浦项制铁的新技术.docx
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浦项制铁的新技术
浦项制铁的新技术
浦项钢铁公司成立于1968年，自成立以后开发了许多新技术，采用这些新技术显著提高了钢的质量，大幅度降低了钢的生产成本，浦项钢铁公司已提出了科技发展中期战略规划，以便进一步提高科技水平，确保竞争力，这个规划包含5个方面，对于各个方面，提出了关键指标来评估项目实现的程度，负责科研和开发的工程研究院主管这5个方面的各项科研工作。
科研开发方面投资为1.97亿美元，为年销售额的1.89%，计划几年以后把这个数提高到2.0%，科研管理部门的任务是扩大科研成果产业化，科研项目覆盖生产流程的各个方面，从炼铁到表面处理以及环保和能源，浦项钢铁公司在实现这个战略规划方面已取得较大进展，但仍需进一步加快科技进步，以便实现规划目标。
1前言
进入21世纪以后，浦项钢铁公司面临新的挑战，1995年WTO成立以后，自由贸易得到进一步发展，钢铁公司要在全球进行竞争，任何钢厂都可以不受限制进入任何市场，此外不断新建生产设备，使得全世界钢铁生产能力远大于市场需求，因此竞争更加激烈。
近几年数字技术和电子商务的发展对钢铁公司影响很大，为了适应电子商务和因特网这一新环境，钢铁公司开始采用因特网进行电子交易，从重视资本和劳力转变到重视人和知识资源。
此外我们生活在一个极其不稳定的环境中，一个地区的问题可能迅速成为全球性的问题，使得全球经济经常出人意料地产生动荡。
浦项钢铁公司在国内也面临新的挑战，2000年浦项钢铁公司从国有公司变成了上市的私人公司，不仅经理层发生了变化，企业文化也发生变化，公司现在的最高目标是让股东和顾客满意，商业经营要有透明度和公开度，此外由于其他钢铁企业进入市场，浦项钢铁公司竞争力减弱，由于目前的经济形势，浦项钢铁公司难以进一步扩大经营规模，钢铁业务基本饱和，规模已停止发展或正在减小，韩国经济处于停滞状态，发展新的业务风险大，新的机会不多。
这些新趋势使全球钢铁公司建立最新的生存战略，并迅速变化以适应新的管理体系。
虽然浦项钢铁公司在世界上是成本最有竞争力的公司，也不能例外。
为了应对将来的挑战和变化，浦项钢铁公司提出了中期科技发展战略规划，来进一步加强在产品成本方面的竞争力，选择了各种科研开发项目来提高产品质量和劳动生产率。
本文简要介绍了浦项钢铁公司科技发展现状，已开发技术和正在开发技术，此外，本文还总括了近年来科技发展方向。
2浦项钢铁公司的现状
浦项钢铁公司是韩国惟一的钢铁联合企业，1968年公司成立以来，公司产钢量和所生产钢种一直不断增加，2000年粗钢产量达到2770万t，1998年以来，浦项钢铁公司钢产量为世界第一或第二，生产各种钢种，如热轧卷，冷轧卷，镀锌镀锡板、硅钢、中厚板、线材，本公司不仅生产碳钢，也生产合金钢和不锈钢。
除了钢铁联合企业之外，本公司还有采用熔融还原-电炉炼钢-薄板坯连铸连轧生产线，生产碳钢和低合金钢，有不锈钢冶炼，精炼，冷轧，退火生产线。
浦项钢铁公司有两家制造厂，浦项厂和光阳厂，两家厂都装备了现代化的设备，采用了最新的技术，两家厂所生产的产品互相补充，浦项厂生产的各种钢，光阳厂只生产板材，本公司产品在韩国国内销售或出口海外，本公司产品成本低，竞争力强。
根据美国WSD（世界钢动态）公司报道，本公司所产热轧卷和冷轧卷成本分别为219美元和282美元，在全世界属于最低成本，低成本的原因在于建新设备时，投资少，高设备作业率，两家生产厂合理分工。
尽管本公司产品成本具有很强竞争力，我们一直致力于加强这一竞争力，提出了中期经营规划，以应对新的世纪全球经济的不确定性和国际贸易的巨大变化，技术进步是本公司经营规划的一个重要方面，因此本公司提出了科技发展规划，并细化执行计划以便实现公司的经营目标。
尽管浦项钢铁公司历史相对短，但生产现场和科研部门有训练有素的工程师，实验室具有现代化的设备。
此外，浦项钢铁公司、RIST（科技研究院）和POSTECH（浦项科技大学）三方合作，进行各种科研工作，中期科技发展规划的提出，能够充分利用现有的科研资源和各种条件。
3科技发展战略
3.1科技发展规划
现在科技的重要性比以前提高了，以前浦项靠低投资建设现代化设备，设备的高作业率和强有力的领导，取得生产成本低这一竞争优势，生产早期的许多技术是由设备制造商提供的，或由其他钢铁企业提供的，本公司不仅提高了这些技术，而且开发了新技术，因此本公司所采用的技术为世界上先进技术，然而面临新世纪的巨大变化，没有技术创新就不能进一步加强产品成本竞争力。
本公司提出了中期规划来推动科技进步，公司的目标是到2004年主要生产流程，技术应为世界最高水平，根据这一规划，在各个生产工序，提出了不同的科研项目，这包括下列五方面：
（1）高附加值、高质量钢种；
（2）降低生产成本；
（3）服务客户的应用技术；
（4）环保技术和产品；
（5）新一代创新技术。
在各个方面都提出了评估项目实现满意程度关键参数（KPP），每年都有KPP目标值，来引导科研人员进行科研工作，认真筛选科研项目，以保证项目有实际应用价值，见表1，一共提出了211个科研项目，有179个KPP值作为考核评估指标。
表1每年科研项目数及KPP数
内容ST-ⅠST-ⅡST-ⅢST-ⅣST-Ⅴ合计
KPP84518306179
项目数6471213421211
高附加值的高质量钢种：
最近开发了36个新钢种以后，浦项钢铁公司要在2004年前开发140个新的高质量钢种，把高质量钢的比例从39%提高到44%，期望开发34.8万t新市场，一共为此目的提出了64个科研项目，在光阳厂建4号连续热镀锌生产线，生产汽车涂层板，在浦项扩大铁水预处理能力，以便生产磷含量低于20×10-6的铁水。
降低生产成本：
采用过程自动化，提高劳动生产率，利用低质量原材料，提高设备寿命等，可以降低生产成本，为此目的提出了71个科研项目，把低档焦煤的比例从20%提高到40%，把转炉寿命提高1倍等都是值得一提的例子。
服务于客户的应用技术：
为汽车工业开发板材成型技术，如冲压、激光拼焊，薄壁易拉罐钢，钢结构房屋，钢桥梁，以及钢家具等，5年以后，钢结构的房屋数量有可能增加30倍，在这些方面提出了21个科研项目。
环保技术和产品：
由于国际环保标准越来越严格，需要开发新技术，开发脱硫技术把废气中的SOX的含量降低10%，提高清洁燃料的比例，如采用LNG，低硫重油，采取各种节能措施，把能耗降低7.5%，通过优化配料，减少炉渣数量，把废产品的回收率从93%提高到99%，为环保提出了34个科研项目。
新一代创新技术：
正在开发三项新技术，FINEX技术，薄带连铸技术和超细晶粒结构钢技术，FINEX是以100粉矿为原料的熔融还原技术，这个技术与COREX相比，成本低，更有利于环保，薄带连铸把液态钢水直接浇铸成2～5mm厚薄带，建立了一个中间试验装置来进行试验，将来准备建工业化不锈钢薄带连铸生产线，国家资助科研项目正在进行，主要是开发80kg／mm2级别的晶粒小于1μm的中厚板。
3.2科研管理
有三个科研管理部门：
浦项科技中心，RIST和POSTECH。
这3个部门相互配合，共同进行中期科研规划，每个部门从事自己的科研项目，3个部门有具体分工，浦项科技中心，主要从事与钢铁生产工艺和产品有关的科研，也从事服务客户的应用技术开发，RIST以前的研究工作是与现场有关的研究，如环保，节能等。
此外，RIST正在进行某些长期技术开发项目，如熔融还原，薄带连铸，POSTECH是一个大学，负责基础研究，提出创新想法，不仅在钢铁业，而且在其他领域也进行研究。
为了有效实现战略规划，把项目分成三个类型：
战略级项目、战术级项目和工程师级项目。
战略级项目由许多部门共同提出并由最高层管理。
战术性项目由生产部门或市场部门根据需要提出，主要是解决短期内问题。
工程师级项目，由现场工程师提出，并由他们来解决，主要处理他们日常生产所遇到的问题。
此外，还进行基础研究，基础研究费用占总科研费比例为25%。
为了实现这一中期科研规划，浦项钢铁公司今年科研经费投入为1.97亿美元，占总销售额的比例为1.89%，1998年科研投入突然降低，当年韩国发生经济危机，为了应对新世纪的挑战，科研投入又稳步增长上来。
今年将达1.89%，到2004年将提高到2.0%，大部分科研费不仅投入钢铁方面新技术开发，而且要在信息技术和遗传工程技术方面进行开发。
科研人员，生产厂和销售工程师之间的合作是实现成果产业化的关键，为此目的采取了一系列措施，如经常进行科研成果和新想法交流，高级研究人员对现场技术人员进行新技术培训，以便减小现场技术人员和科研人员之间技术差距，对于生产部门领导的考核中，要包括科技开发的指标，有利于推动科技成果产业化。
4近年来的科技开发
4.1上游工序
4.1.1炼铁
这个领域的研究工作主要是降低生产成本和环境保护，提高低质量的针铁矿比例以后，改善含有针铁矿烧结矿的质量是一个正在进行的研究内容，还需提高烧结厂的生产率，为高炉提高产量提供充足的烧结矿，为此进行了烧结生产的原料供应优化的课题，为了高炉寿命达到20年，开发防止炉壁过热和减少炉缸内耐火材料侵蚀的科研工作，高炉在线诊断系统正在开发中，这包括炉内温度分布，软熔带分布，炉缸内铁水高度等，为了提高喷煤比，正在开发高效喷枪和新的喷吹控制系统，新喷枪的设计将增加火焰温度和燃烧效率，由于环保要求提高了，要开发新技术来改善燃烧效率和提高废物回收率。
目前，正在开发的一个关键创新技术就是FINEX熔融还原技术，FINEX是COREX的改良，采用流态化床来进行粉矿的还原，FINEX技术的重要特点是直接采用粉矿，1995年以后，浦项公司就用COREX2000生产铁水。
COREX用煤和块矿或球团为原料，不需建焦化厂和烧结厂，是不同于高炉炼铁工艺，但COREX工艺要求入炉的铁矿块度在8～35mm，这是目前COREX不能与大高炉竞争的原因，FINEX工艺要消除COREX工艺对原料的限制，图6示出了FINEX与COREX设计概念对比，FINEX由3个流态化床还原器（R1，R2和R3）还有一个熔化炉，在R3里把细粉矿预热到还原温度，并进入R2进行预还原，最终还原在R1内进行，并生产出海绵铁（DRI），在热状态下把海绵铁加入到熔化炉，也在考虑再建一个溶化床，以便利用R3所产生废气的热量，熔化炉内煤的气化和冶金还应与COREX一样，一个每天产铁150t的FINEX装置正在试生产，以便评估这个设计的可行性，年产80万t铁水的FINEX工业化装置正在建设，如果这个装置运行好，到2007年还将建1台年产铁120万tFINEX装置。
4.1.2炼钢
在炼钢领域，生产高纯净度的钢水是一个重要目标，因此开发了铁水预处理技术和二次精炼技术，采用挡渣球或挡渣标来减少转炉出钢时候炉渣进入钢水包，新的气动挡渣装置的采用可以减少涡流的产生，从而把出钢时下渣量减少30%，优化钢包内和RH处理时炉渣的成分可以改善钢水的纯净度，开发了新的RH精炼技术，即RH-POSB（RH-浦项吹炼）技术，采用这个技术可以经济地生产超低碳钢，RH-POSB技术的特点是，在RH炉内侧面设计了2～4个特殊结构氧枪，采用这一技术以后，脱炭加速，生产率提高，温降减少，正在开发一个自冷喷枪以提高RH-POSB的处理能力。
开发了各种技术来降低炼钢工序的制造成本。
如拉碳法，低自由氧工艺，少渣工艺，提高炉龄等，拉碳法用来生产中、高碳钢，低自由氧工艺用来生产低碳钢，但基本想法相同，开发了精炼控制模型和操作控制系统，来合理控制炼钢过程，开发了转炉内喷粉技术，正在建设向转炉内喷吹粉尘和废弃物的技术，以增加废物循环利用率。
4.1.3连铸
开发技术来改善方坯和板坯表面和内部质量，为了改善板坯的纯净度，开发了浸入式水口密封技术和流场控制技术，采用高碱度保护渣，浸入式水口形状优化，电磁技术来改善铸坯的纯净度和减少缺陷，采用软压下技术和支承辊开口度调节技术来改善中心偏析，保护渣和二次冷却的优化对于减少表面缺陷很重要，正在采用电磁技术的浇钢技术来改善方坯表面质量，采用这一技术以后，振痕深度从0.6mm降到0.2mm，设计了新的浸入式水口，在连铸时产生旋流，正在开发这一技术，以便减少水口结瘤。
薄板坯连铸技术和薄带坯连铸技术是创新技术，采用这些技术可以部分减少热轧设备或全部取消热轧设备，1条年产180万t热轧卷生产线正在生产，并开发了应用于这条生产线的相应技术，最重要的是生产高表面质量薄板坯。
为此目的进行了结晶器结构优化，保护渣和水口结构优化，采用了电磁制动技术（EMBR）。
在浦项建立薄带连铸试验机，如图7所示，能生产卷重10t，宽1300mm，厚1.8～6.0mm的薄带，进行了大量试验，试生产奥氏体不锈钢带，为工业性试验装置，提供可行性研究。
试验发现，表面裂纹是个主要问题，经过大量试验和模型计算，找出了裂纹产生的原因，现已能够生产表面没有裂纹304奥氏体不锈钢薄带。
所生产薄带机械性能与传统工艺相同，晶粒度要细一些，各向异性小一些，耐腐能力相同或好一些，这一开发工作已告一段落。
4.2下游产品
4.2.1热轧卷
开发了各种高附加值产品来满足客户的要求，为汽车工业开发了80kg/mm2级贝氏体钢，用来生产汽车车轮和结构件、车箱框和集装箱，正在开发强度为国争光80～100kg/mm2的多相钢（TRIP），这种钢强度高，同时塑性好。
生产多相钢的关键是层流冷却段冷却控制，要求精确的在线3段冷却控制，才能确保获得在整个带长方向上均匀的微观组织，液压成型在汽车部件制造时越来越普及，要求钢有均匀延伸率，开发了高强度管线钢，用于寒冷地区输送油和天然气，优化炼钢和轧钢工艺，才能生产有很高低温韧性，抗氢裂纹（HIC）和抗硫应力裂纹（SSCC）管线钢。
生产高质量热轧板卷时，要求好的板型和尺寸精确度，为了降低板材厚度误差，开发了动态控制技术，如高速AGC技术（自动控制板厚技术）来控制板子头部和尾部的厚度。
此外，采用人头智能和神经网络技术，来开发动态控制技术，轧机装备有辊子交叉，弯曲和窜动技术，以改善板型，采用数学模型和测量技术来控制温度，变形抗力，以及辊子磨损，来提示设备控制效率，板材凸度已降低到20～30μm，高强度钢在长度和宽度方向强度有偏差是一个长期问题，采用基于物理冶金数学模型，进行在线控制，可以减少这个偏差，一个在线预测系统用来预测产品的微观组织和强度，采用DyPAD（动态过程/合金设计）系统可以根据从预测模型得出的信息改变轧制参数，以降低这一偏差。
4.2.2热轧中厚板
在中厚板轧机上装有加速冷却装置，采用控轧控冷技术（TMCP）生产高质量中厚板，降低钢的碳当量可以提高钢焊接性能和低温韧性，采用这一想法生产大量500MPa的结构钢，可以取消焊接前的预热，集装箱船变得越来越大，用来运输大量石油，要求高的焊接效率，要求开发满足快速焊接要求的厚板，建设海洋平台钢板，要求有很好抗断裂韧性，采用控轧控冷技术，可以生产HT60级别耐候钢，来取代高价格淬火退火钢，由于TMCP技术提高了钢的强度，建筑部门可以节省钢材，建筑工业所需另外钢种是耐火板和抗震板，新开发的耐火钢板，可以把耐火温度提高到700℃。
政府资助的一个科研项目正在进行，要开发把结构钢的强度提高1倍的技术，冶金原理是获得超细晶粒钢，要生产800MPa的钢，钢的晶粒度要达到lμm，如低温大压下量轧制，多轴向变形等，采用强磁场技术也正在考虑，夹杂物冶金也是获得细晶粒的措施，实验室试验表明，在AR3温度附近进行大压下量轧制，并进行快冷可以获得晶粒度小于1μm的细晶粒钢，把这一技术与其他技术一道采用，可能生产更细晶粒的钢，在大生产中实现这些技术，还需将来进一步开展工作。
4.2.3冷轧卷
汽车工业是冷轧卷的大客户，因此需不断开发新的钢种来提高燃料利用效率和部件加工性，IF钢有很好深冲性能，用来生产汽车结构件和汽车板，超级超深冲钢R值大于2.3已可以商业化生产，R值大于2.7的超深冲钢正在试生产阶段，为了改善钢的深冲性能，要降低钢中杂质含量，优化冷轧和退火工艺。
图9给出了不同IF的强度范围值，这些钢的强度提高是通过溶解硬化实现，尺值的提高是通过准确控制化学成分和微观组织来实现的，烘烤硬化是一个很吸引人的提高汽车用钢强度的一个技术，采用烘烤硬化钢已很流行，这样不仅减少冲压时的困难，同时也提高了抗凹坑强度，浦项钢铁公司已能生产35kg级烘烤硬化汽车板，通过烘烤硬化，强度可以提高30MPa，40kg级烘烤硬化钢正在试生产阶段，采用多相钢的机理，来生产超高强度钢，80～100kg/mm2级三相钢已生产出来了，120kg/mm2级的正在开发。
包装用钢也是冷轧产品重要部分，这种钢要与铝和塑料竞争，对于用于生产易拉罐的薄板，要开发降低各向异性的技术，改善抗冲裂性，二次冶金技术的新进展对于降低薄规格易拉罐钢冲废非常有用，0.245mm厚的T3镀锡板易拉罐已可商业化生产，正在开发厚度为0.220mmT4易拉罐钢，涂层板不仅要求有很好成形性能，还要求涂层附着性强。
含Ti和N的超低碳钢常用来生产这种钢，现在采用含Ti和S的钢来顶替，这个新钢种深层性能更好，生产电视机显像管用钢是高附加值钢，正在开发新钢种和新工艺来生产这种钢。
冷轧时厚度精确控制也是一个难题，开发相应数学模型，和采用人工智能控制技术以及采用精确测量技术，和增加平整机可控性，可以提高厚度控制水平，冷轧产品的表面质量是一个重要因素，采用新开发的表面质量检测系统可以自动检测表面质量，并把缺陷分类，这个系统由暗场摄像机，照明装置，明场照相机和计算机系统等组成，所开发的系统能在钢带运行速度900m/min时进行测量。
4.2.4涂层钢带
浦项公司连续热浸镀锌（CG），电镀锌和镀锡生产线及所生产的产品用于汽车工业，家用电器制造，建筑业和包装工业，连续热镀锌要开发的技术是提高表面质量，起皮、浮渣，黑点是热镀锌板常见表面缺陷，为了改善热镀锌产品的表面质量，开发了控制Zn熔池化学成分，流场和气刀条件等技术，对于热镀铝钢带，退火条件和熔池成分优化很重要，最近新建了一条连续热镀锌生产线，采用电解清洗，感应加热等技术，为汽车工业生产镀层钢带。
对于电镀涂层生产线来说，通常要镀多层和镀合金，汽车板现在用电镀Fe-Mn和Zn-Co复合层，并在外面涂有机层，最新的技术是钢带一面镀Zn，另一面镀Zn-Fe，镀Zn层作为汽车里面面板，防止穿孔腐蚀，镀Zn-Fe层作为汽车外面面板，防止化学腐蚀，焊接性好，涂漆性能好，现在开发镀Zn-Cr和Zn-Co新钢种，电镀层薄带大量用于铬化，磷化处理和涂聚合物，开发了新技术来满足用户对耐腐、涂漆性能、润滑和抗指印性能等要求。
最近开发了一种涂有无机层的抗指印的电镀板，这种新材料既有很好的焊接性能，又有很好的耐腐性能，由于表面处理使用有害元素如Pb和Cr，必须开发环保技术，开发了电镀Zn-Ni的涂层板替代Pb-Sn电镀板，也开发了环保型的镀锡板。
4.3环保和能源
4.3.1环保
铁工业一个最重要的问题是环境保护，因为钢铁工业不可避免地产生一些对环境有害的排放物，浦项钢铁公司在环保设备和技术方面作了大量投资，把有害排放物降到国际标准以下，因此浦项钢铁公司采用了清洁和绿色工厂这个口号，在排放气体中，SOx，NOx和恶臭是最有害物质，必须降得越低越好，已经开发了一种新的处理废气的技术，正在光阳厂建设工业装置，采用这个新技术，可以把废气中SOx，去除95%，NOx去除65%，HCI去除99%，另外必须要去除的有害气体是恶臭（dioxins），一种采用阳板氧化反应的方法，来把恶臭降到0.1ng以下，已建立了试验装置，要做长时间试验来完善这一装置。
4.3.2节能
节能也是保护环境的一个重要措施，回收使用能量，可以减少燃料消耗量，也可以减少CO2排放量，降低温室效应；另一个技术是回收浦项厂排出的高温气体，把废气中的热量用来发电，已建立了1MW的工业装置，去年投产以来，结果很好。
另一个项目是利用工厂排出的热水的热量，浦项公司现把这个热水用管道送到附近居民点作供暖热水用，3号和4号烧结厂的废气也用来加热热水，把热水温度提高到120℃，管道34km长，可以每小时提供50Gcal的热量。
5结论
全球范围内的钢铁生产能力过剩迫使全世界钢铁企业进入严酷的竞争环境，必须要开发新技术来降低成本和提高钢材质量，钢铁工业是资本密集型工业，需要大量设备投资，因此钢铁企业设备更新周期较长，然而这个周期近年已缩短，钢铁产品和自动控制技术的更新周期也缩短了。
汽车用钢是一个例子，现在新车型所用的一大半以上钢种都是近10年内开发出来的，将来这个趋势还要加快，如果钢铁工业不能开发新技术，生产新产品，钢铁工业就不能生存。
钢铁工业消耗大量燃料，全球变暖必须严肃面对，这个问题不只是工业内部的问题，必须要解决这个问题，因为其他材料如铝、钛、塑料、复合材料等是钢材竞争对手，他们要想取代钢材，钢铁企业要相互合作，才能生存，才能应对其他材料的竞争，由世界钢铁协会领导的，由全世界34个钢铁企业参加的超轻重量汽车（ULSAB）开发项目就是钢铁企业相互合作的一个尝试。
要努力扩大市场，要开发有新性能和新功能的新钢种，必须要面向客户。
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