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創新發展:煤氣變壓吸附技術
高爐煤氣提純(或濃縮)采用變壓吸附(VPSA)方式將高爐煤氣中的主要可燃氣體CO進行提純(或濃縮),根據用戶需求得到含40%~99.99%CO產品氣。該產品氣可作為高熱值燃燒氣體(燃料)、高爐還原性氣體,還可用于生產化工產品如合成氨、甲醇、醋酸和二甲醚等。存在富余高爐煤氣或放散現象嚴重的鋼企,可將富余高爐煤氣采用變壓吸附提純后進行高爐爐頂煤氣循環,用于高爐噴吹可大幅度降低入爐焦比,實現低碳煉鐵和節能減排;也可將高爐煤氣提純得到的含70%左右的CO替代天然氣、液化氣使用,緩解煤氣資源緊張,用于軋鋼加熱爐或退火爐,可減少外購天然氣,降低企業生產成本。該技術已在國內某鋼廠成功投運。FINEX爐頂煤氣經變壓吸附提純后循環使用,燃料比(煤比)下降明顯,實現了低碳煉鐵,降低了生產成本。
降本增效
在產品同質化競爭和市場充分競爭的背景下,成本競爭力逐漸成為核心競爭力。鋼企的總成本可分為制造成本、管理費用、財務費用、銷售費用4個部分,其中制造成本約占總成本的65%左右,而制造成本中約有70%屬于鐵前工序。從近期看,成本高低與工藝、技術和管理水平等有關,是可改變的競爭因素。生鐵對標挖潛分析可促進企業通過技術進步和管理改善降低成本。鐵前系統對標挖潛、降本增效應圍繞優化焦化配煤結構、優化燒結混勻料配比、優化球團礦配比、優化高爐入爐原料結構、優化高爐燃料結構、優化原燃料采購結構、優化物流貯運和優化二次能源利用等8個方面進行優化。
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1903年德國和美國相繼生產含Si1.0~4.5%的熱軋硅鋼片。1906年代替低碳鋼用來制造電機和變壓器鐵芯。1934年美國戈斯(N.P.Goss)采用兩次冷軋法制成 (110)[001]晶粒擇優取向的含 Si3%的冷軋硅鋼片。1968年日本田口悟等采用硫化錳和氮化鋁綜合抑制劑并使用一次大壓下率冷軋法,制成(110)[001]高磁感取向硅鋼,這種材料的晶粒取向更加準確,鐵損和磁性進一步改善。歷年來,硅鋼的鐵損值下降示意曲線見圖1。
1949年美國制成厚度小于 0.1mm的冷軋(110)[001]取向薄硅鋼帶,用于電子工業。1957年聯邦德國制成了(100)[001]立方取向硅鋼片,其縱橫向磁性都高,但因工藝復雜,至今未正式生產。如下圖是(110)[001]和(100)[001]取向硅鋼片中晶粒排列示意圖。含硅6.5%的Si-Fe合金的磁致伸縮約為零,磁導率高、鐵損低、制成的變壓器無噪聲但因加工困難,未得到廣泛應用。70年代采用液態快冷技術制成6.5Si-Fe晶薄帶,研制了更薄的取向硅鋼片和(100)面織構(晶間無取向)的硅鋼片等新品種。
中國于1953年開始生產熱軋低硅硅鋼片(Si1~2%);1955年開始生產熱軋高硅硅鋼片(Si3.0~4.5%);1962年開始生產冷軋取向薄硅鋼帶。70年代開始生產冷軋取向硅鋼帶。
煉鐵系統能耗、環保投入等占鋼鐵長流程生產的70%左右,在鋼鐵長流程生產中重要性凸顯。
本文采用下游行業分析預測法和GDP(國內生產總值)消費強度法兩種方法,對2020年~2030年中國鋼材需求進行預測,從中長期、整體的角度來看,中國鋼材實際消費呈現“弧頂”+“下降通道”的走勢,但不排除一些年份的波動反復。隨著中國經濟由高速增長向高質量發展轉變,中國逐漸成為制造強國和創新型。煉鐵業在發展理念、技術創新、降本增效、標準引領、智慧制造和低碳及氫冶金等方面已進入高質量發展的新時代。
減量調整
進入21世紀以來,亞洲地區生鐵產量增長尤為突出,中國、韓國和印度等生鐵和直接還原鐵產量的增長引領全球鐵產量的增長。“十五”至“十二五”時期,中國煉鐵產量進入兩位數的高速增長時期,進入“十三五”時期,煉鐵產量增速趨緩,但仍保持個位數的增速。與此同時,中國生鐵產量占世界生鐵產量的比重趨于穩定,但已超過半壁江山(見圖1、圖2),產量過高和以長流程鋼鐵生產方式為主(2018年我國鐵鋼比為0.83,全球鐵鋼比平均為0.69,不包括中國的全球平均鐵鋼比為0.55)給節能減排(減少CO2、煙粉塵、SO2、NOx排放等)和降低成本(鐵礦石價格高企)帶來巨大壓力。
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