浦项制铁是世界上最具竞争力的钢铁企业之一,其发展战略是时时刻刻把创新思维融入企业的各项工作之中,不断进行自主创新,以确保技术领先优势和增强核心竞争力。为此,浦项制铁大力研发新一代低碳钢铁生产突破性技术和环保型高端钢材产品,同时还高度重视新能源技术开发,以寻找新的利润增长点,创新引领国际钢铁业发展的浦项制铁模式。

大力开发以减碳为特征的未来突破技术

浦项制铁通过加大低碳钢铁工艺技术的研发力度来提升企业未来的价值,确保新的成长动力。基于炼铁系统是耗能和CO2排放大户,浦项制铁将创新炼铁技术作为低碳发展的突破口,采取“两条腿走路”的方式,一方面持续改进被称为环境友好型炼铁工艺的FINEX(菲尼克斯)工业化生产技术,另一方面大力开发以减排CO2为特征的未来突破性技术。浦项制铁制定了3条技术路线以指导低碳钢铁工艺技术的中长期技术研发项目,一是低碳炼铁FINEX技术,二是全氢高炉炼铁技术,三是碳捕获与分离技术、利用废气热能发电技术。

低碳炼铁FINEX技术

目前,浦项制铁已有2座FINEX设备正在稳定运行,另有1座设计年产能为200万吨的FINEX设备尚在建设中。新建设备将原来的四级流化床改为三级流化床,使设计更紧凑,投资约减少15%。FINEX工艺相当于把高炉分成两段来操作,即把铁矿的还原与熔融分离开来,这样可以减小各自的冶炼负荷,熔融部分所承担的负荷只占高炉的30%左右。熔融气化炉风口循环区的温度比高炉风口循环区高,为2600℃~2800℃,炉底采用碳砖材质,侧壁采用高铝砖材质。FINEX工艺金属化率为50%,还原率为60%,其中一级流化床还原率为10%、二级为25%、三级为30%、四级为60%。采用FINEX工艺生产的铁水质量已达到高炉炼铁的水平,作业率和燃料消耗与高炉炼铁水平接近。FINEX设备最终还输出优质煤气,其发热值约为高炉煤气的2.3倍。此外,FINEX工艺还集成了CO2分离系统,便于未来采用碳捕获与储存技术(CCS)。

全氢高炉炼铁技术

浦项制铁全氢高炉冶炼技术与日本目前正在研究中的Course50项目类似,均是在高炉内使用一部分氢气替代焦煤对烧结矿进行还原,从而能够大幅度减少钢铁生产过程中CO2的排放。浦项制铁的短期目标是,利用钢铁生产过程中产生的副产气体制取可用于还原铁的氢气,中长期目标是开发出能够低成本大量制造高纯度氢气的技术。

碳捕获与分离技术

浦项制铁正致力于研发利用氨水吸收及分离高炉煤气中CO2的技术。此项技术利用钢厂产生的中低温废热作为吸收CO2所需的热能,从而降低成本。此项新技术的研发项目于2006年立项,并于2008年12月动工兴建首套中试设备,处理能力为50Nm3/h,CO2捕获效率能够达到90%以上,CO2浓度不低于95%。其兴建的第2套示范设备已于2010年开始运行,处理能力为1000Nm3/h,预计几年后该设备的CO2日捕获量有望达到10吨左右。

利用废热气发电技术

从轧钢工序二次加热炉烟道内排放出的烟气温度低于300℃,属于中低温热流。长期以来,此类烟气余热回收在技术上存在“瓶颈”,而且经济效益也不明显。浦项制铁开发出的烟气余热回收技术,利用热虹吸效应从烟气中回收热能并用于发电,并于2010年开始筹建烟气余热回收实验设备。

浦项制铁制定的3条技术路线分别满足中长期低碳钢铁生产需要。FINEX工艺相比传统高炉在低碳生产方面已具有优势,中期若与CO2捕获与储存技术结合,还将获得减排45%CO2的潜力。全氢高炉炼铁技术是能够将碳排放降至最低程度的长期技术,浦项制铁为这一技术路线设定的可行期限是2050年。

高度重视高附加值、环保型新产品研发

一直以来,浦项制铁高度重视高附加值新产品的研发,已经形成了优质汽车用钢、高级API钢材、400系列不锈钢、高级别电工钢、热成形钢、TMCP(新一代控轧控冷)钢、帘线钢和无铬热镀锌钢板等8大战略性产品的研发体系,优先发展超轻型高强度汽车用钢、高级别电工钢等高附加值产品。如今,浦项制铁高附加值产品比例高达60%以上、特别是世界顶级产品所占比例达到了17.8%。

超轻型高强度汽车用钢

汽车总重量减轻10%将使CO2排放量减少5%~8%。浦项制铁开发出的高强度汽车用钢板的抗拉强度大于590MPa,而厚度比中等强度钢板还薄,且能够在减轻车体总重量的同时保持强度。以一辆由高强度钢板生产的汽车每年行驶1.9万公里来计算,在10年间每吨高强度钢板实现CO2减排量将达到8吨。近年来,浦项制铁开发出的超轻型高强度汽车用钢新产品主要有:汽车立柱用1470MPa级超高强度TWIP(孪生诱发塑性)钢和AHSS(先进高强度)钢、汽车加固梁用980MPa级冷轧DP(双相)钢、汽车座椅框架用镁板、汽车发动机气门弹簧用2300MPa级线材。

高级别电工钢

浦项制铁开发出的高级别电工钢具有低铁损和高磁感强度的特点,可提高变压器、电动机的能效,其高级别晶粒取向和无取向电工钢板的铁损分别低于1.05W/kg和4.7W/kg。2010年,浦项制铁高级别电工钢板的产量为36.5万吨,在同类产品中比例约占37%。浦项制铁正在扩大高级别电工钢的生产,特别是增加用于变压器的晶粒取向电工钢的供应量,并开发拥有自主知识产权的混合动力汽车发动机用晶粒无取向电工钢新产品。

此外,浦项制铁2011年新开发出LED电视机用散热钢板、铋基易切削钢、高光泽度紫外线涂层钢板等33种高附加值产品,这使其世界顶级产品种类由99种增加到124种,所占比例达到17.8%。

将新能源技术开发作为未来发展动力

受韩国国内资源条件的制约,浦项制铁高度重视可再生能源开发项目,是全球最早涉足该领域的钢铁企业之一。正所谓早投资、早获益,目前浦项制铁的合成天然气、氢燃料电池、智能电网等可再生能源项目都已经获得突破,在风力发电方面也已建成20台风力发电机组,年总发电量达到9.83万兆瓦时。目前,浦项制铁共建有3座太阳能光伏发电站,总发电能力为5.5MW,并将以往需要焚烧和填埋的可燃性废弃物经过处理后用于发电,计划到2018年每年新增发电能力200MW,实现减排CO2116万吨。这些项目不仅环保效益佳,经济效益也非常可观,但难点在于对技术含量要求高、投资较大,且需要在前期进行大量的技术储备。

合成天然气

合成天然气(SNG)是将低价煤在高温高压下经气化、提纯及合成后生产出来的,其成分与液化天然气(LNG)相同,是一种未来能够替代LNG的清洁燃料。目前,全球只有美国投产了1套工业化生产设备,而日本正处于试验阶段。为了改变韩国LNG完全依赖进口的局面,韩国政府将SNG项目列为实现低碳绿色成长的重点扶持项目。浦项制铁正与韩国国内12家研究机构联合开发以煤为原料的SNG工艺设计技术、SNG合成工艺及催化剂等,计划到2013年建成年产能为50万吨的SNG工厂。

氢燃料电池

浦项制铁开发的氢燃料电池项目被认为是引领韩国经济发展的重大项目。与传统的发电方式不同,它是通过氢气与空气中的氧气发生电化学反应,将化学反应能直接转换成电能,发电效率比传统发电设施高出12%,且CO2减排效果明显。目前,浦项制铁已成功实现了氢燃料电池关键部件国产化,并完成年发电能力为100MW燃料电池示范工厂的建设,每年可供12万户居民用电。此外,浦项制铁在2012年开发出能够替代柴油发电的应急用燃料电池,以及可安装在住宅、公寓和办公楼等建筑物内部的专用燃料电池;2015年将推出用作大型船舶辅助动力的燃料电池,并投放市场。

智能电网

浦项制铁在韩国率先开展大容量储能用NaS蓄电池的研发工作,该产品是构建智能电网的核心部件。NaS电池是固体陶瓷电解质通过钠离子在阳极和阴极之间移动而完成充电和放电过程的电池。该电池能够储存大量的能量,其能量密度和使用寿命均优于锂电池,而且价格比锂电池还便宜,可广泛应用于大容量储能设施,能够将发电厂的电力储存并随时向外传输。2010年,浦项制铁首次在韩国成功开发出NaS电池,预计其使用寿命可达到15年以上,计划到2015年该产品将投放市场。

钢铁企业为了拓宽盈利途径、实现多元化发展,适度涉足新能源领域也不失为一种选择。尽管在很多人看来,风力发电不过是钢铁厂的一个绿色概念,需要10多年才能收回成本,但从长远看,清洁能源的使用是不可逆转的发展方向。然而,我国企业缺乏开展这方面工作的经验,因此在具体操作时应根据企业所在地区和国家的发展规划和需求确定研发方向。

总而言之,浦项制铁的成功经验在于:能够紧紧抓住低碳钢铁工艺技术创新这条主线,大力开发以减排CO2为明显特征的未来突破性技术,并带动高附加值新产品研发和新能源事业不断向前发展。浦项制铁在持续扩充韩国本部钢铁产能和扩大海外布局的同时,技术研发的重点已经完成了由第一阶段单纯追求提质降耗向以实现降本增效为目的的第二阶段过渡,当前正在实施以低碳生产为突出特点的创新型钢铁生产技术战略,同时把新的社会需求、新的技术领域与其工艺技术优势相结合,以高水平的研发为保障。这些都值得我们借鉴和学习。