全球钢铁技术近10年来的发展之炼铁部分下.doc

全球钢铁技术近10年来的发展之炼铁部分（下）（译自日本2005年第10卷第4期）2005年8月1.6 高炉改造与长寿技术1.6.1 技术动向国内自1995年以来10年间，16座高炉进行了改造。即使在高炉未期（停炉前）改造合适的最新技术，能维持竞争力，技术的 如图所示。高炉改造合适最近的主要技术为炉容扩大、长寿、炉台作业机械化及缩短改造工期。1.6.2 炉容扩大 凡对应生产的要求，多数高炉都力图在改造时扩大炉容。炉容扩大时为控制改造费用，在高度不变，炉径扩大。由操业实绩判断，高度不高、炉径大的类型有利透气性、有利增产铁水。高炉基础和框架不作大变更，对经济的炉容扩大而言，薄壁化效果和合并后的炉容扩大约20的程度。1.6.3 长寿技术高炉改造合并炉体的寿命的明显部位的炉上部和底部，对此取得了长寿化对策。图1.5国内高炉寿命推移所示。1970年代前半年代高炉的寿命57年，近期随操业技术进步利用系数不低情况下延长至约15年，甚至出现达25年寿命的高炉。此结果，高炉累计出铁量最高达15000t/m3的超水平。（1）炉身长寿对策：1969年由苏联引入的主要设备以来，取得为耐久性提高的多种改造。至第4代一步一步地更换了耐材，将高炉的流程变化最小化，取得稳定操业化。最近采用更以强化冷却为目的的铜冷却器扩大了适用范围。炉内气体温度假定1200，炉顶的最高温度达200，是主要材料强度能维持的温度水平。再加取代冷却器等的修补技术的进步，不用说炉身上部今后不影响寿命的部位。（2）炉底部的长寿对策：力图冷却强化和炭化耐材质量提高。炉底侧壁部出铁口下部最易侵蚀部位采用冷却强化型的铸铁和铜冷却器，力图降低冷冻机冷却水的温度。炭化材料材质改善，主要是提高热传导率和细小气孔径向化，提高耐溶损性能。高炉停炉后，炉底炭化耐材的中心取样，历来耐材在炉内从铁水工作面约300mm的部位被确认为脆化层，而使用小气孔径向化的炭化耐材经确认不受溶铁的侵蚀和出现脆化层，确认了材料改善的效果。进一步改善炭化耐材，期待今后对炉底进一步寿命的延长。1.6.4 炉台作业的机械化炉台以省力化及快速化为目的，实施了机械化、遥控操作化。泥炮和开孔机的高动力化使用高品质的泥浆成为可能化，提高出渣铁的效率。小型监视器和大型屏幕使用于炉台设备从计量室的遥控操作化，开始到采用自动化操作切换作业。1.6.5 缩短改造工期凡改造期间均需控制减产，最近采用了为缩短工期，使用重物搬出装置的大 分段环状法。炉架沿水平方向切断分为34块，随后有步序以环状撤去，安装前组合成环状后在装入炉体。采用此大分段环状法，130日工作改造工时可压缩至90日完成，也有60日完成的先例。事先须有良好的环境，能衔接作业，衔接品质和安全性方面也有很大效果。1.6.6 小结改造时采用了炉容扩大、性能改善、工期缩短的新技术，并寄于对生产性能和安全性都提高的期望。高炉长寿化成果特别显著，展望今后维持高利用系数的25年以上的炉龄。1.7 增加焦炉非黏结煤粉配比的使用技术1.7.1 目前焦炉非黏结煤粉配比的使用技术从制造低成本焦炭及扩大利用焦炭原料的观点，进行了增加非黏结煤粉的使用技术的开发研究。非黏结煤粉的特征是，煤粉与通常说的黏结煤比较，存在软化温度区域溶融性能指数低下，单独使用煤粉颗粒结合不良，不能取得良质的焦炭。为此要配入部分黏结煤粉的使用。但，由于非黏结煤粉大量配入时焦炭强度低下，为非黏结煤粉的大量使用，无论如何必须对煤粉做事先处理。通常焦炭被认为是一种多孔材料，其强度主要有：（1）煤基强度、（2）气孔率、（3）抗焦炭内开裂和塌陷能力。为此配入非黏结煤粉时改善上述影响的因素，才能使大量配入成为可能，作为手段即是开发煤粉事先处理技术。以下为具体的改善上述要因事先处理的中心技术介绍。首先是有关煤基强度的改善。此改善方法较少。在煤粉中添加黏结剂提高强度，力图增加非黏结煤粉的配入量是一种方法、良质黏结剂限量配入是项课题。另考虑焦炭排出时最终干馏温度上升，1000左右高温干馏，此温度再上升焦炭基质强度改善效果较小。煤粉装入时堆密度上升对改善气孔率是有效的方法。如煤粉装入堆密度上升，干馏后的气孔率下降，焦炭强度提高，换言之，如此非黏结煤粉可多配入。堆密度上升的方法有几种代表性的方法：成型煤配入法加湿煤法和干燥煤法。成型煤配入法为，粉碎完煤粉约30添加黏结剂成型后，高密度的成型煤与未成型的煤粉混合装入。使用成型煤配入可使非黏结煤粉大量配入使用，由于向焦炉成型煤时的装料偏析的起因，附在炉壁的碳和发生的烟尘等都是实际研究的课题。加湿法和干燥法是降低煤粉的水分、装入煤粉流动性能好、提高堆密度的方法。加湿法为防止输送或装料过程中煤粉飞扬，将煤粉的水分调至57%。干燥法利用流动床设备将细煤粉和粗粒煤粉的粒度分级，同时将水分干燥至24，分级的细煤粉添加黏结剂后与成型粗粒煤粉一起装入炉内。此法目的是低水分时堆密度的提高、添加成型粗煤堆密度的提高，此结果可使非黏结煤配比大量增加使用。降低水分方法易附壁的碳粉增加，这有效去除加湿有待于开发。对改善焦炭内开裂、塌陷，有提高煤粒间结合性能的方法。前述的提高装入堆密度的技术和添加黏结剂的方法。另也实施了通过干馏过程控制活性差的细煤粉的分级粉碎法。其他提高非黏结煤粉使用技术是，用排出的焦炭干熄设备（CDQ）内均热和稳定化提高焦炭强度效果的方法。以提高非黏结煤粉配入量为目的的许多事先处理技术，采用单独或组合实施，如前述的能改善焦炭强度的控制因素，被认为对今后非黏结煤粉大量配入使用成为可能。1.7.2 今后焦炭制造技术的非黏结煤粉的大量配入使用技术今后焦炭制造技术有成型焦炭制造法和SCOPE21。成型焦制造法，先制造成型煤，由成型煤配入法和装入不同的焦炉或竖炉的成型煤制造焦炭的方法。装入高堆密度成型焦是为了提高焦炭强度，能更多使用非黏结性煤粉。SCOPE21法是利用煤粉的快速加热及装入细煤粉的成型物后提高堆密度、增加焦炭强度，已实施开发了非黏结煤粉大量使用的技术。以上介绍了非黏结性煤使用技术，在高炉操业继续以高喷吹煤粉、高利用系数及低燃料比的目标。为此，今后要提高有益焦炭质量的重要性、并要求符合高炉操业的焦炭质量设计。特别近年来研究，为提高高炉内反应效率，提高烧结矿的被还原性能、使用高强度且高反应性焦炭的有效报告。为了大量使用非黏结性煤粉，制造具有高反应性能的焦炭，今后焦炭制造技术为被认为是一项希望技术。为了制造符合高炉操业使用焦炭的质量，现有的事先处理技术和组合变更非黏结煤粉大量使用技术开发被认为是必要的。1.8 焦炉长寿化技术日本焦炉大部分在高度增长期投建的，最晚的1984年 投产的炉子，最近20年未有新设。这样，焦炉平均寿命约33年、最高40年，历来被认为焦炉寿命的炉龄大多超越35年（图1.6）。空想计划扑灭后出现钢铁需求低迷期，焦炉更新不进行大量的设备投资，焦炉寿命延长、维持稳定的操作在操业上是最重要的课题。此背景下，开发了各色各样的焦炉长寿化技术、效果。以下为代表性技术概况说明。1.8.1 补修技术调查国内老焦炉说明，炉龄超25年的焦炉设备故障率快速增多。炉体内部损伤，炭化室耐材损伤，即出现开裂、损耗、外突出等。成为有碍于推焦操业影响的原因，另炉壁破损出孔，炭化室不能操业的原因，开发了各种损伤修补技术、并实施于炉体上。炉壁耐材的开裂、磨损、损耗部位的修补技术，取代了原来的灰浆吹入法，采用在高温溶融的石质溶射材料溶融于耐材吹入，溶射修补为较普及。溶射修补形成的溶射体与原来的修补法比较耐久性优越，本技术广泛普及。4家钢铁改善共同开发了能溶射到炉壁中央的大型溶射装置，经部分改造后向各公司引进使用。炉壁破孔等、对于大规模损伤，进行热间差的替换、砌砖替换修补，随施工方法、断热方法等的进步，与历来相比为范围广、修补工期短。特别，窑口部位热间砌砖替换为普通技术。不仅是炉壁的一部分、全方位的凡是耐材都可砌砖替换的方法，在欧洲等有相邻炭化室几个窑室进行砌砖替换的实用例子，但日本还不是一般的方法。炭化室炉壁微小而贯通开裂的新修补方法，有利用Chemical Vapor Deposition（CVD）修补技术的报告。此方法向炭化室吹入SiCi4气体，向燃烧室微开裂处扩散，与水蒸汽反应析出SiO2，填充裂缝强化耐材。1.8.2 操业管理技术炉寿命延长技术，损伤部位修补技术同时，控制损伤部位宽展的管理技术也是很重要的。特别，伴随炉体老化，由于炭化室不同损伤的差异较大，历来不仅对炉全体管理、对每个窑室管理也需有必要的认识，为此进行了程序化管理。操业管理最重要是控制窑室的装料过满。装料过满炉壁的负荷过大时，随炉壁温度变化对炉壁损伤会扩大，为防止装料过满的技术开发，进行了有关原因的理论研究。炉壁部分的损耗和由炭生成的炉壁凹突，退出阻力的增大与装料过满是同一原因，因此对损伤部位的修补和炉壁耐材的管理要相同的重视，从窑出口至装料处之间的装料孔插入喷枪，开发了吹入空气，燃烧消除炉壁的碳粉的装置，并已实施化。另，为抑制碳粉析出黏炉壁，炉壁增设玻璃层和喷涂装置已被实用化。为改善焦炭推出性能的装料控制技术，对配合煤粉膨胀压力管理、焦炭饼块和炉壁的间隙的活用化管理。1.8.3 炉体判断技术正确掌握炉体损伤状况，采取合适对应修补和加强操业管理效果是极为重要的。由此观点，开发了炉体测定的各样装置。开发了观察炭化室状态的装置，从空炭化室窑口装入照相机开始， 组成激光距离计的测定装置对炉壁全面凹凸作定量化测定。开发了在操业同时对炉体测定方法是，用移动滑块设置的可搬式窑幅计，对炭管理等灵活应用。开发了燃烧室内观察装置，水冷枪保护的照相机从燃烧室上部的点检口插入，进行内部观察的装置，变更部分插入用空气冷却、耐热的电缆，提高操作性的装置。1.8.4 以后的长寿化技术现代长寿化技术以继续维持操业的重点为主基调，对应强化环境污染，控制伴随炉体老化排出物的增加，向长寿化技术为重要的预想。至2003年，日本发表了长久焦炉的新设想，从仅依赖长寿化的状况，不断扩大新见解，对现有的炉子更新所需要的时间内，也要考虑今后长寿化技术，不能疏忽有关焦炉基础技术，有望继续积极开发。1.9 今后时代焦炭制造技术开发1.9.1 SCOPE21（焦炭改造21世纪计划）流程开发的背景目前日本焦炉作业年数平均已超32年。今后，如不进行焦炉的置换、大半的焦炉达寿命，焦炭的供给能力减少，预测会出现焦炭不足的状况。另，目前焦炉原料必须使用强黏结煤，煤种限制、狭小的生产弹性率、能量消费过量及环境污染问题等，许多需解决的课题，21世纪初引来焦炉更新时期，按现行焦炉法，被认为焦炉的更新是极困难的。因此，为解决此类课题，作为国家长远计划由企业参与的日本钢铁联盟从1994年至2003年进行了下世纪焦炭制造技术的开发。本长远计划被称之SCOPE21（Super coke Oven Productivity and Environmental Enhancement toward 21st century）。日本近10年间焦炭制造技术的开发以SCOPE21为核心，在此，介绍10年间已开发进行的SCOPE21流程的开发状况。1.9.2 SOCPE21开发目的及开发计划SOCPE21流程的主要课题如下。1）焦炭生产性能大幅提高 2）煤炭资源扩大 3）能耗技术开发 4）环境污染对策的提高SOCPE21流程开发计划如表1.2所示。SOCPE21流程开发，利用基础技术研究、要因技术研究、小型模型实验装置、实验工厂步序化，实验装置规模计划扩大化的同时，实施研究开发。1.9.3 SOCPE21流程概要及控制成果图1.7所示SOCPE21的流程。先将煤粉干燥分级，粗粒煤粉与细煤粉分别快速加热至330380后，细煤粉使用热态成型机成型后，与粗粒煤粉混合。此煤粉的事先处理技术使原不合适使用的非黏结煤粉原料的使用比例大幅提高，同时，力图使焦炭的生产性能大幅提高 、能耗降低。其二，采用了高热传导率的薄壁耐材，随装入高温加热的煤粉在炭化室干燥，焦炭的干馏温度比通常的干馏温度（约1000）低就出窑了，缩短焦炭在炭化室干馏的必要时间。其三，从焦炉中低温（约900）干馏已推出的焦炭经CDQ干熄后，再加热至通常的干馏温度（约1000），在焦炉炭化室干馏至1000的状况确保与同等的焦炭质量，使生产性能大幅提高。由以上3个基本工程，开发了新焦炭制造技术，焦炭的干馏时间大幅缩短、使历来焦炭制造流程紧密化，实现了非常高效率的优质焦炭制造流程的开发目标。最终的实验工厂操业约1年，实施了440次焦炭的干馏试验。基于实验工厂试验结果，取得以下的开发成果。 焦炭的质量试验操业期间制造的焦炭强度（DI15015）平均值高达84.8，焦炭原料试验50的非黏结煤粉的焦炭，高炉使用确保强度的可能性被确认。焦炭的生产性能符合SCOPE21条件，取得装入煤粉的堆密度上升，焦炭生产性能提高，生产率提高到原来的2.4倍。NOx降低效果经确认，干馏炉燃烧废气中NOx在炉温1250其Nox浓度达100ppm以下。操业技术的有关研究由流动床对煤粉的干燥、加热、分级技术的研究、煤粉热成型装炉时滞筛现象及影响的研究、高温延长时间的干馏焦炭推出行为的研究、高运转率操业时焦炉内煤粉附黏量控制技术的研究等课题的研究结果，证实SCOPE21即使在高速干馏条件下也能制造性能稳定的焦炭。1.9.4 今后的展望 日本从1994年至2003年间，进行了下时代焦炭制造技术的SCOPE21流程的开发研究。不远的将来，日本开发的下时代焦炭制造流程将实绩化，期望对日本和世界钢铁业的发展作很大的贡献。1.10 炼铁废塑料再生技术1.10.1 废塑料再生的背景和展望此10年间，炼铁流程的机能的提高有目共睹的。现举例全新方向发展炼铁流程的机能扩大的废塑料再生技术。1996年高炉开始喷吹废塑料，以后在高炉、焦炉的废塑料再生利用快速发展，目前作为新工艺已完全稳定。各种废弃物引起的环境污染、作为会社全体的循环型会社的根本问题，须适应社会新闻积极地技术开发，取得了记载于钢铁业的趋势。更，高炉煤粉大量喷吹、焦炉高度干馏技术等丰厚的关联技术的积累，上述的展开具有很大贡献。与废塑料再生有关的以石油化、煤气化等多样方式开发的。但，由于经济性等条件的限制，未能进行大规模开展。在高炉、焦炉，利用现有的流程进行的再生（废塑料）的灵活运用，保持高温炼铁流程的功能适宜地扩大灵活运用，富有竞争力和弹性力。社会的评价也很高。另，此一系列的再生技术，仅考虑燃烧处理后的废弃物，有效地灵活运用于炼铁流程的燃料，被认为对全球暖室化对策上也是重要技术。1.10.2 废塑料高炉原料化技术JFE 1996年10月，由京滨1高炉产业化废塑料，开展了日本高炉喷吹废塑料。2004年 4月开始包装容器的废塑料法实施的同时，开始实施普通废塑料的喷吹。京滨1高炉废塑料处理、喷吹设备如图1.8所示。本流程将收集的废塑料经筛选，分为薄膜软片系列和固态系列，将后者经破碎机调整其符合高炉喷吹的粒度。薄膜软片系列经破碎处理后，利用离心分离装置，由比重差将聚氯乙烯分离，由造粒流程造粒。2系列加工的粒子储存于料仓堆积后，输送到料槽。然后进入喷吹罐，随空气输送到高炉风口，吹入高炉内。废塑料在高炉旋回区快速燃烧气体化，成为还原气体在炉内被有效利用。图1.8中所示将分离出来的聚氯乙烯，开发了除氯的脱氯流程。另JFE为明确喷吹废塑料的性能形状，在试验炉，实验高炉用各种燃烧气体进行实验。据此结果，旋回区有充填层形成的空间，通过此空间的不飞散的颗粒能确保有较长的停留时间，而细颗粒的瞬间就达高速燃烧汽化率。上述流程的结果基于废塑料造粒的粒度在数mm的粗粒，全体简单事前处理，就可实施喷吹。现在，JFE保持约15万t/年 的处理能力。神户制钢加古川同样也实施了高炉喷吹废塑料。1.10.3 焦炉废塑料再生技术新日铁2000年10月在名古屋、君津炼铁所的焦炉开始以化学原料化实施废塑料再生。焦炉化学原料化将废塑料减容化处理成块状，提高处理后，投入于焦炉。与煤粉一同投入焦炉、经干馏，转换为：焦炭20%、焦油和轻油各20、焦炉煤气40的比例（图1.9）。焦炭为高炉铁矿石的还原剂、回收的油化物为化学原料、，焦炉煤气作为能源而灵活运用。废塑料多用途再生的唯一的方法。据新日铁研究，投入1，不影响焦炭的DI（Drum Index）、CSR(Coke Strength after Reaction)等性能。另对废塑料粒度影响的调研报告，聚乙烯10mm、聚苯乙烯3mm时焦炭的强度最小。这样明确了废塑料配入焦炭干馏现象及影响、明确了工业化的方向。最初名古屋、君津建设了4万t/年的处理设备能力，以后，室阑、八幡各建设了2万t/年的设备，开展了全国同等技术。现在大分的新增、各设备能力的提高，总计年生产能力确保22.5万t。1.11 新炼铁流程和新技术的萌芽发展1.11.1 新炼铁流程的全球化20世纪直接炼铁流程快速发展对应于世界钢铁需求量的增加，拉丁美洲、中东或亚洲工业发展中的国家开始生产钢铁为一大理由。铁钢（杂志）创立80周年纪念特集号发表了新炼铁法的动向，表述了10年内新炼铁技术的进步、相互依存的纲目，无论是大陆还是宽广的全世界的状态，确实，呈现了近10年全部、全球化的状态。世界炼铁动向从20世纪增加延长线路，汇总以下5点。第一，由以亚洲为中心发展中国家的抬头的观点，在亚洲，日本炼铁原料独占购买的含意可以说是淡薄了。第二，扩大了原以巴西为主体的区域、以全球规模向全球化的资源分配设想。此发展区域的扩大，由新炼铁法扩大的全球化工艺流程兴趣增加。第3，随原燃料来源多样化，产生了高炉的变容。第4，北美的粒铁生产和澳洲铸铁生产等具有资源地理的优越性的先进国家，加速了铁矿资源供给状况高品质化。第5，以欧美为主的先进国家，以地球为一体，展开全球化的开发研究活动。1.11.2 新溶铁制造法的扩大和全球化工艺流程作为高炉不使用普通焦炭的溶铁法，COREX流程1987年成为世界最早的商业化流程，由南非的ISOCR公司完成（能力年产30万吨），1989年开始生产。1995年韩国POSCO开始年产60万吨设备能力的生产，1998年至1999年，印度Jindal（年产160万吨）及南非Saldanha（年产65万吨）开始投产。Jindal公司日产2000吨容量的2座COREX产生的煤气供给2座130MW发电设备的运转。另，Saldanha合并实施直接还原铁生产流程（MIDREX），日产2500吨的DRI。POSCO取代不受矿石粒度的制约的竖炉，开发了3段式气流层的FINEX、年产60万吨规模实验试验生产，2003年由浦项炼铁所开始生产。此后，2010年将迎来浦项改造期，由FINEX替换1、2高炉，还预定向海外的加速推广。印度1997年国营矿山开发公司（National Mineral Development Corp.）,为利用Bailadila矿山的尾矿（redmud），取得了ROMELTDE 许可。ROMELTDE 开发母体的Moscow Inst. of Steel and Alloy(MISA) 和 Steel Authority of India Ltd.(SAIL),设立在ROMELTDE年产30万吨规模设备，2005年预定完成。流程，采用溶融还原单段炉、矿石还原几乎由竖炉完成的COREX流程，对流的还原结构，所有发生的煤气余热采用废热回收锅炉，用于发电。丰富的铁矿石与限制的焦炭用煤的问题，成为印度炼铁业发展的显在化的矛盾。此对策的特征，前述新炼铁法的实现，适合于后述的传统高炉法的新技术的形成，由21世纪初的新炼铁流程的开展。1.11.3 高炉变化历来高炉法，必要膨大的设备投资、大型化，从生产弹性的观点出发都是不利的。受此背景，巴西Tubarao 公司原来的CBF（Compact Blast Furnace紧凑高炉）2高炉（年产120万吨）的概念不断引入市场。小批量、高品质的潮流，减少焦炭灰分带来的碳的高炉，开始再次引为重视。再，巴西进行了采用异型竖炉含碳球团的连续还原和溶解，着手开发生产溶融铁的初级流程。经时产7吨的试验工厂，经许可供给南星钢厂，时产40吨规模的试验工厂1998年5月开始作业，但未有工业实用化的报告。一方面，有关印度自身电力不足，是电炉作业的问题。作为解决手段，Usha Martin Indusries公司1994年Jamshedpur（印度东北城市）线棒工厂的开始扩张计划，1995年日产400吨的MBF（Mini Blast Furnace小高炉）完工。这些事例，高炉大型化历史见解，已呈现逆向思维。但，作为富氧高炉，进一步对未来利用含碳原料使用的高速还原，高利用系数也寄予期望。设备成本最佳化及小批量、高品质化的提高，要提高机能高炉萌芽的认识。1.11.4 铁矿石来源的多样化以上所说的南半球的炼铁业，不能说是北半球炼铁的延长线，南半球炼铁有其特性的象征。在澳洲，1995年由Ausmelt公司、Meekatharra公司、南澳洲政府通过实验中心的SASE（South Australian Steel Energy）项目联合研究证明。澳大利亚，所用的钢制上吹二重管枪（Sirosmelt Lance）的非炼铁流程向铁的应用流程。本项目以南澳出产的普通煤炭和矿石作为原料，年产250万吨铸铁和进行发电为目的，在Whyalla，时产2吨规模的实验炉的实验运作。一方面，粉状的矿石和煤充分混合，溶融后从水冷喷枪喷射向铁水，在铁水中将铁矿石还原，浸炭的流程，为其他的溶化。同样流程，西澳kwinana公司年产80万吨规模的成套设备在2004年末建立。本研究项目投资情况，Rio Tinto：60、Nucor：25、三菱商事：10，首都钢铁：5。产品（生铁）先向亚洲，预定外卖。1.11.5日本炼铁流程变化和软流程日本从1988年的8年间国家项目，对调整生产量、工艺简化、提高原燃料选择度，开发了DIOS（Direct Iron Smelting reduction process直接溶融还原流程），取代高炉炼铁法。1993年10月至1996年1月合计10周期的实验试验作业，推定商用设备的煤耗730750kg/吨铁，日产6000吨规模，需要商用设备2座，与高炉法比较，设备成本为35，制造成本可削减19。为大幅扩大溶融还原炉的生产能力，实施了商用设备各形式的工程管理。此第1双向的直接溶融还原法以提高矿石预还原率为目的转底炉，组合为可利用原有固体还原技术的预还原阶段的溶融还原炉的形式，并含有向海外技术输出，实用性的研究。一方，日本经济在空想计划破灭13年间，经过了全球竞争激烈化和减量的进行，财政紧缩状态不佳的状态。此果，上述世界开始发展有动力的流程，日本钢铁业以高附加值副产品为目标的、以高附加值主义为第1的粉尘处理及铁矿资源供给进步发展。转底炉法，在固定炭存在条件下，1300温度，回收保持较低温度、高压蒸汽含铁粉尘或尘泥，特别适应含有高浓度的Zn、Pb、Cd等的电炉粉尘及氧化铁皮的有价金属的回收。新日铁广畑炼铁所由转底炉流程年处理粉尘21万吨，转底炉生产性100kg-DRI/m2h，达到金属化率91.9、脱Zn率94.0。君津炼铁所所内发生的粉尘，经处理能力1.5万吨的INMETCO流程处理后，送高炉的还原球团、送烧结的细粒还原铁流程的再利用。此还原球团（金属化率7085）送高炉使用，将其强度调整到50kgf/cm2以上，期望降低高炉的燃料比。由转底炉法新展开制造粒铁的流程是ITmk3（Iron making Technology mark three）和HI-QIP（High Quality Iron Pebble）。历来还原铁由还原固态铁矿石、脉石含量较多，对终渣具有不利方面。含炭块矿快速加热至13501500的高温、还原后，反应最终阶段铁能与溶融的脉石的渣分离。Itmk3的报告，由铁矿石制造的粒铁的代表组成为：Tfe9697%。C 2.53.5、S 0.05。一方，Hi-QIP加热到1500高温还原。在还原途中氧化亚铁（FeO）的溶融。溶融在渣中的FeO与炉内炭和炉缸的炭反应生成终渣、与渣分离。炉缸的炭与中间渣生成的高FeO渣，由炉缸的保护炭供给起到作用。这些流程得到的粒铁含渣、含炭，优化操作性能，并期待与炼钢共同大幅度降低成本。Itmk3流程2001年11月美国明尼苏达政府及美国矿石公司的克利弗得-克利弗斯公司、电炉美卡斯其鲁大依那米库公司等投资的美萨彼那开突公司和神户炼钢所，缔结商品化关联备忘录，2002年4月年产25000吨实验证实流程的建设完成，从2003年5月开始试生产。为制造钢管规模的Hi-QIP流程的开发，以支援NEDO民间基础技术为委托研究的JFE钢铁公司，2000年开始（研究）。以上所述，世界新炼铁流程，至此高炉法是两者相对论，跨世纪、混为一体化。此结果，新炼铁法及高炉法两者全球化不断变化。因此，日本炼铁流程的偶像是以高炉为主体硬性原料流程和溶融型的软性流程两极化，两者中，被重视的重心向有创造力方向移动。1.12 降低CO2新技术发展1.12.1 变化现象定量化和新高炉操业法评价分解确认流程是对流程内部生成的物理、化学变化定量的理解，同时，对流程的评价及控制成为可能。达到此目的是得到用流程生成现象的机理变化速度式，及记录流程状态方程式的数据和实现仿真的必要性。另，利用模型的高效率、低环境污染的新流程或新操作法的设想操作，实现仿真模拟，记录要因现象的速度式预想的流程内状况对策处理的必要性。高炉的变化现象论研究约有半个世纪的历史，历来，实际流程的解析的主要点，最近10年随模型化和仿真技术及要素现象解明的进步，仿真设想操作已实现化。（1） 有关多流体理论的数学模型考察高炉作为解析对象，记录流程状态方程式由运动量、能量、质量的收支平衡成立。设定连续物体的多流体模型，一般表达式能表达。（ii）/t+div（iiui-igrad）S （1）i由以下6项组成（气体、填充粒子、熔铁、渣、煤炭粉体、铁矿石粉体），从属变量求解变量，表达了各项的流速、能量（温度）、质量分率。T为时间独立变量；为空隙率；为密度；u为流速，S 为求解出项，包含各相之间的运动量、热量及物质的移动量、其生成量。数值仿真，由于高炉状况复杂，BFC法（Boby Fitted Coordinate）较适宜。以高炉现象开发的模型，铁矿石还原、焦炭燃烧和气体化的气固反应以外，热溶或溶渣过程的固液、液液、气液的反应，更多地考虑固体间、气体间反应等多数化学反应的速度，在加固液相变态、气固液粉4相间的传热、运动量移动、粒子粉化、粉体的积蓄等的综合考虑。另，煤气量、溶融渣的溢流等流程界限的记录的必要性是很重要的工作。（2）高炉超高效率、低环境污染操业仿真实现高炉的超高生产、低燃料比、低环境污染操业如图1.10所示，低温化和高速还原化是很重要的。另，为了减少CO2放出量，使用氢系的还原材料和炉顶煤气的循环使用等被认为可行方法。这些可行性由数学模型和仿真定量研究。为使还原高速化，改善烧结矿还原性，含炭球团（CCB）使用是很有效的。另，为了低温化，由CCB的装入使热保存带温度有效下降，促进铁的渗炭和渣低温溶融化是不可缺少的。低温溶融的机理及速度是十分明确的，使用数学模型后，由低温化可预测高效率的程度。使用氢系还原剂，从降低环境污染观点考虑，希望喷吹废塑料。另，炉顶煤气再利用是减少煤气排出量的有效方法，同时能提高生产性能，期望对将来展望作开发。以下这些设想操业所示的模型和仿真结果。图1.11以烧结矿100装入为操业基准（1）、装入20CCB为（2）、低于还原铁的溶融温度100（3）、低于渣表面溶铁温度50（4）的不同状况，由仿真所得的生产性和还原燃料比的变化所示。约提高生产率10、降低燃料比7.5的期望值。图1.12以全焦冶炼为基准，含氢作为辅助还原剂，吹入水蒸气、天然气、废塑料时的生产性能，所示了还原材料改善的效果。此仿真以风口旋回区温度及炉腹煤气量为定值的条件，由于还原剂吹入量的差异，不能相互直接比较。加湿鼓风改善生产性能，但燃料比恶化。喷入天然气体和塑料生产性能和燃料比肯定改善，考虑喷吹量的不同，大致取得同样程度的效果。图1.13所示炉顶煤气再利用操作。此时必须维持风口旋回区温度的富氧。另为了减少氮气，必须从炉身吹入。图1.14基准操作（0的场合）装入20CCB、溶融温度下降100、溶铁温度下降50时的场合；场合1从炉身吹入占风口风量的20的炉顶煤气；场合2从风口吹入占风口风量的50的炉顶煤气；场合3两者皆，风口旋回区温度和炉腹煤气量一定时进行再利用的结果。此计算与实际生产相比生产量增加28.4、燃料比降低22.5。CO2排出量减少21.2。计算条件为限制风口旋回区温度和炉腹煤气量等，上述的操作参数的合理组合的操作，被认为实施操作更具改善效率。1.12.2 能量减半技术日本的钢铁生产占国内总消费量7以上、庞大的能量。但，安全、安心地维持社会生活需保持钢铁生产，须保持抑制CO2的环境污染。一方面，资源供给的紧张、价格的飞涨，寻求劣质化背景下燃料比的下降。（1） 低燃料比操作方向的努力日本降低燃料比的步序可从以下一目了然。50年代：强化原料粒度，使用自溶性烧结矿60年代：喷吹重油、高炉增压操作、提高送风温度和富氧送风、装料分布控制，然后高炉大型化等现代技术较多地从此年代开始。70年代：将60年代技术更新推向顶点。80年代：1982年日本钢管福山3高炉（3220 m3）达到396kg/t（含焦油42kg/t）。全焦操作1981年新日铁室澜2高炉（2290 m3）448kg/t为首创。90年代现在：为减轻焦炉负担、增加炉龄，从降低焦炭量的要求，开发了高炉喷吹煤粉（PCI）的操作技术。另，同时应劣质资源原料化的要求，努力改善低还原料比，主要方向是改善原燃料。例，高PCI操作下的低渣比、提高矿石的被还原性能、提高焦炭反应性能和大块化等。由低燃料比的观点，1994年新日大分2高炉（5250m3）的燃料比455/t（含PC98kg/t）。还有，在国外的POSCO浦项3高炉（3795m3）493kg/t（含PC222kg/t）。降低还原材料技术模型研究如下。提高炉身效率对炉身部位块状带，要求提高矿石的被还原性、改善煤气利用率。日本现行高炉8001000的炉内煤气组成是方铁矿与金属铁还原平衡推移。炉身效率约达95，此数值改善被认为估计值。对于提高被还原性为目标，570以下菱镁矿金属铁还原和1000以上方铁矿金属铁的被还原性提高。矿石被还原性提高寄望于还原气孔增加和结构组织是很重要的。一般是增加10微米的气孔和针状铁酸钙（CF）+斑状赤铁矿组织，被认为能提高还原性。高结晶水矿石配比较多的烧结矿生产低SiO2、低Al2O3、低MgO、维持强度、提高被还原性能，也有成功的报告。今后对氧化铁还原，添加催化剂的探索和探明还原详细机理成为课题。 W点（热保温带温度）的低温化前述的现行高炉操作中8001000如方铁矿与金属铁还原平衡，煤气利用率提高受限制的方铁矿的煤气还原平衡制约W点，就能向高CO2方向反应（还原率增加）为其次目的。即，开发焦炭提高反应性煤气化的开始温度、降低热保温带温度的技术。这样小块焦炭混合装入技术的确定和高反应性焦炭的开发、及含炭块矿的开发的必要性。为了不损焦炭强度、提高反应性，用高Ca炭配制焦炭在高炉试验。热保温带温度一降低，就可确认高Ca炭配比在1时，降低燃料比1kg/t。使用小块焦炭作为降低热保温带温度目的，煤气还原性能明显提高。特别，高喷煤操作下，矿石层加厚，上部煤气增加还原率效果增大、煤气反应和还原反应被认为匹配现象。降低炉体热损失高炉热损失是通过内部的煤气量和炉内分布支配的。前者代表平均热流比，后者用新设定的炉身探头测定中部和炉壁间的CO的差值CO的数值（越大周边气流越强），称为周边气流指数。热损失以950基准的炉体下部的热收支求的解析结果。如热对流比越低，周边流越强，被认为热损失越增加的倾向。低O/C的大喷煤操作意向中心流装入物控制分布对流比。但，CO与原燃料组合最合适操作目标的结果，不能独立控制，因此，适应对流比，合适的原燃料的品质设计很重要。试算CO低减和矿石RDI及焦炭强度的改善能使热损失降低400MJ/t，如炉身效率提高2可换算还原原料20kg/t。因此，为了由装料分布可任意地得到倒V型的软溶带的高精度信号感应技术、分布控制以中心装料技术为核心的控制技术、炉中心粉化控制技术等课题被开发了。另，低燃料比操作O/C值必然高，预想O/C超6。此时为确保软溶带的透气性，高温性能的改善成为重要课题。在此项未研究成功时，不得不切实地研究还原铁和废金属高炉的使用。 增加入炉热量、降低出炉热量增加送风温度、降低送风湿度及降低出炉热量、降低渣比、降低非金属（主要为Si）还原等能有效地降低燃料比。低燃料比操作预想降低出渣铁温度，此时由于渣黏度增加，渣面上升，产生出渣铁延迟的悬念。此时在出铁口附近备有备用设备，装有大粒径焦炭，有效保驾。实际生产炉的控制焦炭粒径成为新课题。 吹入高氢系还原剂的复合送风直接节约能量如没有效果，从抑制CO2观点，降低炭消费单位（CCR）和提高生产性（增产）时，喷吹PC、CH4、焦油、塑料等高H还原剂，对降低能源是有效的。例作以下的计算。高PCI操作（RAR508kg/t、PCR187kg/t、CCR430kg/t）条件下