2.5測量及控制系統
日本制鐵開發出利用LED點陣投影法形狀計用于高強度熱軋鋼板的高精度生產技術。作為這項技術的顯著特征,新開發的形狀計將高亮度LED光的點陣圖案投射到溫度近1000℃的鋼帶表面上明暗區域。盡管軋制會引起帶材形狀的瞬時變化,但開發的形狀計可以處理該圖案圖像,以便在軋制過程中捕獲帶材的瞬時形狀,從而可以高度精確地測量橫向延伸率。與常規自動控制相比,相關缺陷減少了約30%,并且提高了高強度鋼板的生產率和質量。
JFE鋼鐵公司開發了在線微小凹凸表面缺陷檢測裝置,該裝置使用磁通量泄漏測試方法來檢測由于軋輥缺陷而導致的鋼板缺陷,以及由應變引起的磁特性變化。該方法在世界范圍內首次實現了對鋼帶微小凹凸表面缺陷的自動化檢測,從而實現穩定生產并提高高品質汽車鋼板的生產率。
JFE鋼鐵公司正在促進在日本擁有和運營的8個高爐實施網絡物理系統(CPS),通過在難以觀察到的高爐中,部署大量傳感器,能夠監測到高爐爐內異常,及時進行規避操作等。使用AI進行分析并根據數據進行操作,從而實現提前8-12h得到預測結果。
2.6表征、分析
日本制鐵研究團隊首次成功在世界上最先進的SPring-8埃緊湊型自由電子激光器(SACLA)上,定量觀察到馬氏體鋼在超快加熱過程中位錯的瞬時運動。對馬氏體鋼進行快速加熱,可以避免加熱中微觀組織的回復和再結晶,可以通過無擴散相變,獲得微細奧氏體組織。
2.7建筑與土木工程
JFE鋼鐵公司開發了可提高施工效率、省力化的鋼筋混凝土造(SC)"帽型SC梁"。該技術是將薄鋼板冷成形為Z型,并將兩塊Z型鋼板組合形成"帽型鋼",只在內側配置主筋后澆筑混凝土構成一體的梁構件。無需通常的RC梁斷面所必需的箍筋和模板,可大幅減少現場配筋和模板安裝、拆除的相關作業量。帽形SC梁在澆筑混凝土時,帽型鋼起到模板的作用。且混凝土硬化后,形成RC梁與S梁的剛性和屈服強度共同發揮有效作用的結構。JFE鋼鐵公司開發的帶有翼尖旋轉穿透鋼管樁是一種先進的施工方法,它可以實現低噪音低振動的施工、空間有限的現場施工以及低環境負荷的施工且無土壤或地下水污染。
2.8環境與能源
2019年6月日本政府內閣會議通過"基于巴黎協定的長期減排戰略", 提出了"可持續發展的能源環境新循環"計劃。該計劃旨在21世紀下半葉,盡早實現"脫碳社會",并重申了到2050年前減少80%的溫室氣體排放。在工業領域,"脫碳制造"的提案包括使用不含二氧化碳的氫,例如"零碳鋼"的理念。
COURSE50項目是NEDO項目中"環境協調型煉鋼工藝技術的開發"的子項目,于2008財年啟動。該項目旨在開發減少高爐產生的CO2排放量的技術和為防止全球變暖而產生的CO2分離回收技術。通過使用試驗高爐,來驗證高爐利用氫氣減少CO2排放的可能性。在高爐CO2分離回收過程中,實現世界頂級的CO2回收工藝,利用創新技術,降低煉鋼過程中的CO2排放量。
包括氫還原等工藝技術開發的COURSE50項目(第二階段-第1步(2018-2022財年))于2018財年開始,第二階段-第2步(2023-2025財年)將于2023年開始,與目前鋼鐵廠的總排放水平相比,該技術最終將使CO2減排量達到約30%。
2018財年研發成果是:1)高爐中利用氫氣技術,針對將氫氣作為焦炭的部分替代品,來還原鐵礦石技術的實際應用,共進行了5次試驗,確認了通過原料操作,從風口注入的氫氣量對高爐操作的影響。還使用三維數值模型,對高爐中的反應進行了預測,并在增加氫氣注入的條件下進行了試驗操作;2)從高爐煤氣中分離和回收CO2的技術,開發了一種高性能、低成本的混合溶液化學吸收液,并優化了操作條件,以進一步降低化學吸收法每噸CO2分離和回收能量。關于如何利用鋼鐵廠余熱技術,研究了煙道氣的性質和余熱回收系統,旨在建設長時間保持熱傳遞的熱回收系統。
2019年10月,神戶制鋼Moka發電廠第一機組開始商業運行。該發電廠位于沒有海嘯風險的內陸地區,由東京燃氣提供城市燃氣,總發電量為1248MW (624kW×2組)。該工廠使用最先進的燃氣輪機聯合循環發電技術,擁有日本最高發電效率。該電廠第二機組也已于2020年3月開始運行。
3日本鋼鐵業的研發動向
2019財年啟動的新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)項目是"應對鐵礦石日益劣化創新和集成的高品質煉鋼工藝"。表1是日本鋼鐵業獲得公共資金資助的、與鋼鐵有關的主要研究和技術開發項目,多數項目與工藝、環境、能源以及材料研發有關。(世界金屬導報)