鋼鐵工業(yè)作為最主要的原材料工業(yè)，最根本任務(wù)就是以最低的資源能源消耗，以最低的環(huán)境生態(tài)負(fù)荷，以最高的效率和勞動(dòng)生產(chǎn)率向社會提供足夠數(shù)量且質(zhì)量優(yōu)良的高性能鋼鐵產(chǎn)品，滿足社會發(fā)展、國家安全、人民生活的需求。要完成這樣一個(gè)任務(wù)，我認(rèn)為，鋼鐵工業(yè)在鋼鐵冶金領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)把握以下幾個(gè)主要技術(shù)發(fā)展方向：
1、低碳煉鐵技術(shù)
在全球努力減少溫室氣體排放的大背景下，國際鋼鐵業(yè)界正積極開發(fā)減少煉鐵過程CO2排放的技術(shù)，其中一個(gè)方向是沿著高爐低碳煉鐵技術(shù)展開，主要集中于研究高爐使用碳鐵復(fù)合爐料等新型爐料、高爐爐頂煤氣的循環(huán)利用、含氫物質(zhì)（富氫、天然氣、COG）噴吹、高富氧（富氧率≥30%或全氧）噴吹、極限量噴煤等方面。其中含氫物質(zhì)噴吹（富氫噴吹）具有明顯減少碳排放的效果，增大氫氣的噴吹含量是高爐技術(shù)的發(fā)展趨勢，尤其應(yīng)予重視。此外，高球團(tuán)比爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化、入爐料粒度配比及分布優(yōu)化的配礦優(yōu)化、高效高爐冶煉技術(shù)也在執(zhí)行中。
2、低碳、減排的非高爐煉鐵技術(shù)
煉鐵技術(shù)的另一個(gè)重要研究方向是非高爐煉鐵技術(shù)。與高爐煉鐵技術(shù)相比，非高爐煉鐵技術(shù)有利于擺脫焦煤資源短缺的困擾，改變能源結(jié)構(gòu)，節(jié)省能源，大幅減少焦化、燒結(jié)中的SOx與NOx排放，保護(hù)環(huán)境，是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排重要方向和手段。非高爐煉鐵技術(shù)采用氫還原，可以大幅度減少CO2排放。
1）熔融還原技術(shù)
非高爐煉鐵的熔融還原技術(shù)有Hismelt、Hisarna、COREX、FINEX、閃速煉鐵等。韓國浦項(xiàng)開發(fā)的FINEX熔融還原技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化并開始出口。同時(shí)，浦項(xiàng)將FINEX與其他技術(shù)組合，形成了新的非高爐煉鐵技術(shù)，例如POIST工藝，混合氫還原工藝，核氫還原工藝等。美國鋼鐵協(xié)會目前正致力于降低鋼鐵工業(yè)CO2排放的非高爐煉鐵項(xiàng)目，包括用氫閃速熔煉生產(chǎn)生鐵（用氫做燃料）、熔融氧化物電解研究、新型懸浮煉鐵技術(shù)、二氧化碳地質(zhì)儲存研究等。我國寶鋼曾引進(jìn)COREX熔融還原技術(shù)，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，目前搬遷至新疆繼續(xù)開展工作。張文海院士等在進(jìn)行閃速煉鐵技術(shù)的開發(fā)，正在河北建設(shè)中試試驗(yàn)裝置。
上述熔融還原技術(shù)多數(shù)未能擺脫以粉煤為原料的基本條件，因此，在碳排放方面的效果有限。我們應(yīng)針對其優(yōu)點(diǎn)和問題，采用以氫為主的還原劑，開發(fā)出具有我國特色的低成本、高效率、低碳排放的熔融還原煉鐵技術(shù)。
2）直接還原技術(shù)
直接還原有多種方式，例如隧道窯直接還原、回轉(zhuǎn)窯直接還原、豎爐直接還原等。燃料可以是煤基或氣基。但目前最為成功的是氣基豎爐直接還原，已經(jīng)有年產(chǎn)250-300萬噸使用天然氣的氣基豎爐直接還原裝置在工業(yè)化運(yùn)行。在天然氣豐富、價(jià)格低的地區(qū)發(fā)展迅速，是目前DRI的主要生產(chǎn)方式。針對我國情況，利用精選的鐵精礦和非焦煤制氣，接續(xù)采用連續(xù)熱裝電爐冶煉，可能以比高爐更低的成本生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)純凈鋼，是一些小鋼廠可以采用的有競爭力的生產(chǎn)方式，值得結(jié)合我國國情，特別是針對我國特有資源如：高鉻型釩鈦礦、含硼礦等開展研究與應(yīng)用，走出我國自己的道路。
氣基豎爐直接還原除了使用煤制氣作為還原劑外，還可以以天然氣、氫等做為還原劑，以一定的比例調(diào)配使用。在重視減少碳排放的今天，不斷增加氫的比例，已經(jīng)成為氣基豎爐直接還原的發(fā)展方向。所以，從氣基豎爐直接還原過渡到以氫氣為主還原劑，從而實(shí)現(xiàn)大幅度減排二氧化碳，應(yīng)當(dāng)是今后一段時(shí)間的主要努力方向。
3）氫氣直接還原
奧鋼聯(lián)制定了長達(dá)20年的長期計(jì)劃，推進(jìn)氫還原技術(shù)的開發(fā)，CO2減排目標(biāo)定位50%。第一階段，在奧地利的傳統(tǒng)高爐-轉(zhuǎn)爐長流程鋼鐵廠增量使用氣基豎爐直接還原鐵熱壓塊HBI，同時(shí)將美國德州的DRI工廠的天然氣氣基豎爐，改成氫氣豎爐（已經(jīng)比使用煤炭、焦炭減排40%）。第二階段再花10-15年，增加氫氣在高爐上的使用量，實(shí)現(xiàn)氫氣作為主還原劑，但不是全部取代煤粉、焦炭噴吹。從源頭上減少CO2的排放量，而非依靠捕集、固定技術(shù)減少CO2排放。目前正在進(jìn)行制氫中試，2030年前后以氫還原為主的生產(chǎn)過程將大規(guī)模實(shí)用化。隨著CO2減排壓力的增大，氫還原技術(shù)將會越來越受到鋼鐵行業(yè)的重視，迎來蓬勃發(fā)展的機(jī)會。
開展氫還原技術(shù)的研究，例如，生物質(zhì)還原技術(shù)、核氫還原工藝等，應(yīng)是主要發(fā)展方向。因此，低成本氫的來源成為了重要問題。與核能行業(yè)合作，開展核氫還原工藝研究，應(yīng)是重要方向。
4）基于氫冶金的熔融還原直接煉鋼
東北大學(xué)2011鋼鐵協(xié)同創(chuàng)新中心鋼鐵冶金方向的首席教授們提出基于氫冶金的熔融還原直接煉鋼設(shè)計(jì)方案。該方案以冷態(tài)除雜的超純鐵精礦為原料，實(shí)現(xiàn)源頭減排。通過1200℃的飛速氫還原和1600℃的高能量密度鐵浴熔融還原，得到超純凈的鋼水。再經(jīng)過連鑄連軋得到高品質(zhì)、高潔凈度的鋼鐵材料。這一過程完全取消了煉鐵，實(shí)現(xiàn)連續(xù)裝料、連續(xù)煉鋼、連鑄連軋的全連續(xù)、一體化的生產(chǎn)方式，工藝簡化，生產(chǎn)效率提高。
5）二氧化碳分離、收集、儲存、利用技術(shù)
期望通過本項(xiàng)研究，以二氧化碳回收、儲存的方式，大幅度減少煉鐵過程中的碳排放，走出低碳排放的道路。
3、煉鋼技術(shù)
1）高效脫硫鐵水預(yù)處理技術(shù)
開發(fā)強(qiáng)力攪拌、噴吹的高效鐵水預(yù)處理方式，短時(shí)間內(nèi)將硫含量降低到極低水平。
2）鋼包底噴粉高效精煉新工藝
開發(fā)爐外精煉過程中鋼包底噴粉技術(shù)。底噴粉過程無鐵損，攪拌動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)于頂噴粉，配套技術(shù)成熟，易實(shí)現(xiàn)。改造投資低，不改變原工藝�？梢越⒊土驖崈翡撋a(chǎn)平臺，取得良好的除硫效果。
3）氧化物冶金技術(shù)制造大線能量焊接用鋼
利用氧化物冶金技術(shù)，可以開發(fā)大線能量焊接用的碳錳鋼、HSLA、高強(qiáng)鋼等。這一技術(shù)與傳統(tǒng)的“純凈化”、“潔凈化”思路相反，利用煉鋼過程中對夾雜物的屬性（分布、成分和尺寸等）的有效控制，在后續(xù)的凝固、軋制、冷卻、使用過程中改善鋼材的組織，從而獲得需要的組織和新的性能，例如大線能量焊接用鋼等。
4）厚規(guī)格結(jié)構(gòu)鋼的微觀組織均勻細(xì)化控制
將氧化物冶金技術(shù)實(shí)施的冶煉過程控制，與后續(xù)軋制過程中的軋制與冷卻控制相結(jié)合，在冶煉過程控制的基礎(chǔ)上，實(shí)施一定的終軋溫度控制、冷卻速率控制，可以獲得全斷面（均勻）細(xì)晶化組織的厚規(guī)格鋼材，兼有高強(qiáng)韌性與可大線能量焊接性能，可以應(yīng)用于厚板、重型H型鋼、厚壁無縫鋼管等鋼材生產(chǎn)。
4、高品質(zhì)特殊鋼高效率、低成本特種冶金新流程
1）三次精煉技術(shù)
在常規(guī)的電爐或轉(zhuǎn)爐流程后面，增加三次精煉，例如真空自耗爐或電渣重熔冶煉，可以獲得高潔凈度的特種鋼材，用于高效和低成本制備航空航天等應(yīng)用的特殊鋼材料和其他高性能金屬材料。
2）新一代特鋼潔凈化、均質(zhì)化精煉技術(shù)
研發(fā)對鋼水無污染的、加熱和脫氧為特征的新一代特鋼鋼包潔凈精煉技術(shù)、高端不銹鋼加壓增氮冶金新技術(shù)、基于導(dǎo)電結(jié)晶器的電渣重熔技術(shù)等，用于生產(chǎn)高端合金鋼材。 |
