炼钢能源消耗(6)

2019-04-16 18:01

加州大学的RolandGeyer博士进行的由IISI资助的研究,进一步支持了钢铁行业提出的观点。他按照“碳等效量”来分析碳排放,考虑所有温室气体的排放,如铝电解过程中产生的全氟碳化气体(PFC),这是GHG中温室效应最强的气体之一。

第三方分析显示,按温室等效作用计算,C2F6相当于CO2的9500倍,而CF4相当于CO2的6500倍,而且它们在大气中会存在10000年。PFC排放量与阳极效应系数紧密相关,在电解过程由于下料中断,冰晶石耗尽Al2O3,从而形成PFC气体。在手动插板式下料槽中,0.4~0.5次/(槽·日)的阳极效应系数是很普遍的,采用自动破壳机以及点式下料技术,则可使阳极效应系数降为0.1次/(槽·日)或更低。过滤法不能有效地捕获PFC气体。

Geyer博士估计了在汽车生命期内,材料生产、汽车制造与处理以及燃料使用等过程产生的CO2等效排放量,小型车为50t,中型车为60~70t,SUV车达到80t甚至更高。其中,使用过程产生的排放量约占80%,制造过程占5%,材料生产占15%,汽车处理占1%。

不同政府对汽车行驶过程中的排量目标进行了限制,如欧盟的目标是2012年二氧化碳平均排放量为120g/km,加利福尼亚州议会1493法案规定到2016年二氧化碳平均排放量为127g/km,纽约州也拟采用这一数值,而加拿大则是根据与汽车制造商达成的自愿协议来规定二氧化碳平均排放量。

Geyer博士分析了铝工业的反驳观点,该观点认为,即使在铝的生产过程中每公斤铝产生的二氧化碳等效排放量比钢多2.4kg,但是在汽车的生命期内,采用铝替代钢带来的燃料节约而降低的排料量远远超过这个值,达到25.3kg,因此,在每公斤铝替代钢用在汽车上时,二氧化碳等效排放量净降低值为22.9kg。 Geyer博士采用原生铝生产工艺对铝生产过程中二氧化碳进行了计算,当生产轧材或挤压材时,每公斤铝产生的二氧化碳等效排放量为13.9kg,如果利用再生铝来生产,则为1.9kg。

Geyer博士因此得出如下结论:在汽车的生命期内,如果使用铝替代钢的话,每公斤铝产生的二氧化碳等效排放量不是减少了22kg,而是净增加了4.5~12.1kg。

EAA对此做出如下答复:在生命周期评价(LCA)中,原生铝与再生铝的比例是由废铝回收率确定的(ISO14040),一旦某种特定的产品被最终用户抛弃时,多少铝将被回收———而不是组成产品的再生铝的量。该原则一般对金属来说有效,而且许多金属协会已经接受回收原则宣言,其中包括国际铝协会和国际钢铁协会。在一辆车的生命期内,用铝替代钢将导致二氧化碳排放降低方面的能量偿还时间相同,或甚至更短(增加汽车中铝使用量将可能提高废料回收率)。

欧洲铝行业不认可Geyer博士给出的数据,认为一些数据被高估了,存在误导。图1总结了他们对CO2等效排放量的计算,其中包括采矿与提纯过程消耗的能量,并取50%的全球水电平均发电量比例。 EAA认为,任何材料的对比应该根据成熟的应用来进行,环境专业词汇一般称作“功能单位”。由于铝主要用在轻量化汽车上,对比1kg铝与1kg钢的生产无任何意义。此外,任何材料的对比应该根据全生命周期对比来进行,就是说,包括原生金属生产、使用阶段以及废料回收在内等的对比,应如“金属行业回收原则宣言”解释的那样来进行。

购买力

米塔尔钢铁公司虚拟原型(VP)技术部的GregoryLudkovsky博士认为购买力的重要性正在日益突出。在早期的美国新一代汽车伙伴计划(PNGV)并没有考虑这一点,该计划的目标是实现80mpg(2.941/100km或72gCO2/km),在美国早期FreedomCar计划中也没有考虑购买力问题,但是现在已列入FreedomCar计划中。

Ludkovsky博士举出钢从铝那里赢回市场的一个例子,就是车轮。混合车轮采用高强度钢制造,配以塑料银亮装饰,这与铝的式样一样,成本却降低200美元/车。蒂森克虏伯钢铁公司的HenrikAdam博士给出了类似的例子,在欧洲,采用钢制车轮,比铝减重17%,节约成本20%。铝行业承认车轮/路面噪音降低了铝的使用。

未来钢基材料将越来越依赖其组成材料,现有的“复合”板是用树脂将两块薄板粘在一起,以改善隔音效果,它们用在发动机上,也制造覆盖件如发动机罩。铝已进入这一领域以达到减重目的。目前,正在将塑料泡沫和注塑内部加强钢应用在散热器支架结构上。

比较2006年一般车辆上的使用材料与预计2010年所有材料,Adam发现对钢构成最大威胁的材料是铝,铝的使用量从2006年的8.8%上升到2010年的12%。然而,钢在车身上的应用占79%,而且在这一领域的份额预计不仅不会减少,相反,高强度钢的应用会增加。所有铝制车身将继续限制在高端市场。混合结构将仍只会用于前车身以降低重量,不会用于其他部分,原因是材料的热膨胀不同,要实现可靠的连接以及保证长期的稳定性还存在技术困难。

铝对钢构成的最大挑战将会是它应用在覆盖件上(车门、行李仓盖、翼子板和发动机罩),这是铝行业瞄定的应用领域。

蒂森克虏伯与安赛乐联合开发出新的钢种X-IP,该钢具有相变诱导塑性以及高的加工硬化率特性,达到高强度钢的强度水平,但成形性能更好。高的加工硬化率使该钢尤其适用在碰撞溃缩区。

为了挑战铝在汽车覆盖件上地位,目前开发出组合式钢车门,由于所需零件减少2个,因而减重9.4%,成本降低12%。顶部由双相钢DP-K、底部由高强度IF钢组成的复合板,采用微合金化钢MHZ260加强,由此类钢板制作发动机罩,实现减重30%(-3.1kg),成本不增加,高的行人保护能力以及更好的抗腐蚀性能。目前,该发动机罩用在欧宝·赛飞利(OpelZafira)上。 闭环循环

钢铁工业宣称,钢铁工业相对铝工业而言,一个重要的优势是能够实现几乎全部汽车“废料”的回收再利用,甚至为未来氢燃料电池汽车提供燃料。

在IISI会议上,新日铁公司的KazuoNagahiro做了非常精彩的报告,报告中提到,新日铁不仅为汽车制造商开发钢铁产品,而且也参与到闭环“可持续”循环中去,吃掉废旧轮胎和切碎的“废物”(废旧汽车残余物-ASR)以及金属废料,还从它的焦炉煤气中提取出氢气供给燃料电池动力车作燃料。 新日铁与汽车制造商已经建立起紧密的合作伙伴关系,这种合作伙伴关系提高了汽车的燃料效率以及碰撞安全性。新日铁产品约30%为汽车用钢,目前,该公司正在开发强度级别1180MPa的双相钢(DP)、强度级别590~780MPa成形性能更好的相变诱导塑性钢(TRIP)。最新的成果是开发出热轧高扩孔率钢(HRHHE),用此类钢的成型件冲孔时,由于加工硬化,保证了零件的强度要求。高强度钢以及液压成形等技术的应用,也改善了汽车的传动和排气系统,此外,高强度轮胎子午线的使用,使汽车轮胎减重10%。另一创新途径是在发动机连杆上,它设计用于连杆锻造后裂解加工工艺技术,装配具有非常好的配合面,重量减轻5%,降低了制造成本。

新日铁也对催化转换器载体进行了大量的改进工作,将薄膜提高到20~50μm厚,使排量达到最大,从而增强了发动机功率。

新日铁针对混合动力车开发出高规格电工钢,通过控制析出、织构增强以及表面性能改善,实现磁损降低。

该公司完全致力于服务汽车工业,其中一个例子就是从焦炉煤气(COG)中提取氢气来给燃料电池汽车供应燃料。COG含57%H2,利用COG中31%的甲烷进行重整反应来生产更多的氢气。

新日铁以年60000t的速度消耗废旧轮胎(日本废旧轮胎的6%),加入到转炉中。同时,还有一个轮胎汽化工厂,年处理能力为60000t。该工厂于2005年投入使用。

对报废汽车的回收再利用,新日铁不仅使用了切碎废料,也消耗废旧汽车残余物。在Nagoya和Yawata工厂运行氧气吹炼竖炉,该炉消耗的原料有碎物、焦炭和石灰。尾气被燃烧,并经布袋过滤器排放,从炉底出钢水和渣,当然CO2是被捕获的。

新日铁为汽车工业生产高品质的钢材,同时几乎全部利用了报废汽车,实现了闭环循环。 结论

铝工业和钢铁工业的终极目标是降低汽车重量,从而降低由汽车产生的温室气体排放。铝已经进入汽车制造领域,钢铁工业被这种袭击所刺激,做出极快的反应,进行协同计划,为汽车工业提供新的钢种与新的制造技术,来降低汽车重量。

混合材料和结构,如薄规格高强度钢内部用铝泡沫加强的材料,或全铝前白车身连接到仪表板的钢结构后方,是钢铝混合使用的方案,目前已被汽车工业接受,否则将转向使用塑料基材料,来达到降低重量

的目的。这类的金属混合解决方案不仅是汽车减重的需要,也是生产报废汽车可回收产品的需要。 空间限制将上述比较限制在乘用车上。铝工业可以申明,如果将铝用在轻型卡车上,不仅可以节省油耗,而且由于有效负载能力大(只要局部轴载允许),可减低运输总公里数。拖挂卡车一般在生命期内行驶120万km,每公斤铝替代钢,将减重0.85kg,从而在卡车生命期内减少29.1kg的CO2排放量。

<导报期号>=200742 <发表时间>=2007/11/06

<作者>=

<标题>=中冶连铸成功开发薄板连续高效特种镀涂机组 <导报分类>=0101;0104;0211 <关键词>=连铸

<正文>= 自1996年中国钢铁产量超过1亿t大关并跃居世界第一位后,我国钢铁产量已经连续11年保持着世界第一。但是钢材产量迅猛发展的同时,在薄板连续电镀涂层生产方面,国内仍不能自主提供电镀机组工艺设备和生产技术。

电镀锌钢板作为一种高品质的涂镀层板,在汽车制造领域和家用电器领域等应用十分普及,国内的几条高品质薄板连续电镀锌生产机组均从国外引进。为掌握电镀工艺设备及生产技术、开发新产品,中冶连铸技术工程股份有限公司历经一年半的研究、设计、制造、安装、调试,建设了一条1500mm薄板连续特种镀涂层生产试验机组,并于2006年12月28日电镀锌一次热试车成功。

在该生产线成功运行一年后,2007年10月21日中冶集团技术中心组织召开了“1500mm薄板连续高效特种镀涂生产试验机组”科技成果鉴定会。7名业内著名专家组成的鉴定委员会听取课题组介绍,并对该机组进行了现场考察。在经过认真讨论之后,鉴定委员会取得一致的鉴定意见:该机组的成功运行,填补了国内研发多功能带钢连续电镀生产线的空白,其工艺先进、设备布置紧凑,运行稳定,操作安全可靠、维护方便。该成果已经达到国际先进水平。

鉴定委员会认为,该机组从工艺流程、设备选型、自动控制、生产技术等各方面进行了全面系统地开发和创新。开发清洁生产工艺及其设备;采用了高效简单阳极电镀系统和电镀液自动更新系统,即保证了镀层质量,又实现了电镀液系统“零排放”。在整流柜布局上突破传统,使用了独特的结构布局。

该机组主要分为开卷段、预清洗段、清洗段、电镀段、镀后处理段和卷取段几大部分。主要设备有以下特点:

1、机电设备配置齐全,适应钢板厚度范围较大;

2、设置了拉矫机,该机组对板形的适应较好,易实现高效率的电镀;

3、预清洗段和清洗段具有强大的预处理能力,适应钢板电镀所要求的板面质量,具体工艺包括:预脱脂、电解脱脂、酸洗以及漂洗。

4、电镀段采用不可溶阳极的立式槽,最大使用电镀电流密度为每平方分米80安培,保证了多种镀层的高效电镀;

5、电镀液自动更新系统使该机组达到了环保机组的要求。

该系统包括:电镀液自动溶解配置系统、过滤系统和蒸发系统。电镀液自动溶解配置系统,可保证连续生产时的电镀液浓度稳定;过滤系统保证电镀液杂质颗粒被清除;蒸发系统保证电镀液成分的稳定和活性。

通过仪表自动检测,电镀系统实现了自动控制、自动更新、循环利用,保证了镀液长期稳定,无需更换,无废水排放,实现了镀液“零排放”。碱洗废气、酸废气,经洗涤塔吸收处理后达标排放。

6、镀后处理段设有涂层、烘烤、冷却等强大的后处理系统,保证了耐指纹板生产的各种镀层后处理的需要,同时还考虑了其它镀层需要的后处理设备和位置。

7、电镀段设有不同电镀液储存系统,用于实现不同镀层电镀的需要。

该机组为“一机多镀”机组,目前电镀锌耐指纹板的热试成功,将继续研究在薄板表面连续电镀锡、

铬、镍等其他单金属,铜基、锌基、镉基、锡基、镍基等合金镀层,以及镍基、锌基、银基等复合镀层的生产工艺。

8、本机组在整流柜与电镀槽的布局上突破国外技术,使用了独特结构布局,可以方便的实现双面镀层、双面差厚镀层、单面镀层。

9、该机组应用了中冶连铸自主研发的大功率整流柜。

稳定可靠的直流电源是电镀系统的基本保障。高速电镀生产对整流柜输出功率提出了更高的要求,同时要求发热量小。

公司组织科研力量,改变了传统的可控硅整流柜,成功地将高频开关电源技术应用在了连续电镀生产线上。

10、该机组全线主传动采用全数字,矢量变频调速系统,通过高速工业网络交换数据,调速精度高,动态性能好,控制响应快。全线设有7台张力计,各段张力采用张力闭环控制,控制精度可达千分之三。 该薄板连续高效特种镀涂生产试验机组为中冶连铸独立开发,并享有自主知识产权,不仅能提供带钢连续特种镀涂层机组,同时还能提供生产技术。它的热试成功,是中冶连铸板带处理技术发展的一个里程碑,它改变了在连续薄板电镀技术方面国内与国外不能竞争的历史。

<导报期号>=200742

<发表时间>=2007/11/06 <作者>=朱久发

<标题>=JFE汽车板发展战略 <导报分类>=0101;0104 <关键词>=汽车板

<正文>= JFE是由日本原NKK与川崎钢铁公司于2002年9月合并而成立的控股公司,2003年4月正式开始运作,是日本的第二大钢铁公司。JFE钢铁公司成立后,按地区对川崎钢铁公司和NKK的钢厂进行了重组,川崎钢铁公司千叶厂与NKK京滨厂重组为东日本钢铁厂,川崎钢铁公司仓敷厂与NKK福山厂重组为西日本钢铁厂,以便就近相互融合,提高企业的竞争力。JFE在汽车板领域的发展战略主要特点是对外技术合作、合资建厂、对内新建汽车板生产线和设备改造等,其中最突出的战略是与德国蒂森克虏伯公司共同开展的EVI项目。

1.技术合作战略

JFE与欧洲、北美的各大钢铁公司进行技术合作,在全球范围内发展其汽车板业务。 1.1积极开展EVI项目活动

自2002年以来,JFE一直与德国蒂森克虏伯在汽车用钢板方面紧密合作。这两家公司于2002年4月首次缔结汽车板领域及相关研究开发的技术合作协议。该协议包括:开发高抗拉性能的高强汽车钢板、表面涂层薄板以及提高钢的应用技术;蒂森克虏伯的CP钢和JFE的NanoHiten专利产品的交叉许可;JFE向蒂森克虏伯提供汽车用钢板的生产技术;两公司销售汽车板的标准化;

JFE向蒂森克虏伯提供原板;共同研究开发高强度钢板等。 2004年9月,蒂森克虏伯公司制造的激光拼焊钢板设备提供给JFE的附属公司(MizushimaKohanKogyo公司),激光拼焊钢板方面的研发工作目前仍在进行之中。

2005年,JFE钢铁公司与蒂森克虏伯集团又共同组建了JEVISE公司,新公司由双方各控股50%,总部设在日本东京。当前,随着汽车工业的发展,对于汽车轻型化、安全化以及节能化等提出了更高的要求,JFE钢铁公司与蒂森克虏伯集团将EVI(EVI为“EarlyVendorInvolvement”3个英文单词的首字母缩写形式,意思为“供应商早期介入”)作为双方合作的重点之一,随着双方在汽车零部件用钢生产领域积累了更多的经验和生产诀窍之后,最终成立了JEVISE公司。该公司的主要任务就是负责协调2家公司在汽车用钢业务方面的市场营销和技术交流,特别是2家公司针对汽车制造厂商而提出的EVI项目。

EVI项目实际上就是材料供应商介入下游用户的早期研发阶段,充分了解用户对原材料的性能要求,

从而为客户提供更高性能的材料以及更为个性化的服务。而具体到JFE钢铁公司与蒂森克虏伯集团,则是参与到日本汽车厂商和零部件供应商有关新车型新零部件的早期研发阶段,从而最终为客户提供高性能的激光拼焊板。

JFE钢铁研究所薄板加工技术研究部、焊接与强度研究部的人员约30人,主要从事面向汽车用户的EVI活动。2005年8月在钢铁研究所内开设了用于该活动的新设施———用户使用技术实验室,在约1000m2的空间内,展示开发的汽车用部件样品,将各汽车厂家的产品解体后分析金属材料的使用情况,并提出分析数据。召集汽车生产厂家的负责人,共同讨论汽车用新材料的开发与使用方法,并根据情况在实验室内进行材料试制等。

JFE认为,在产品越来越同质化的今天,追求差异化竞争是企业走出低层次同质化竞争的关键,应该说EVI是钢铁企业值得重点考虑的经营思维模式。通过EVI项目,钢铁企业和下游制造商建立了密不可分的合作伙伴关系,能够使钢铁企业在今后的产品营销中占领市场的制高点。过去钢铁企业细分市场做得十分不够,生产盲目跟随市场造成产品趋同,市场营销多是围绕着促销和推广,之后又延伸到销售渠道,特别是非常看重价格因素,因此,每到市场行情下滑时,企业之间的价格战就屡屡爆发。当然,钢材作为大宗基础原材料,其生产规模、成本价格对于钢铁企业的经营至关重要,但要想在市场竞争中立于不败之地,企业就必须不断提高自身的抗风险能力。EVI项目的开展,钢厂与下游用户零距离接触,明确用户的个性化消费需求,再根据需求研发,用技术生产个性化产品,避免产品和市场需求之间可能存在的脱节,摆脱同质化产品的恶性竞争,将营销真正有效结合到产品研发中去,已经成为未来企业提升核心竞争力的关键途径之一,进而达到上下游企业共赢的局面。 1.2继续加强汽车钢板业务合作,拓宽研发领域

2006年12月14日,日本JFE公司和德国蒂森克虏伯公司双方同意分别将汽车板领域及相关研究开发的技术合作协议再延长5年,即从2007年4月~2012年4月。作为该协议拓展的一部分,JFE同意向蒂森克虏伯提供其JAZ高润滑的高强度合金化热镀锌钢板专利技术的许可。这项环境友好型的技术使钢板具有优异的加压成型性能,双方计划在日本和欧洲建立这项技术的供应系统,并为在全球建立JAZ标准而努力。

1.2.1向汽车厂商供应润滑性优良的GA钢板

JFE钢铁公司已开发出适用于压铸成形的合金化熔融镀锌(GA)钢板JAZ(JFEAdvancedZinc),并且已开始向汽车厂商正式供货。通过对镀锌层表面进行改质,在钢板表面形成厚度为纳米级的表面改质层,减轻了与压铸模具的粘连性。

这种GA钢板系指先对钢板进行熔融镀锌处理,经过再加热,使镀锌层和铁形成合金的材料。通过形成合金层,能够降低与模具的摩擦阻力,因此具有良好的压铸成形特性。在汽车车身使用的防锈钢板方面,出于车身设计自由度和生产特性的考虑,对润滑性较高的GA钢板的需求正在不断增加。过去通常都是在GA钢板表面进行电镀或者形成一层磷酸盐或金属盐等润滑膜,而JAZ钢板不使用这种材料,也能防止钢板和压铸模具因摩擦而产生的粘连。

JAZ不同于现有的GA钢板,由于不含磷酸盐或重金属,环保性能更优越。另外,可焊性、粘合性、表面化学处理性和喷涂性均与现有GA钢板处于相同水平,适用于侧板、门板、车轮罩和挡泥板等不易成形的外板和内板。

该公司在东日本制铁所和西日本制铁所已经确立JAZ生产体制。在西日本钢铁所正在建设该产品的新生产线。此外,在中国的生产厂———广州JFE钢铁也将生产该品种的钢板。 1.2.2为汽车制造业提供创新技术服务

JFE十分重视创新技术开发服务,公司成立时,对其它部门均进行了精简,唯对科技开发部门进行了加强。JFE除成立技研公司(135人)从事基础研究和二甲醚的开发外,还成立了390人的钢铁研究所。下属按5个分厂成立的研发中心均围绕本厂的重点产品,以创新技术服务为方针,主动配合用户开发新产品、新技术,以提高产品的市场竞争力,其中以千叶分厂的用户服务试验室(CSL,CustomerServiceLaboratory)最为出色。


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