【正文】 280 第二節(jié)： COREX 工藝 281 第三節(jié)： FINEX 工藝 282 第四節(jié)：綜合分析評(píng)價(jià) 283 第四十八章： 直接還原工藝需求的煤氣化工藝技術(shù)比較 284 第一節(jié)：直接還原工藝對(duì)還原氣的品質(zhì)要求 284 第二節(jié)：主流煤氣化工藝技術(shù)特點(diǎn) 285 第四十九章： HiQIP 工藝 —— 新型粒鐵制造技術(shù)的開(kāi)發(fā) 287 第一節(jié)：基于如下概念推進(jìn)新型煤基粒鐵制造工藝的開(kāi)發(fā) 288 第二節(jié) ： HiQIP 工藝 288 10 第三節(jié)：試驗(yàn)工廠(chǎng)的試驗(yàn) 289 第四節(jié)：確立向?qū)崣C(jī)化規(guī)模擴(kuò)大的技術(shù) 291 第五十章：熔融還原新方法 —— LSM工藝 293 第一節(jié)： LSM 工藝特點(diǎn) 294 第二節(jié)：原料及產(chǎn)品 295 第三節(jié)： LSM工藝流程 296 第四節(jié) ： LSM工藝的設(shè)備特點(diǎn) 296 第五節(jié)： LSM的優(yōu)越性 297 第一章：日本關(guān)于焦炭組織結(jié)構(gòu)的研究 11 為弄清焦炭在高溫下發(fā)生粉化的行為，日本研究了焦炭在反應(yīng)前后的組織變化，為弄清焦炭氣孔結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了在真空下能使添加熒光涂料的樹(shù)脂滲透到焦炭中 的方法，即：將紫外線(xiàn)照射到由這種方法制作的試料，同時(shí)進(jìn)行觀(guān)察，使焦炭氣孔結(jié)構(gòu)的解析變得容易。 在考慮焦炭反應(yīng)性的問(wèn)題上，重要的是各光學(xué)異向性組織的反應(yīng)性。除此之外，在 1500186。由于這一部分的反應(yīng)性低，會(huì)殘留至最后，在反應(yīng)界面發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)，在時(shí)間經(jīng)過(guò)的某個(gè)點(diǎn)焦炭會(huì)產(chǎn)生缺陷，因此高溫區(qū)域中的反應(yīng)界面形狀會(huì)變得不規(guī)則。此次主要研究 12 10181。m 以下。在焦炭研究中，對(duì)于一般所認(rèn)為的閉氣孔，目前尚不清楚實(shí)際焦炭存在何種氣孔、氣孔中有多少是閉氣孔。 第一節(jié)：實(shí)驗(yàn)和方法 用于觀(guān)察開(kāi)氣孔和閉氣孔 的單向樹(shù)脂吸引法 (1)開(kāi)氣孔的觀(guān)察 將焦炭切割成圓柱形 (216。用真空泵從塑料容器的一端進(jìn)行抽風(fēng)，使樹(shù)脂朝一個(gè)方向從焦炭的另一端進(jìn)行滲透，并就此原樣進(jìn)行硬化后作為試料。 30mm)的焦炭上部。因此，通過(guò)圖像處理能容易地區(qū)分出氣孔部分和焦炭基質(zhì)部分。這就是說(shuō)即使存在完全孤立的閉氣孔，也很難明確地對(duì)其進(jìn)行表示。在這里，必須注意的是以下 2 點(diǎn)： (a)氣孔的深度由表面開(kāi)始變淺，因此要注意研磨中樹(shù)脂脫落的部分。但是，由于閉氣孔的面積比例只占試料總體的大約 5％，因此可以一個(gè)一個(gè)進(jìn)行謹(jǐn)慎判斷，減小誤差。調(diào)查了這些 10181。反應(yīng)溫度在 1500～ 1700℃之間，分 4 個(gè)階段變化。對(duì)此，被看作閉氣孔的氣孔占整個(gè)試料的 %左右，占 總氣孔的比例為 10． 5％ (=／ 5． 1)。雖然 200～ 300181。 10181。m 的氣孔。m 以下的氣孔。m 以下的氣孔，能明確判定為氣孔的幾乎是裂紋或研磨中發(fā)生的表面缺陷等 (在本研究使用的焦炭種類(lèi)范圍內(nèi) )。另外，西村等人用滲汞孔隙率測(cè)定儀進(jìn)行了測(cè)定，并顯示出了氣孔壁被破壞的情況。 煉鐵用焦炭是由煤通過(guò)熔融后炭化而成的。因此，氣泡尺寸越小，氣泡所具有的能量越大，并變得不穩(wěn)定。m 以下的氣孔大部分存在于 何處的問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)查。必須注意的是它與以往的根據(jù)焦炭組織來(lái)分類(lèi)的石墨化區(qū)域有些不同。如果對(duì)這些 氣孔尺寸進(jìn)行測(cè)定，可知這些氣孔大部分在 10181。 這些石墨化的組織在 1500℃以上的高溫時(shí)，即使整個(gè)試料發(fā)生大的氣化反應(yīng)，也是一種保持原樣殘留下來(lái)的惰性區(qū)域 (如果石墨化加快，反應(yīng)性會(huì)下降 )，據(jù)說(shuō)該區(qū)域集中了 10181。 山岡等人進(jìn)行了焦炭反應(yīng)粉化模型的開(kāi)發(fā)，該模型假設(shè)微細(xì)氣孔是組織的一部分 ，與反應(yīng)無(wú)關(guān)。在石墨化區(qū)域中小氣孔集中，可以說(shuō) 50181。在 16 這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是在 1500186。m 以下的氣孔優(yōu)先發(fā)生氣化反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣孔徑會(huì)增大，微細(xì)氣孔數(shù)會(huì)減少。 根據(jù) B 焦炭氣孔結(jié)構(gòu)在反應(yīng)前后的變化和石墨化區(qū)域的氣孔徑分布可知，在氣體組成相同、反應(yīng)溫度 1600℃的條件下進(jìn)行 30min 的氣化反應(yīng)，反應(yīng)率為34． 7％。本來(lái) B 焦炭是按照低反應(yīng)性焦炭來(lái)制作的，與 1000186。但是，在高溫下的反應(yīng)與 A 焦炭不同，微氣孔的比例有若干減少。m 以下的微細(xì)氣孔集中在石墨化區(qū)域。結(jié)果可知閉氣孔大約 5％。在這里，所謂 ? 石墨 化區(qū)域 ? 是指密度比周?chē)黠@高、 17 形狀主要為正方形的區(qū)域，該區(qū)域由各向異性組織 (Mosaic、 Fibrous 和 Lea織構(gòu)等 )構(gòu)成。 (4)由這些結(jié)果可知， 10181。其結(jié)果可望擴(kuò)大低品位煤炭的應(yīng)用范圍和實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，由此作為目前焦?fàn)t的替代工藝引人注目。生產(chǎn)焦炭的焦?fàn)t是龐大的磚制結(jié)構(gòu)，通常認(rèn)為其爐子壽命為 30～ 40 年。在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的支持下，與十一家鋼鐵公司及焦炭專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行協(xié)作，以日本鋼鐵聯(lián)盟和煤炭利用綜合技術(shù)中心為主體，自 1994～ 2020 年的 10 年間進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)。接著將經(jīng)高溫加熱的煤炭裝入具高熱傳導(dǎo)率的薄壁焦?fàn)t的炭化室內(nèi)以中低溫均勻干餾，最后將出爐的焦炭在 CDQ(干熄焦 )中再加熱至通常干餾溫度水平 (約 1000℃ )來(lái)確保焦炭的質(zhì)量。 第二是提高生產(chǎn)率。與傳統(tǒng)焦?fàn)t相比，相當(dāng)于一座年產(chǎn)量 100 萬(wàn) t規(guī)模的焦?fàn)t年削減 10 萬(wàn) Kl(換算為原油 )，每年 CO2排放削減量達(dá)到約 40 萬(wàn) t。因此，新日鐵公司便提出了將 包括煤炭快速加熱技術(shù)在內(nèi)的焦?fàn)t的徹底改造 (SCOPE21)作為課題。在將煤炭裝入焦?fàn)t之前的預(yù)處理工序中，盡可能地將煤炭加熱至高溫后再裝入焦?fàn)t中進(jìn)行干餾， 這樣可縮短煉焦時(shí)間，提高生產(chǎn)率。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)了當(dāng)將煤炭快速 加熱至約 380℃時(shí)，經(jīng)在焦?fàn)t的炭化室裝料干餾可提高焦炭的強(qiáng)度。 以開(kāi)發(fā)提高擴(kuò)大煤炭資源技術(shù)、快速干餾技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的新工藝為目標(biāo)，在日本鋼鐵聯(lián)盟內(nèi)部構(gòu)建了推進(jìn)階段性調(diào)查研究、關(guān)鍵技術(shù)研究、半工業(yè)試驗(yàn)的研究開(kāi)發(fā)體 制。 1994 年國(guó)家項(xiàng)目啟動(dòng)后，新日鐵公司反復(fù)進(jìn)行了結(jié)果為錯(cuò)誤的試驗(yàn)，積累了證驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 另外，新日鐵公司擁有 CMC（煤炭調(diào)濕） DAPS（煤炭水分降至 2%，預(yù)先塊 20 化）、室蘭廠(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的煤炭預(yù)熱（煤炭預(yù)熱法）等優(yōu)秀的焦炭預(yù)處理工藝。本開(kāi)發(fā)是兩個(gè)部門(mén)共 同努力的結(jié)果。采用事先將阻礙成形的高溫氣體抽出的機(jī)制解決了該問(wèn)題。 表 1 半工業(yè)試驗(yàn)裝置外觀(guān) 設(shè)置名稱(chēng) 參數(shù) 裝置規(guī)模 預(yù)處理：實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的約 1/20。 熱成形設(shè)備 方式：雙輥式。 干餾爐設(shè)備 炭化室：高 長(zhǎng) 8mХ 寬 ，孔 。全面負(fù)責(zé)半工業(yè)性試驗(yàn)的計(jì)劃、運(yùn)行的北海制鐵公司制造部杉山勇夫談到：?在全系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)過(guò)程中，最初有時(shí)存在煤炭或氣體不按所希望的那樣流動(dòng)的情況，但通過(guò)在室蘭廠(chǎng)進(jìn)行的基于煤炭預(yù)處理操作經(jīng)驗(yàn)的嚴(yán)密的模擬和正規(guī)的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，對(duì)氣流加熱機(jī)內(nèi)的煤炭和氣流的分布流動(dòng)進(jìn) 行了最佳控制，實(shí)現(xiàn)了提高焦炭質(zhì)量的煤炭快速加熱技術(shù)的穩(wěn)定?。 作為環(huán)境應(yīng)對(duì)技術(shù)的一環(huán)，對(duì)熱煤輸送時(shí)和干餾、出爐工序的粉塵、煙塵進(jìn)行了抑制。根據(jù)將來(lái)的實(shí)際生產(chǎn)操作，通 22 過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)人員的討論，提高了安全可靠性?。 第二節(jié)： SCOPE21 設(shè)備的投入－新日鐵公司大分廠(chǎng) (1)設(shè)備設(shè)計(jì)、施工、操作三位一體建設(shè)?新日鐵制造?焦?fàn)t。為了研究開(kāi)發(fā)成果的實(shí)際應(yīng)用，集公司內(nèi)的合力，詳細(xì)討論了環(huán)境措施等工藝、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)乃至采購(gòu)物資及質(zhì)量管理。為使龐大的工期連續(xù)且高效地實(shí)施，制定了嚴(yán)密的進(jìn)度。 （ 2)人與設(shè)備共同培育的環(huán)境。 在實(shí)施本項(xiàng)目的過(guò)程中，大分廠(chǎng)進(jìn)行了包括將有經(jīng)驗(yàn)的焦?fàn)t生產(chǎn)人員復(fù)職和錄用新職工的增員工作，并建立了來(lái)自八幡廠(chǎng)、名古屋廠(chǎng)、君津廠(chǎng)和室蘭廠(chǎng)的支援體制，事先在已有焦?fàn)t上進(jìn)行了長(zhǎng)期培訓(xùn)。由于是沒(méi)有 先例的設(shè)備，因此將來(lái)有可能會(huì)面對(duì)不可預(yù)期的障礙，但是只要持有以世界最先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)的?自豪感?，就可以從人材、設(shè)備兩個(gè)側(cè)面更上一層樓。從未來(lái)看，此次開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)會(huì)在利用煤炭的多個(gè)產(chǎn)業(yè)中得到應(yīng)用，可望對(duì)遵循日本能源政策即有效利用煤炭資源和改善地球環(huán)境做出貢獻(xiàn)。 在大量使用普通煤和低品位礦石等劣質(zhì)原料以提高資源應(yīng)對(duì)能力方面，日本進(jìn)行了將煤和鐵礦石混合，干餾熱成型的煤／礦石復(fù)合物，制成內(nèi)含部分還原礦粉的鐵焦生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)研究，下面介紹其研究結(jié)果。 46179。 熱成型性是從成型率和成形物強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)的，但是，在評(píng)價(jià)因素中，控制因素是成型壓、成型溫度、輥杯容量、輥轉(zhuǎn)數(shù)和壓入原料用的螺旋給料器轉(zhuǎn)數(shù)等。螺旋給料器上部料斗內(nèi)的成型試料溫度為 25 成型溫度，范圍在 110～ 130℃。成型條件示于表 1。 39179。成型機(jī)的主要規(guī)格是最大加壓力 40t；輥?zhàn)畲筠D(zhuǎn)數(shù) 10r／ min；壓入原料用的螺旋給料器最大轉(zhuǎn)數(shù) 140r／ min；輥徑 400mm；輥寬度 120mm。 24 表 2 大分廠(chǎng) 5 號(hào)焦?fàn)t主要設(shè)備參數(shù) 主要設(shè)備 參數(shù) 煤炭預(yù)處理設(shè)備 基本工藝 SCOPE21 工藝 流化床干燥分級(jí)機(jī) 煤炭處理量： 155t/(干 )h 氣流塔加熱機(jī) 煤炭處理量： 106t/(干 )h 塊成形機(jī) 煤炭處理量： 34t/h 焦?fàn)t 型式 SCOPE21 型低 NOX排放爐 炭化室 64 孔、爐高 、寬 、長(zhǎng) CDQ 焦炭處理設(shè)備 120 t/h 第三章：鐵焦制造工藝的開(kāi)發(fā) 日本一直研究具有資源應(yīng)對(duì)能力的煉鐵工藝，以迎接 2020 年以后日本焦?fàn)t等大型煉鐵設(shè)備的更新。 各鋼鐵公司為應(yīng)對(duì)原料煤價(jià)格持續(xù)高漲，打出了大幅度擴(kuò)大將劣質(zhì)煤用于煉鋼原料可能性的劃時(shí)代的資源對(duì)策、節(jié)能對(duì)策技生產(chǎn)的 SCOPE21 技術(shù)為契機(jī)，今后在焦?fàn)t的更新改造中 引進(jìn) SCOPE21，或引進(jìn)部分所開(kāi)發(fā)的節(jié)能技術(shù)。由于是年青人較多的現(xiàn)場(chǎng)，因此要確確實(shí)實(shí)地提高人員技能來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作。 5月 30目開(kāi)始了包括預(yù)處理設(shè)備、 CDQ 的綜合試車(chē)。由于施工單位共同協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)課題共享，因此保證了可順利進(jìn)行總體施工的環(huán)境?。 在建筑物高達(dá) 60m 的大規(guī)模 SCOPE21 中，鋼材、耐火磚等建筑材料的使用量也是龐大的。與大分廠(chǎng) 5 號(hào)焦?fàn)t、煤炭預(yù)處理設(shè)備、改性室 (CDQ)建設(shè)一起，作為包括煤炭運(yùn)輸設(shè)備、煤炭預(yù)處理設(shè)備和后工序 CDQ、焦炭運(yùn)輸設(shè)備、煤氣精煉設(shè)備等前后工序增建的大規(guī)模項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 不用說(shuō)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和大學(xué)、參與國(guó)家項(xiàng)目的企業(yè)間的合作，就是公司內(nèi)部在試驗(yàn)期間從各廠(chǎng)前后也有十名操作人員前來(lái)支援。名古屋廠(chǎng)煉鐵廠(chǎng)煉鐵技術(shù)小組負(fù)責(zé)人回顧道：?根據(jù)出爐時(shí)的溫 度來(lái)改變煤氣的產(chǎn)生狀態(tài)，在符合試驗(yàn)條件的情況下進(jìn)行徹底的溫度管理。在干餾爐上采用具有優(yōu)良熱傳導(dǎo)性能的高密度硅磚的同時(shí)，引進(jìn)了新燃燒結(jié)構(gòu)燒嘴，確定了能提高生產(chǎn)率的均勻加熱和低 NOx 排放的燃燒結(jié)構(gòu)。 試驗(yàn)分 為設(shè)定 1100～ 1150℃高爐溫條件下的第一次操作和設(shè)定在 1200～1280℃高爐溫條件下的第二次操作兩階段進(jìn)行，進(jìn)行了約一年總計(jì) 440 次干餾試驗(yàn)。 高溫煤輸送設(shè)備 方式：活塞式。 流化床干燥分級(jí) 處理量： 6t/h。根據(jù)中間試驗(yàn)取得的成果，以驗(yàn)證 SCOPE21 開(kāi)發(fā)概念和收集實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備必要的工程數(shù)據(jù)為目的，在名古屋廠(chǎng)建設(shè)了具有從煤炭預(yù)處理至干餾的完整設(shè)備功能的辦工業(yè)試驗(yàn)裝置。 實(shí)驗(yàn)主要驗(yàn)證了將煤炭分離為粗粒級(jí)和煤粉時(shí)的分級(jí)特性，以及煤炭干燥、加熱、熱成形時(shí)的煤炭改性效果。這是首次將煤炭科學(xué)視角引入焦炭技術(shù)的嘗試。比如，氣流塔加熱機(jī)加大后內(nèi)部的熱傳