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鋼鐵產業技術創新

更新时间:2019-12-07 23:28人气:8988

以氧氣頂吹轉爐(LD)煉鋼技術的開發和市場化為標誌,奧鋼聯工程技術公司(VAI)於20世紀50年代初成立,並在鋼鐵產業的各個技術領域開始了創新曆程。本文綜合先容一些對鋼鐵生產鏈有重大影響的技術發展情況。

最好鋼鐵生產路線

根據原材料和能源條件和市場要求,可相應選擇最好鋼鐵生產路線,以更好地實現產量和質量目標。

創新技術實例

1 FINEX技術

2004年8月16日,韓國浦項鋼鐵公司與奧鋼聯簽訂合同,在浦項廠建設1座年產150萬t的FINEX廠。

1) 工藝描述  FINEX工藝直接用粉礦生產優良鐵水。粉礦在一係列流化床反應器中還原成海綿鐵 ,然後在熔融氣化爐中用煤作能源熔化成鐵水。

粒度8mm以下的粉礦加進到多級流化床反應器係統內,在靠重力下降的過程中同逆向活動的煤氣反應天生直接還原鐵。還元煤氣來自於熔融氣化爐內煤與氧的燃燒反應。反應器係統壓力約為350kPa(3.5bar),最後1級反應器(位置最低的1級)內的溫度在850℃擺布 。添加劑與粉礦同時加進。在此基礎上 ,於2001年1月開始建設1座年產能力達60萬t/a的FINEX示範廠,流化床反應器組出口處的直接還原鐵金屬化率達到約85%,然後被熱壓成塊,再被運到熔融氣化爐上方的料倉中,靠重力加到熔融氣化爐內熔化,最畢生產出的鐵水質量與高爐鐵水和COREX鐵水相當。FINEX輸出煤氣是極具利用價值的副產品,可在發電、海綿鐵/熱壓塊鐵生產、供熱 、化工生產等多個領域中得到利用。

2) 產業開發  

奧鋼聯同浦項公司從1992年起聯手開發FINEX熔融還原工藝,於1999年在現有COREX-2000廠旁邊建成了1套日產150t的中試設備,目的是確認使用來自COREX熔融氣化爐的煤基還原氣體將粉礦還原為海麵鐵的技術和經濟參數。在此基礎上,於2001年1月開始建設1座產能達60萬t/a的FINEX示範廠,以在半產業生產規模下驗證工藝路線的可行性。示範廠於2003年5月建成,日產能力為2000t 。

鑒於FINEX示範廠獲得了理想的結果,浦項於2004年8月決定建設1座產能150萬t/a的FINEX產業生產廠。該廠計劃於2006年末投產 ,然後就籌辦向市場上推廣此技術。浦項將負責FINEX廠、發電廠、製氧廠和原料係統的建設,奧鋼聯將提供工程設計、常識產權設備和安裝和調試技術服務。FINEX輸出煤氣首要用來發電。

3) 經濟性

FINEX工藝的經濟上風在於,不經燒結的粉礦本錢比生產球團的本錢低約20美元/t,這對保證煉鋼盈利相當首要。再加上廉價粉礦(如今占到所有鐵礦資本的60%擺布)和非焦煤來源廣泛,進一步凸顯出FINEX工藝的光明遠景。

2 直接還原技術  

自20世紀80年代初以來,奧鋼聯一向是直接還原技術的首要供給商之一,可提供基於自然氣(MIDREX和FINMET)和基於煤氣(COREX/MIDREX組合)的多項優化技術方案。通過詳盡的原材料、能源、技術和經濟性等研究分析,確定最好的工藝路線。

1) MIDREX技術

奧鋼聯具有MIDREX技術使用許可 。如今全球每年直接還原鐵總產量約5000萬t,其中MIDREX工藝的產量達到3000萬t擺布,占65%。而由奧鋼聯建設的MIDREX廠的產量約為1000萬t。

2004年10月,奧鋼聯從沙特阿拉伯哈迪鋼鐵公司獲得合同,將其煉鐵和扁平材生產能力擴大到200萬t/a擺布,比現有能力進步2倍以上。該項目中將建成世界上最大的MIDREX直接還原鐵廠,生產能力將達175萬t/a,所生產出的海綿鐵將以600℃的溫度直接“熱裝”到下遊煉鋼設備中。新設備計劃於2006年底或2007年初投產。

2) FINMET粉礦還原技術

FINMET是目前唯一投進生產的粉礦直接還原技術,其優良熱壓塊鐵產品在美國和亞洲各地多家鋼鐵公司得到使用。截至2004年9月底,已建成了2座FINMET廠,總共生產了820萬t熱壓塊鐵:①隸屬於BHP比利頓的布達裏亞鐵廠,位於澳大利亞海德蘭港 ,1999年2月投產;②奧裏諾科鐵廠,位於委內瑞拉的匹約托奧達茲,2000年5月投產。

3) FINMET超係列廠

在生產廠獲得的實踐經驗基礎上,FINMET工藝的生產規模進一步擴大。FINMET超係列,每條線的能力都超過100萬t/a,而原有FINMET廠的1條線能力為50萬t/a。

有自然氣資本的條件下,FINMET是用廉價鐵礦粉生產優良鐵壓塊的經濟而高效的技術。由於奧鋼聯既能提供MIDREX技術也能提供FINMET技術,故能客觀地按照原材料和市場條件來擬定最為合適的工藝方案。

3 ULTIMATE電弧爐  

奧鋼聯的全資子公司奧鋼聯福克斯能提供所有先進的電爐煉鋼和二次冶金設備,還率先推出了水冷設備、導電電極臂、帶廢鋼預熱的豎爐電弧爐和手指式豎爐電弧爐、雙爐殼電弧爐、雙工位鋼包爐等新技術。

通過將先進的技術和設計能力相結合,奧鋼聯福克斯得以推出新一代電弧爐,1台出鋼量120t 、均勻出鋼到出鋼僅為30min的電弧爐,年產量可達到180萬t。這類稱之為ULTIMATE的電弧爐,達到了本來所難以達到的低本錢和高生產率 。120tULTIMATE電弧爐的首要參數:出鋼量120t,留鋼量40t,出鋼溫度1620℃,廢鋼加進量130t×1籃/爐,金屬收得率90%,廢鋼密度08t/m3,出鋼口設計為能量優化的偏心爐底出鋼,爐殼直徑72m,水冷塊總高度3.4m,爐蓋高度1.5m,(C/O噴吹)組合式精煉燒嘴4×2500m3/h×3.6MW,燒嘴2×3.6MW,二次燃燒噴槍3×400m3/h,噴碳槍3×70kg/min。  

ULTIMATE電弧爐除基本設計的改進外,還進行機械設備、供電係統、水冷部件、機器人裝配、檢測手段、C/O噴吹技術、過程控製和主動化係統等多方麵的改進,包括:①廢鋼料籃主動預定位;②爐門清理機器人;③非接觸式鋼水測溫;④組合式精煉燒嘴超高功率C/O噴吹技術(圖5);⑤借助攝像機從主控室進行主動出鋼控製;⑥IRIS電弧爐出鋼下渣紅外檢測係統;⑦出鋼口清理機器人。  

利用先進的計算程序 ,計算出ULTIMATE電弧爐的性能指標 。噸鋼消耗指標(計算值):電耗340kW·h,電極消耗1.2kg,氧氣35m3,煤氣5m3,煤加進量10kg,煤粉量(造泡沫渣)7kg,石灰40kg。該爐型縮短了不通電時間,改善了生產穩定性,降低了消耗指標和生產本錢。

4 EUROSTRIP帶鋼連鑄技術  

突破性技術的另一實例是EUROSTRIP帶鋼連鑄技術,在同阿塞洛和蒂森克虜伯的聯合開發下,經多年的試驗和在德國Krefeld的TKN廠(不鏽鋼)和意大利Terni的TKAST廠(碳鋼)的預產業化生產後,該工藝如今已具備了可靠性和經濟性 。

采用EUROSTRIP技術可直接從鋼水生產出寬度達1600mm 、厚度1.0~3.0mm的帶鋼,其力學性能相當於甚至優於貿易熱軋帶鋼。連鑄的碳鋼帶鋼首先利用在建築業,經鍍鋅後軋製成管材或型材。

建在現有跨EUROSTRIP的成果(截至2004年6月):連鑄時間達到5h;連鑄寬度創世界紀錄(1430mm);單位小時產量121t;鄙人軋製壓下量46%。其優點是:在低產能(約30萬t/a)下也可經濟地生產熱帶鋼;單位投資本錢低於同等產能規模的傳統生產線;可有效利用過剩煉鋼能力;占地麵積小,可建在現有跨內;節能和降低排放是熱帶鋼生產的示範性工藝;改善材料性能,均勻性、夾雜尺寸、耐腐蝕性、磁性能和力學性能等均受益於獨特的工藝。EUROSTRIP的技術和經濟上風 ,使其在現有鋼廠和新建鋼廠都有條件建設。

5小方坯連鑄技術

1) DIAMOLD鑽石結晶器  

1995年至2004年11月30日,DIAMOLD高速連鑄技術已利用在52台小方坯連鑄機共226流上。隻要簡單地將原有結晶器銅管替換成DIAMOLD銅管,現有連鑄機即可方便地升級為高速鑄機。該技術的特點是在結晶器下部加大錐度,改善坯殼與銅管的接觸條件,加速坯殼的冷卻和生長,因此許可進步拉速。另外,銅管角部特殊的“開放式設計”減小了坯殼與銅管之間的摩擦力,促進了坯殼生長的均勻性。結晶器長度不必增加 ,但使用壽命卻很長。如許,在很大的操縱窗口內能以高拉速且保證產品質量和生產安全性。

2) DYNAFLEX結晶器振動  

1997年 ,DYNAFLEX高精度液壓振動技術被引進市場;到2004年11月30日,采用該技術的方坯連鑄機有42台 ,總共200流。該係統可在澆鑄中動態調節頻率、振幅和波形;無磨損板簧導向係統確保了高精度導向、高度安全的操縱和低本錢維護;所有流體介質均采用快速接頭,便於結晶器和振動裝配的更換;結晶器和振動裝配主動實現對中 。

3) 緊湊式拉坯機  

在板坯和大方坯連鑄機成功利用連續矯直技術的基礎上,奧鋼聯波米尼於2003年開發了新型小方坯連鑄拉矯機,降低了應變和應變率 ,減少並簡化了維修。其首要設計特點有:①剛性框架,內部全水冷;②拉坯輥內部水冷,表麵耐磨,使用壽命長;③配置水冷隔熱,避免電氣和液壓部件受熱損壞;④馬達安裝在框架頂部 ,便於維護,進步了安全性;⑤拉矯機構可快速更換。

6 長材軋製技術

1) 紅圈軋機  

剛性、可靠性和快速換輥能力是這類用於生產棒材、線材、角鋼、扁鋼、槽鋼和萬用梁的先進軋機所具備的明顯特點。心軸和所有介質均為全主動連接,故機架能迅速互換。水平式、立式和平立轉換式等不同型式的機架能快速適應各種軋材的生產,以滿足市場要求的變化 。靈活的生產線能處理溫度較低、高合金、道次範圍大等條件下的軋製。目前,已向世界各地提供了超過4000架紅圈軋機。

2) 緊湊型箱式機架(CCR)  它是軋製尺寸公差極為嚴格的產品的理想方案。操縱迅速的箱體更換設備,加上先進的主動化係統,保證了高效靈活的生產,即使對於小批量訂單也是如此。機架配置既可采用“X”型布局,也可水平-垂直布局。

3) 精密軋製係統(PRS)  

它是一種特殊的定減徑係統,所采用的箱式機架不僅設計成定徑機架以進步產品公差指標 ,且簡化了全部軋製工藝。它提供了以少量進口規格廣泛生產大量規格圓鋼而公差極小的可能性。

4) EBROS鋼坯對焊技術  

鋼坯對焊技術於20世紀90年代末投進產業化利用,仍需進一步優化。EBROS係統采用閃光焊接技術主動將鋼坯焊接在一起,從而連續向軋製線供給材料,不中斷生產棒線材產品。不論鋼坯質量如何,均能生產出任何規格的盤卷。冷床上不會出現短尺。  

奧鋼聯波米尼自20世紀90年代中期起同JSP公司合作,以充分發掘EBROS技術的優點。第一套係統於1998年提供給東京製鋼公司,在127m/s的速度下連續生產線材。軋機有必要配合使用溫度控製、規格控製和卷重優化等方案。  

該技術潛伏的上風大於任何其他正在開發中的長材軋製技術,其首要優點有:①生產率進步約10%;②收得率進步約2%(無切頭、切尾或短尺);③軋機部件(軋輥、導衛、吐絲管)損耗減少;④靈活增大盤卷質量;⑤操縱本錢明顯降低。  繼東京製鋼公司以後,又有5條鋼坯對焊生產線相繼在中國和歐洲建成。

 麵向鋼鐵生產鏈所有工藝環節的先進技術,加上全方位的工藝主動化係統(如VAIQ質量控製包),還有必要的技術撐持和服務,將使用戶保持競爭力和發展的可持續性。

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