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2019年日本钢铁工业发展综述
发布时间:2020/8/5 9:40:00  作者:天成宝管材

1日本钢铁业发展概况

1.1日本钢铁生产情况

2019年日本粗钢产量为9928万吨,同比下降4.8%,这也是自2009年以来,在经历2007-2008年金融危机后,日本年粗钢产量首次低于1亿吨(如图1)。按炉型划分,转炉钢产量为7498万吨(同比减少4.1%),电炉钢产量为2430万吨(同比减少6.9%),电炉钢产量占比达24.5%(比上年减少0.5%)。按钢种划分,普碳钢产量7560万吨(同比减少4.0%),特殊钢产量2368万吨(同比减少7.5%)。

自2018年以来,日本主要行业需求下降影响了粗钢产量。此外,由于较高的原材料价格与产品销售价格低迷,使得日本所有钢铁厂举步维艰。在这种环境下,2019年4月,原新日铁住金、日铁日新制钢等多家公司合并后,正式更名为日本制铁公司,并于2020年4月对钢厂实施重组,合并为6个工厂,旨在提高工厂效率,以重建其制造能力。目前,日本仅有三家综合钢铁制造商——日本制铁、JFE钢铁公司和神户制钢公司。

2019年日本各个公司不断促进海外发展和投资。日本制铁与安赛乐米塔尔已经共同完成对印度埃萨钢铁公司的收购。JFE钢铁决定与中国最大钢铁企业宝武钢铁集团旗下的特殊钢企业——广东韶钢松山股份公司成立合资公司,生产特殊钢棒钢。

2019年日本在信息技术方面以“人工智能”和“物联网”为代表取得进展。日本制铁推出具备超强计算能力、实施各种数据分析并应用AI的平台“NS-FIG?”,在其供应链和工程链中部署先进互联网技术。该平台采用先进IT技术,可对大量数据进行深度分析。

JFE钢铁公司2019年完成8座高炉人工智能化(AI)生产,使用AI进行分析并根据数据进行操作,从而实现提前12个小时预测高炉温度。

1.2日本钢铁下游产业用钢情况

1)土木工程

2019财年,日本土木工程建设钢材总需求量高于2018财年。由于政府的“国家弹性化”政策以及洪水、滑坡自然灾害后的恢复和重建,公立部门订单增加。而由于磁悬浮中央新干线的建设,以及在能源基础设施及信息通信领域的投资,私营部门土建工程也有望收到更多订单。

2)建筑

2019财年,日本租赁房屋建设和新房开工均有所减少。由于房屋尤其是公寓价格持续坚挺和库存不足的原因,待售房屋量也将下降。以工厂和商店为中心的非住宅建筑量下降,因此,整个建筑业钢铁消费量预计低于2018年。

3)造船

2019财年,鉴于全球船舶产能过剩仍未解决,加之2020年1月生效的SOx排放限制新规,导致船用燃料油成本的增加,新船建造需求并未增加。预计龙骨铺设量和钢材消耗量都将低于2018年。

4)汽车

2019财年日本国内汽车销量低于2018年。在整车出口方面,尽管全球汽车市场低迷,但是由于日本汽车制造商在北美和中国市场的不懈努力,日本汽车出口与上年持平。因此,2019年整车生产和钢材消费量都将低于2018年。

5)工业机械

2019财年日本国内工业机械生产活动内需坚挺,但外部需求低迷。在工程机械领域,国内需求强劲,但亚洲和澳大利亚对工程机械需求下降,迫使一些制造商停止生产。因而,日本工业机械整体业绩低于2018年。

6)电机

2019财年,智能手机市场增速放缓,由于Windows 7支持终止,个人计算机有强烈的更新换代需求。以工业电子为中心的工业用电子机械和电信机械也呈现高水平发展趋势。另一方面,由于海外经济增速放缓导致资本投资停滞,尤其是为了减少温室气体排放,燃煤火力发电厂项目审查更加严格,因此,重型电气设备需求减少。尽管对具有较高附加值产品的家用电气也有强烈的更新换代需求,但由于消费税提高以及上一财年较高的销量,这类产品需求会有所减少。因此,整个电机行业的钢消耗量低于2018年。

1.3日本钢铁需求预测

新冠肺炎疫情在全球的蔓延仍在持续,日本业内对未来经济和钢材需求的担忧与日俱增。尽管2019年的追加预算中包括13万亿日元的商业刺激措施,但对拉动内需效果甚微,因为积累了许多不利于商业环境的因素,包括消费税提高、工作方式改革等导致的收入降低,以及东京奥运会和残奥会的推迟举办,预计2020财年日本国内钢铁需求将连续第三年下降。

2钢铁行业的技术与装备

2.1日本钢铁工业的技术发展环境

近年来,物联网(IoT)、人工智能(AI)、传感器、生物识别认证和机器人等科学技术正在飞速发展,在日本制造业,目前正在加速利用这些成果进行技术开发。为了实现世界上第一个“超级智能社会”即“5.0社会”目标,日本的第五个科技基础计划,旨在通过确保科学技术成果渗透到所有领域和地区,来创造未来产业并实现社会转型。随着“信息空间”(网络)和“真实空间”(物理)的融合,并将延伸到“心理空间”(大脑等),网络空间中信息和数据的获取、集成、分析和平台化已变得至关重要。在这样的背景下,各大钢铁联合企业都在利用人工智能技术,在生产现场开展设备维护及产品研发等工作。

为应对全球气候变暖,日本铁钢联盟制定了一项关于2030年后的展望——“日本铁钢联盟减缓气候变化的长期愿景:对炼钢无碳排放的挑战”,旨在研究和开发革命性的新技术,而不是基于传统技术的改造。在此背景下,日本钢铁工业正稳步推进满足用户需求的产品,如具有高成形性超高强度钢的开发,同时,也继续考虑通过追求以不同材料组合为基础的新材料的研发。

2.2炼铁

2019年日本生铁产量为7491万吨,较2018年下降3.1%。截至2019年底,日本有25座高炉在产,与2018年相比,容积大于等于5000m3的高炉数量不变,为14座,平均日产量为1.80t/m3,比2018年低0.08 t/m3。

日本制铁于2020年2月关停了吴制铁所2号高炉;2021年9月底,计划关停吴制铁所1号高炉、1号和2号烧结厂;至2023年9月底,将关停吴制铁所所有生产设备;八幡制铁所小仓地区的高炉停运时间也从2021年3月底提前至2020年9月底左右。

在炼铁领域技术改造主要集中在老旧焦炉的维修等方面。2019年,日本制铁完成了君津厂5号焦炉A炉体的维修,以及室兰厂5号焦炉炉体更新。JFE钢铁公司正在进行西日本福山3号焦炉A和B炉组的炉体更新,并已完成西日本制铁所福山区3号烧结厂的扩建。此外,新日铁关停了和歌山厂5号高炉,并启动2号高炉。JFE钢铁公司宣布计划对西日本制铁所仓敷厂4号高炉停产改造,并计划在公司拥有的所有高炉中,引入高炉信息物理系统(BF Cyber-Physical System:CPS)。

2.3炼钢

新日铁宣布将在2021年9月底关停吴制铁所的炼钢设备,并将原定于2020财年底关停的八幡厂小仓地区炼钢设备提前至2020年9月。

新日铁八幡厂户畑地区新建的大方坯连铸机投产。JFE钢铁公司西日本制铁所(仓敷厂)新的连铸机正在建设中。

2018年全球原材料价格急剧上涨也影响了炼钢成本。中国严格的环境法规导致用作原料的氧化镁等原材料的供应减少,镁基耐火材料的价格从2017年开始上涨,由于全球经济增速放缓,其价格从2019年下半年开始下降,但仍处于较高水平。由于电炉炼钢石墨电极价格的上涨和用作原料的针状焦供应紧张,导致炼钢生产成本增加。

2.4钢材

2.4.1薄板

高强度钢板在汽车领域的应用正在不断扩展。日本制铁和JFE钢铁公司合作开发的1310MPa级高强钢首次被用于马自达汽车公司生产的新型汽车车身框架零部件。由于传统1310MPa级高强钢冲压成形性的限制,只能将其应用于保险杠零件。而新产品的开发通过解决冲压成形性的技术问题,可以将1310MPa级高强钢应用于车身框架零部件及生产尺寸更精确的零件。

JFE钢铁公司在“通过创新的微结构控制开发高强度/高成形性钢板生产线”项目中,通过控制钢中碳原子的分布,成功开发了兼具高强度和高成形性纳米级超细晶高强钢。

神户制钢开发出用于汽车框架的高强度热冲压镀锌钢板(淬火后强度达到1500MPa级),并已开始量产,此种材料通过镀锌处理,具有高耐蚀性,并提高了适用范围。

日本制铁开发了一种冲压方法制造高强钢(抗拉强度为980MPa或更高),可制成复杂的L形和T形几何形状的零件。该方法通过弯曲成形来减少成形所需要的材料伸长率,从而能够形成高强度钢板同时在高负荷下,施加辅助模压(垫)以限制钢板顶端的折皱。该方法的开发使得980MPa和1180MPa级的高强度钢板可以应用于制作车身框架部件,并在零件制造中,实现材料产量的大幅度提高(平均15%)。

JFE钢铁公司开发了多种汽车高强度钢应用技术,并将这些技术系统分成三大类,即针对车身的设计支持、零件成形和零件连接。在高强钢的成形方法、焊接方法等方面,可以为汽车制造商和零件制造商提供优化方案。

在其他板材产品中,日本制铁开发了一种具有优异表面硬度和疲劳强度的气体渗氮钢板,可用于汽车变速器(AT/CVT)部件的生产。

JFE公司通过高强度、高延展性制罐用钢板的批量生产,成功实现高强钢成形性的提高和厚度减薄;同时还开发了用于高速焊接罐的无锡钢,并成功实现量产,这也是世界上首次使用无锡钢生产饮料罐。

2.4.2钢管

日本制钢所(JSW)、日本制铁、高压昭和气缸三家公司共同开发的加氢站用新型钢制蓄能器,正式进入商业化生产阶段。与传统蓄能器相比,新产品在减轻重量的同时,提高了耐用性。该产品采用了由新日铁住金生产的耐99MPa高压氢气的高韧性和高强度兼备的大口径厚壁无缝钢管。

作为用于为燃料电池车辆提供燃料的高压氢站的材料,具有比传统材料高1.6倍的强度和出色的耐氢脆性,并且还是世界上第一种可焊接的不锈钢。自2013年开始销售以来,已在日本新建的固定式加氢站中被采用。

日本制钢所进行了蓄压器的总体设计,并将传统蓄压器的直筒上带盖结构,改为两端变窄的气瓶结构,大大减轻了重量,实现了成本的降低。而利用高压昭和气缸公司的大口径厚壁无缝钢管优秀的深冲加工部位锻造技术,实现了有着大开口直径的气瓶结构的深冲加工,该结构可进行内面缺陷的去除加工和内面检查,因此可确保高水平的安全性和可靠性。结合了三家公司技术,开发的新型钢制蓄能器的耐久性达到世界最高寿命。

日本制铁成功开发新型节能合金双相不锈钢无缝钢管,并已开始商业化生产。新开发的无缝钢管与之前新日铁不锈钢部门开发的省合金型双相不锈钢具有相同的化学成分(21Cr-2Ni-3Mn-Cu-N),与常见的SUS304(18Cr-8Ni)不锈钢相比,具有2倍的屈服强度和更高的耐腐蚀性。使用新开发的无缝钢管替代SUS304,能使壁厚减薄50%,并利用其高强度及高耐腐蚀性增加使用寿命。此外,新开发的不锈钢使用更少的合金,也有助于节约资源。

2.4.3厚板

日本制铁开发的高延展性和免涂漆高耐腐蚀钢板,首次同时应用于最先进的超大型原油运输船(ULCC)。新开发的高延展性钢板,比常规钢板的伸长率规定值高出50%以上,在碰撞时钢板优异的延展性具有更高的抵抗船体破裂和开裂的能力,能够抑制货物、燃油的流出,防止海洋污染。

法律规定油轮必须进行涂装或使用耐腐蚀钢作为应对油箱腐蚀的手段。日本制铁用于原油油轮的免涂漆高耐腐蚀钢板可以在货油舱中使用,而无需上漆,省略了涂装工序,减少了维护负担。自2007年开始全面接收订单以来,这些产品已被用于超过10艘油轮,总订单量超过3万吨。

JFE开发了额定输出功率为30kW的大功率真空激光焊接技术,并将其引入西日本制铁所厚板工厂的包覆钢板生产工序,以提高复合板的生产率。自2018财年该技术被引入实际生产过程以来,至今已经生产1.8万吨以上的复合钢板,并持续稳定运行。

JFE钢铁公司还开发了一种高耐盐大气腐蚀钢板,该钢板适用于空气中盐分含量较高的环境,具有出色的性价比。由于使用含有1%-3%的Ni而导致的高成本,一直是使用Ni型高耐大气腐蚀钢板的问题。为了解决这个问题,通过添加微量的耐蚀元素Sn和Nb,同时,继续减少Ni的添加量而不添加Cr,获得致密的保护性防锈层,成功确保了与常规含Ni型耐大气腐蚀钢相当良好的焊接性和耐腐蚀性。同时,还实现了优异的成本性能。

日本制铁开发了可替代SUS316系独有双相不锈钢(23Cr-5Ni-1Mo-N),改善了现有省合金的双相不锈钢的焊接性,获得了超过SUS316系列的耐腐蚀性能,机械性能优异,强度约为SUS316系的2倍(0.2%屈服极,限应力)。该钢不仅可用于原使用SUS316系的食品、药品存储罐等,还可用于临海地区水闸等基础设施。

2.4.4棒材和型材

JFE钢铁公司的变形凸缘H型钢被用于代替Yamba大坝上主体上水闸门墩钢筋混凝土(RC)结构中的主钢筋。这是首次用于除桥梁以外的其他结构中。迄今为止,该产品主要用于需要快速施工情况下代替桥梁的主钢筋。该产品的使用可提高抗震能力,为大地震做准备,并提高施工质量。通过热轧期间在H型钢外表面凸缘宽度方向上形成突出的横向结(线性形状),使该产品比普通H型钢具有更高的混凝土黏结性能。

JFE钢铁公司开发了超细珠光体组织用于重载铁路的高耐磨热处理钢轨SP3。该产品通过优化化学成分并采用JFE的在线热处理技术,来控制钢的微观组织,具有高耐磨性,抗疲劳性损坏和延展性。

日本制铁开发出用于超高强度桥梁电缆的环保型钢丝。该钢丝通过向钢成分中添加B来实现1960MPa级金属丝的高延展性,再结合包括在线熔盐浴热处理在内的高生产率,环保轧制工艺,日本制铁首次通过无铅热处理工艺,成功批量生产用于钢丝的高强度线棒材料。自2008年以来,已使用该技术生产出强度在1770-1960MPa级线棒材料,并被应用于许多斜拉桥和悬索桥中心跨度较大的桥梁。

2.4.5铁粉

JFE公司开发出一种用于粉末冶金的新型无镍合金钢粉,在网带炉中烧结状态下,即显示出800MPa级抗拉强度。通常,烧结部件大量采用的是成分为4%Ni、1.5%Cu、0.5%Mo的合金钢粉且在网带炉中进行烧结的材料,但采用这样的钢粉存在烧结后硬度差变大、切削性变差、加工费用增加,而且易于受镍价格波动影响等诸多问题。尽管通过对合金元素进行预合金化来降低粉末的可压缩性,但JFE公司开发的添加3%Cu、1.3%Mo的合金钢粉,通过控制生产工艺,成功地使其兼备高压缩性。本次开发的无镍合金钢粉,将应用到汽车零部件和工程机械零部件上。

2.5测量及控制系统

日本制铁开发出利用LED点阵投影法形状计用于高强度热轧钢板的高精度生产技术。作为这项技术的显著特征,新开发的形状计将高亮度LED光的点阵图案投射到温度近1000℃的钢带表面上明暗区域。尽管轧制会引起带材形状的瞬时变化,但开发的形状计可以处理该图案图像,以便在轧制过程中捕获带材的瞬时形状,从而可以高度精确地测量横向延伸率。与常规自动控制相比,相关缺陷减少了约30%,并且提高了高强度钢板的生产率和质量。

JFE钢铁公司开发了在线微小凹凸表面缺陷检测装置,该装置使用磁通量泄漏测试方法来检测由于轧辊缺陷而导致的钢板缺陷,以及由应变引起的磁特性变化。该方法在世界范围内首次实现了对钢带微小凹凸表面缺陷的自动化检测,从而实现稳定生产并提高高品质汽车钢板的生产率。

JFE钢铁公司正在促进在日本拥有和运营的8个高炉实施网络物理系统(CPS),通过在难以观察到的高炉中,部署大量传感器,能够监测到高炉炉内异常,及时进行规避操作等。使用AI进行分析并根据数据进行操作,从而实现提前8-12h得到预测结果。

2.6表征、分析

日本制铁研究团队首次成功在世界上最先进的SPring-8埃紧凑型自由电子激光器(SACLA)上,定量观察到马氏体钢在超快加热过程中位错的瞬时运动。对马氏体钢进行快速加热,可以避免加热中微观组织的回复和再结晶,可以通过无扩散相变,获得微细奥氏体组织。

2.7建筑与土木工程

JFE钢铁公司开发了可提高施工效率、省力化的钢筋混凝土造(SC)“帽型SC梁”。该技术是将薄钢板冷成形为Z型,并将两块Z型钢板组合形成“帽型钢”,只在内侧配置主筋后浇筑混凝土构成一体的梁构件。无需通常的RC梁断面所必需的箍筋和模板,可大幅减少现场配筋和模板安装、拆除的相关作业量。帽形SC梁在浇筑混凝土时,帽型钢起到模板的作用。且混凝土硬化后,形成RC梁与S梁的刚性和屈服强度共同发挥有效作用的结构。JFE钢铁公司开发的带有翼尖旋转穿透钢管桩是一种先进的施工方法,它可以实现低噪音低振动的施工、空间有限的现场施工以及低环境负荷的施工且无土壤或地下水污染。

2.8环境与能源

2019年6月日本政府内阁会议通过“基于巴黎协定的长期减排战略”, 提出了“可持续发展的能源环境新循环”计划。该计划旨在21世纪下半叶,尽早实现“脱碳社会”,并重申了到2050年前减少80%的温室气体排放。在工业领域,“脱碳制造”的提案包括使用不含二氧化碳的氢,例如“零碳钢”的理念。

COURSE50项目是NEDO项目中“环境协调型炼钢工艺技术的开发”的子项目,于2008财年启动。该项目旨在开发减少高炉产生的CO2排放量的技术和为防止全球变暖而产生的CO2分离回收技术。通过使用试验高炉,来验证高炉利用氢气减少CO2排放的可能性。在高炉CO2分离回收过程中,实现世界顶级的CO2回收工艺,利用创新技术,降低炼钢过程中的CO2排放量。

包括氢还原等工艺技术开发的COURSE50项目(第二阶段-第1步(2018-2022财年))于2018财年开始,第二阶段-第2步(2023-2025财年)将于2023年开始,与目前钢铁厂的总排放水平相比,该技术最终将使CO2减排量达到约30%。

2018财年研发成果是:1)高炉中利用氢气技术,针对将氢气作为焦炭的部分替代品,来还原铁矿石技术的实际应用,共进行了5次试验,确认了通过原料操作,从风口注入的氢气量对高炉操作的影响。还使用三维数值模型,对高炉中的反应进行了预测,并在增加氢气注入的条件下进行了试验操作;2)从高炉煤气中分离和回收CO2的技术,开发了一种高性能、低成本的混合溶液化学吸收液,并优化了操作条件,以进一步降低化学吸收法每吨CO2分离和回收能量。关于如何利用钢铁厂余热技术,研究了烟道气的性质和余热回收系统,旨在建设长时间保持热传递的热回收系统。

2019年10月,神户制钢Moka发电厂第一机组开始商业运行。该发电厂位于没有海啸风险的内陆地区,由东京燃气提供城市燃气,总发电量为1248MW (624kW×2组)。该工厂使用最先进的燃气轮机联合循环发电技术,拥有日本最高发电效率。该电厂第二机组也已于2020年3月开始运行。

3日本钢铁业的研发动向

2019财年启动的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)项目是“应对铁矿石日益劣化创新和集成的高品质炼钢工艺”。表1是日本钢铁业获得公共资金资助的、与钢铁有关的主要研究和技术开发项目,多数项目与工艺、环境、能源以及材料研发有关。

 
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