力采用加宽台车、台式烧结高生产技术也使用于实绩。（3）高炉长寿高炉长寿特别在低出铁率（高炉低利用系数）操作的高炉，由于对高炉炉体冷却、炉底耐材的改善，最近出现了超20年炉龄的高炉。2003年停炉的JFE西日本（仓敷）2高炉创造了24年炉龄的记录、现在住金和歌山4高炉炉龄达22年。1970年代的高炉停炉的原因，大部分是高炉的炉身炉喉的影响，经过对设备逐步的改造和炉体修补技术的发展，现在停炉原因几乎为炉底耐材的迅速消耗。炉体修补，和歌福山至炉腹部分实施了冷却器逐步更换。另外，最近增加了采用铜质冷却器的高炉，新日铁君津4高炉从炉底至转动轴上部均被采用了。炉底耐材的改善是由于微小气孔减少使耐溶铁侵蚀性提高、进而使高热导率化向中心发展。最近也开发了含TiC（碳化钛）的耐材，在君津3高炉实施合理使用。另外，在日新吴为延长炉龄，作为对策向炉缸壁增设了冷却器。（4）煤粉喷吹的发展在日本煤粉喷吹已经历了20年的操作，现在全部高炉都装备了喷吹设备,全国喷吹量2003年达125kg/t-pig，神户制钢加古川1高炉采用了中心加焦技术，1994年煤粉喷吹量达210kg/t-pig的稳定记录，JFE西日本（福山）3高炉在1998年喷吹量记录达266kg/t-pig。历来，高炉的燃料比目标，在能耗平衡的影响，各所目标都谨慎向上，近年来向高利用系数发展的需求，由于焦炉老化使制焦能力下降、及地球环境问题等原因，高利用系数、低消耗的操作目标下，谋求低焦比、高喷煤量的操业手段。（5）发生物资源化对应技术的发展炼铁厂发生的粉尘、炉渣的处理实施利用原有设备，2000年新日铁君津利用回转炉（RHF）作为处理粉尘设备而实用化，2002年处理高水分炉渣的2号机也实施使用。另外，国内发生的废塑料的处理问题，积极致力于节能CO2的意识，已实施从高炉喷入和在焦炉利用。1.1.2煤和焦炭最近10年日本焦炭制造被认为经过了一代转换期。空想计划崩溃后的钢铁业，由于需求低迷，焦炭生产量伴随减产的处境的开始，至中国钢铁需求增大引导的同时，焦炭需求量也增加。另外，煤气需求量的变化世界环境问题的对策等，焦炭业在10年间一直受到外界因素的影响。作为焦炉的作业状态，伴随城市煤气的天然气化，各公司的焦炉相继停产，1996年煤气公司由焦炉制造煤气可以被认为成为历史。焦炭制造业，在钢铁需求低迷期以降低成本为目标，配煤中廉价的非、微黏结性煤使用量增大、使得焦炭制造是为支持向高炉大量喷吹煤粉操作而作为发展方向。近年来，高炉高利用系数，使焦炭制造的变为重视、更由于世界环境问题的对策，以废塑料的焦炭原料化作为新技术也已被实施化。另外，设备投资方面，针对焦炉炉体老化向延长设备寿命技术的投资、可行的焦炉新增设施大型投资正在进行着。以下是日本主要焦炭关联技术最近发展概述。焦炭原料配煤技术方面，增加非微黏结性煤粉使用技术的发展是很重要的。非微黏结性煤粉自1990年初占焦炭配煤原料约20％开始，至今已增大约为50～60％，目的降低焦炭成本。由此为扩大使用非微黏结性煤粉的预处理技术的到很大的进步，有预先加热降低水分装入焦炉的煤粉的调湿法和成型煤（DAPS）法的炉体系统在日本至今广泛使用。经历了焦炭制造降低成本的观念、节能技术、工艺简化技术。增加了上述的煤粉调湿流程节能技术，导入了焦炭干式灭火除尘设备（CDQ），现在使用CDQ干式灭火的焦炭占国内全生产量的80％以上。以焦炭厂工艺优化，对移动机和计测设备等为中心的研究进展，全移动机无人化和自动运行程序高度化使操业周期缩短到6分钟的事例报告。在钢铁需求低迷期，提高重视降低成本外，还重视焦炉寿命延长技术。日本焦炉大多为1970年前后在高度成长期建设的，最近20年未新建，炉龄平均33年、最高达40年。被认为历来焦炉寿命可以说超35年。焦炉更新投资量的必要性，被认为延长焦炉寿命的重要课题，修补技术、炉体判断技术、操业管理技术的高度化是可行的结果。伴随老化、还未停产的炉体系统大体至今还继续保持顺利的操业生产。作为影响焦炭制造业外在要因，可举例环境问题。增加谋求抑制粉尘和煤气泄漏等有害物的高度对策，谋求抑制以CO2为代表排泄对全球环境问题的对策。以此背景，焦炉的废塑料原料化技术2000年实施化、基于塑料容器包装再利用法，生成了收集废塑料的再利用。以上的实用设备、实用操业伴随着技术的进步，推动活跃下一代炉体的研究发展。由日本钢铁联盟的国家研究项目，在1994～2003年间研究成功的SCOPE21工艺流程、室炉式焦炉资源对应力强化、高生产率、环境对应力强化等目标。50t/d规模的项目试验是实际生产2.4倍。取得了非微黏结性煤粉大幅提高配比的成果。新焦炭制造技术并针对其他国家的研究也取得实施化，至1996年实施了EU单室构造超宽幅炉（炉幅850mm）的JCR(JumboCokingReactor)的研究。炉幅600mm的宽幅炉在德国，新设炉作为一般的炉型。2003年新设炉被运用了生产实践。另外，新开发的此新设炉可取代CDQ、有害物资排出量大为降低的高效率湿式灭火方式CSQ（CokeStabilizationQuenching），并被采用。在美国，以降低有害排出物的目标、实施了改造型的副产品非回收峰窝炉，炉内发生的焦炉煤气、焦油的回收燃烧热的热回收炉于1998年实施化了。相关焦炭化的基层研究，日本钢铁协会的研究会议为中心，产官学（政府产业学校）很活跃地进行了共同研究、相关软化溶融结构自行溶解模型、相关煤粉黏结性能的基层知识见解更深入化。以上的技术投入运行后，至2003年中国钢铁业需求的增大产生了焦炭量的不足，由于原有的焦炉老化伴随运行率的低下，发表了相隔约20年的焦炉新设计规划。纳入现行的建设，即不增设原有炉，留用停炉的基础部分更新，开始采用SCOPE21技术的全新设施。实行了创造的活用于焦炭制造技术，适应新时代的要求的焦炉建设，展望更大期望值。1.2烧结低品位矿石使用量和生产性能技术提高1.2.1提高褐铁矿操业近期烧结矿生产中，澳州的褐铁矿（低品位高结晶水矿石）使用量增多。另，现在粉矿比例高的褐铁矿马拉曼巴矿的使用率在不断上升。目前，烧结矿烧结原料的近50％为褐铁矿，给烧结矿留下了克服生产率低下的大课题。作为烧结矿生产，褐铁矿的负面影响的因素，对制粒过程原料粒子内的吸水量增加或结晶水水分量增加会增加吸热反应量、结晶水分解和热裂产生的气孔的内孔、及易引起同化反应起因产生的结合和透气性恶化。同时伴随褐铁矿配比增加，烧结台车内的原料填充密度下降。此原因是褐铁矿含有的结晶水和多孔结构为起因，台车内烧结原料填充是粗料状态、引起烧结块饼内空隙发生很大的变化。烧结层的重力和风力是沿高度方向、烧结过程中生产的融体是向下方移动，同时发生溶融同化状态的烧结层软化收缩，产生了堵塞透气空隙的作用。因此，过度溶融同化会使透气空隙收缩、透气性恶化。适合的烧结料结构是控制烧结化学反应。另外，褐铁矿与精矿粉具有良好的同化性能，由此结果，同化后的融体流动性能具有急剧下降的特征（被称为难融性烧结矿），此结果恶化生产性能。一方面，随高炉大喷吹煤粉的提高，直接还原剂减少和高利用系数的目标，对烧结矿的品质具有极高的要求。但烧结存在的问题具有影响生产性能下降的倾向，改善此项技术被认为是强烈要求。作为改善技术，对已恶化了烧结矿的流动性能提高为目的，配入含有FeO成分的磁铁矿系的铁矿石、控制粒度和配入炼钢渣后，褐铁矿的配比经努力得以提高。进而，种种原料的复合制粒技术、布料分布的控制技术、及改善烧结层透气性能被开发设施化，寄望提高褐铁矿的配比量。1.2.2烧结原料的制粒技术作为造粒黏结剂，开发了烧结机上副生产生石灰技术、纸浆等有机物黏结剂添加技术。另外，针对新精矿粉分散作用重要性的认识基础上，开发了分散剂添加技术。相关的造粒设备，不仅是圆筒混合机，原料粒子间水分分散的高速搅拌机也已普及、造粒粒子强结合的圆盘造球机。个别原料独立和配合造粒的复合造粒方法在6个炼铁厂已普及。改善目的是还原粉化性和被还原性等性能提高为主体，及改善生产性能为主体等面广泛，选择合适的原料比例为目的。原料的比例由矿种不同而各异，不仅成分CaO、焦炭成分、粒度分布及黏结剂能等为指标。另外，造粒处理设备流程、高速搅拌机及用圆筒混合机造粒处理进行分离造粒法；用高性能筛粒度分级处理的筛下物经高速搅拌机搅拌或用圆盘造球机，加工形成确需粒度的选择造粒法。1.2.3烧结层分布控制及透气性改善技术烧结层沿高度方向，热分布图、透气指数和物料重量的差异、高度方向的不同场所、要确保强度和透气性能的两重面，燃料和溶剂成分在高度方向成分分布的控制法、烧结层强制穿孔法、及从上层部位减轻荷重法等，开发了对应沿烧结层高度方向构造的控制技术，取得了效果。沿高度方向控制的观点是，根据填充密度、自由碳浓度、CaO成分浓度、FeO成分浓度、粒度及塌料现象等有很多控制因素。另烧结层上部和中下层部位能独立控制的复合程序化。装料装置活用了滑动式，其他如磁力和辊筒布料也灵活使用。近期褐铁矿配比增多而烧结层的透气性下降，不能单纯认为粒径下降而引起的透气性下降。烧结时烧结层结构的软弱性，而引起透气网空隙软化收缩，为确保空隙，实施强制性插入穿孔的透气棒或透气板的技术。进而，开发了为减轻烧结饼块重量采用磁气上浮力加载磁场，缓解烧结饼块的重量和在底部台阶设置支持台车的方法。后者已实用化，发挥了在烧结饼块的中下层，控制上层部的负荷，透气性提高，改善了生产性能。此后，开始增加褐铁矿的低品位矿，原料处理有关的造粒操作及布料操作的复合检验被认为是很重要的。1.3改善烧结块矿的技术1.3.1烧结矿制造背景和最近烧结矿质量的发展随铁矿石资源发生大变化，一方面努力尽多地使用廉价的澳州产褐铁矿，同时开始使用开发的马拉曼巴矿石取代优质的赤铁矿。这样与原来矿石比较，矿石具有多孔和多含量结晶水，烧结时生产性能低下，遗留生产难点。（前节参考）一方面，高炉操作以高利用系数前提，大喷煤比的方向发展。对烧结矿质量，从炉内透气性、透液性改善的观点，在高温性能、状态更被视为重要。此背景下，意向烧结矿低硅操作，主要实施了降低蛇纹石使用量，使MgO含量下降。此结果，被还原性（RI）得以改善。另，在MgO含量下降同时，须维持Al2O3的水平线，FeO上升冷强度（TI）也随之向上。但，需防止还原粉化（RDI）的恶化，不得已对操作基准值全体调整。1.3.2烧结矿制造基础理论的发展烧结过程生成融液量和黏度是左右烧结现象基本参数。另，成为主要结合体的铁酸钙（CF）相结构决定烧结矿质量。高温流程，烧结研究会以此为中心开展研究，努力总结烧结制造流程的基础而形成的学术基础见解。融液的生成和矿相，历来不仅是以SiO2-CaO-Fe2O3系或SiO2-CaO-FeO系的状态图类推，融液生成问题在SiO2-CaO-FeOx系列中氧分压的影响和添加Al2O3、MgO的影