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新技术可削减钢铁生产成本

  亨利·贝塞麦(Henry Bessemer)最广为人知的事迹是开发了大规模生产钢材的方法,不过,他其实是英国的一位多产发明家。在18世纪50年代的谢菲尔德,贝塞麦设计转炉,向铁水鼓入空气烧掉杂质,钢铁由此成为工业革命的原材料。可是,贝塞麦知道能做得更好,于是在1865年申请了专利,直接铸造钢带,而不是铸造大型铸锭,然后花费巨额投入用大型轧机再加热和成形。
 
  贝塞麦的想法是将钢水倒入两个反向旋转的水冷滚轴之间,两个滚轴就像轧布机一样,将金属挤压成片材。这个方法很巧妙,通过减少步骤节省时间和费用。可是,这个想法却很难实现,在商业化过程中遭弃用。
 
  那时的想法一直搁置到现在。生产技术和材料科学的进步,特别是新型高科技钢的发展,意味着贝塞麦的“双轴”理念得到了成功的应用。目前也正在尝试应用替代系统,该系统可将液态钢直接浇铸到单个水平移动带上。这两种技术能降低80%能源消耗——这是炼钢成本的大头,同时还能节省其它的操作和资本成本。如果这些新工艺成功了,炼钢技术将再次变革。
 
  滚动轴的神话。
 
  钢铁制造商对新技术持谨慎态度。直到20世纪60年代,该行业才从铸造铸锭发展到建造连铸钢的巨型综合设备水平。这种巨型综合设备通过无底模具浇注钢水,并在经过水冷却后进行部分凝固。然后,将钢通过一系列转轴下拉,形成钢板或是工厂和建筑企业需要的其它形状。如今,全世界生产的钢铁每年达到16亿吨,其中大多数是采用该工艺制造而成的。
 
  然而,连续铸造仍然需要大量的滚动次数,将铸板坯厚度从80-120mm降低至1-2mm,才能达到汽车制造商等生产商规定的要求。板坯厚度的任何差错都会导致钢的微观结构出现质量问题和缺陷。其中一个原因是无底模具必须振荡,以确保钢水不粘到其侧面。双轴和单带铸造的新技术实际上是“移动模具”,即当钢冷却和凝固时,轴和带与钢一起移动。因此,将板坯直接铸造到仅几毫米厚成为可能,此后仅需要最小的滚动轴。
 
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  英国华威大学下属的华威制造集团(Warwick Manufacturing Group)的钢铁专家克莱尔·戴维斯(Claire Davis)认为,新技术对于制造高价值特种钢有特殊贡献。戴维斯和她的团队正在开发新型高科技钢,特别是用于带铸造的高科技钢,包括比传统钢强度更大、重量更轻、柔性更强的高级低密度钢。
 
  美国钢铁公司巨头纽克钢铁公司(Nucor)采用贝塞麦所设想的双轴制钢工艺。该工艺被称为“带钢连铸工艺”,在纽克钢铁公司的两个工厂投入使用。双轴和带铸造的一个大优点是紧凑性。纽克认为,带钢连铸工厂只需要20公顷(50英亩)面积,每年仅生产50万吨钢材就能得到丰厚的投资回报。相比之下,传统的钢铁厂面积可能超过2000公顷,每年生产约400万吨才能获利。
 
  有一些企业也授权使用带钢连铸铸造工艺。沙钢是中国的一家大型钢铁企业,正在用新技术取代能源效率较低的设备。以下数据也足以鼓励其它企业进行尝试:阿尔比恩钢铁厂(Albion Steel)正在与投资者讨论在英国建造一座价值3亿英镑(约合3.7亿美元)的带钢连铸工厂。阿尔比恩公司的创始人之一托尼·毕打(Tony Pedder)表示,该工厂将由一家低成本的小型轧机“支撑”,该轧机熔化废钢并生产主要用于建筑行业的镀锌用钢。毕打是工程企业谢菲尔德锻造公司(Sheffield Forgemasters)的董事长,也是英国钢铁公司(后更名为Corus)的前老板。英国有过剩的废料,却要进口镀锌钢。该工厂将仅雇用约250人,而传统的集成操作需要1000人左右。“我们相信这项技术,“毕打说道,“在我们看来,它已经通过了实践检验。”
 
  德国钢铁公司萨尔茨吉特(Salzgitter)于2012年在汉诺威附近的派内(Peine)设立了第一家专用台商用单皮带机企业。该公司起初生产建筑钢,后来生产多种特钢。该技术倡导者之一、加拿大麦吉尔大学(Roderick Guthrie of McGill University)的罗德里克·格斯里(Roderick Guthrie)透露,关键在于保持水冷带完全平坦。萨尔茨吉特是将皮带的空间保持真空状态来实现这种状态,而格斯里在大学的试验工厂使用强磁铁获得了同样的效果。他的研究小组正与包括一家大型汽车制造商在内的多家企业合作。格斯里认为,虽然双轴铸造受到滚动轴的尺寸等实际限制,但水平单带铸造受限较少。
 
  这些技术可能最终是互补的。技术空间高效、成本较低,因此,生产地可以更靠近客户。格斯里认为,将此类大型设备与汽车工厂整合并非不可想象。他说:“如果我们能够确保生产出来的钢铁质量与大型铸造厂一样好,这项新技术将改变钢铁行业的面貌。”新技术可能只是向旧式产业鼓入一定量的新鲜空气,就像贝塞麦转炉150年前所做的那样。