为优质钢生产服务的中国铁合金工业

为优质钢生产服务的中国铁合金工业 为优质钢生产服务的中国铁合金工业 2002年第1期 总第162期 铁台金 FERRO-ALLoYS 2002N口l T0L162 为优质钢生产服务的中国铁合金工业 杨志忠 {钢铁研究总院 蒋伯群 北京100081) 摘要简要介绍了中国铁台盒工业发肥概况,以及铁台盘工业为炼钢工艺的技术发展与进步,钢质的提高和 品种的发展提供产品服务的工作进展. 关键词铁台金工业优质钢特殊钢 中图分类号TF662文献标识码c文章编号100I—I943(2002)0I一0034—07 CHINESEFERR0ALL0YINDUSTRYSERVING HIGHOUALITYSTEELPR0DUCT10N YangZhizhongjiangBoqun (CenhalI&SResearch[nstilute.Beijing10008I} Abstract1esurveyofferrmdloyindust~'deve]opmemiuChinais.1nenyintroduced豁wellasthep肿gofkf】一 JoyindustryJrtthefieldofimprovi~lgsteehnakingoperation.inert&singsteelqna]itya nddevelopingsteelgrades Keywordsfe~oalloyindustry',highqualilysteelspecialsteel 1铁合金工业的发展概况 1.1铁合金生产与出口 我罔在经济年代.铁合金与钢铁工业获得 同步发展,较好地满足了钢产量增加,钢质量提高 和品种发展的需要.近十年间由于地方中小铁合金 企业的发展,铁合金产量增长远远超过了钢产量增 长的需要.目前中国铁合叠工业的生产能力已接近 600万t/a,近几年的铁合金产量,约在360,410万 t锕铁工业等工业部门年需各类铁合金约在250, 280万t左右,每年约有9O,13O万t的铁合金出 口,铁合金生产量和出口量变化列于表I 1.2铁合金生产的产品结构 在铁合金产品中,锰系铁音金产量最高,约占 表1铁台金生产量和出口量变化万t/a 铁台金产量的46%.1996,I997年分别达到了l92 玎1和I94万t.其中锰硅台金在锰系铁合金中所占 的比例最大,达到40%,44%:具有中国发展特色 I锰矿品位低,焦炭价格低等条件所致)的高炉锰 铁,近圳的年产量在45,49万t,占铁合金总产量的 l1%,I5%,占锰系铁合金产量的23%,26%. 单一产品产量最高的铁合金当属硅铁,1996, 1997年产量分别达到了1O9万t和1246万t,其中 绝大部分是75硅铁 铬系铁合金正常年产置在4O,45万t,约占铁 台金总产量的12%,13%.当国际市场需求量大, 价格较好时,来料加工数量增加,铅系铁合金产量 会有较大幅度提高.1996,1997年铬系铁合金产量 分别达到55万t和59万t. 作者简介扬志忠男,63岁,教授级高级师.1964年毕业于东北大学理学系.现为 中国金属学会铁台金专业委员会秘书 长. 收稿日期2001.10.08 第1期杨志忠等为优质钢生产服务的中国铁台金工业 特种铁合金的钼铁,钒铁,钨铁,金属铬等,以 及硅钙,硅铝,硅钡铝等多元复合铁合金的产量约 在15,25万t,占铁合金总产量的4%左右 我国合金钢(包括产量占绝大份额的不锈钢) 的生产数量少,应用水平不高以及进口钢材的冲 击,也是造成我国铬系铁合金和特种铁合金产量, 生产水平偏低的原因之一以1997年为例,我国铁 合金主要品种的产量列于表2. 表21997年我国主要品种铁台金产量万 1.3出口铁合金的数量结构 正常情况下,我国年出口铁合金的数量在100 万t左右,其中硅铁为2O,35万t,锰系铁合金为 4{】,45万t(锰硅合金占75%,80%,高碳锰铁约占 20%),铬系铁合金约为10,15万t,其他铁合金产 品(特种铁合金和复合铁合金)年出El量为15万t. 1996,1999年铁合金出口状况见表3 1.4铁合金工业力图搞好质量和品种服务 近几年,我国钢铁生产企业生产工艺不断刨新 和开展装备技术改造,使得钢材产品质量提高,品 种不断发展,钢产量连续四年超亿吨且仍在继续增 长,钢铁产品步人了买方市场.中国的铁合金工业 较钢铁产品超前十年步人买方市场,其原因是铁合 金生产量远大于市场需求,造成业之间的产品竞争 异常激烈和效益下滑. 不少铁合金生产厂家已认识到,铁合金行业不 能单纯追求数量来满足炼钢工业发展的需求,更应注 意从冶炼工艺,品种开发和质量提高等方面着手+提 高产品的技术档次,以稳定自己经济效益.首先是重 点合金厂家行动起来了,并且取得了较好成效.已有 表31996,1999年铁台金出口状况万t 硅铁 高碳锰铁II.05 中低碳锰铁6.20 锰硅台金36.60 高碳铬铁83I 中低铬铁497 硅铬合金311 钼铁122 钨铁+硅钨铁007 钒铁0.15 钛铁0.04 金属铬,锰等7.12 总计103.63 12O6 1oo 2977 6.56 3.65 407 317 0.33+O03 O23 O09 842 960O 11.2O 1.O3 29.85 496 242 l75 380 041 021 0.08 5.69 9640 很多优质铁合金品种推向了市场,供钢厂选择使用. 目前,只要炼钢厂家提出某种铁合金的化学成分, 质量水平,性能和物理状态的产品要求,铁合金生 产厂家特别是工艺技术水平提高,装备条件较完备 的重点生产厂家,几乎均可满足钢厂的要求同时. 钢厂也应为购买质量优良,品种特殊的铁合金商品 支付合理的价格,为铁合金企业提供一个生存与发 展空间 2铁台金工业应满足钢材产品质量水平不 断提高的技术要求 随着科学技术的发展,国民经济各部门对钢材 不断地提出日益苛刻的技术要求对普通钢而言会 向钢厂提出"钢材产品的化学成分,机械性能相对 稳定"的质量要求.不难理解,铁合金产品的质量好 坏(如化学成分的波动大小,物理形态的变化,夹渣 物多少等)均可造成钢水化学成分的变动. 钢厂特别是那些大型名牌企业会从自己的产 品质量信誉出发,从相对固定的供货渠道购进铁合 金产品那些生产组织管理比较正规,技术条件较 好,装备容量较大的企业,其铁合金产品的化学成 分波动较小,质量相对较有保证. 2.1要以提高钢质量为己任 钢的洁净化是一种发展趋势.纯净钢中的S,P, 夹杂物和气体含量的总和应小于100×l0,.钢水 的脱氧与合金化,通常是在炼钢的最后阶段或是在 冶炼终了时将铁合金加人钢水的.尽管铁合金使用 量有时不算太多,但对钢质的影响是非常重要的, 弛帅吣阳坤姐 c;0? ? j6?铁台金2002正 有时是致命的.铁台金厂家应适应钢厂用户对产品 的质量要求,精心选择适用的原料,采用合理的工 艺路线和技术手段对铁合金产品进行纯净化处理, 以保证铁合金商品的质量. 为向轴承钢生产厂家提供满意的合金化产品, 上海申佳铁合金有限公司通过精选原料和改进生 产工艺的技术攻关,研制成含量低于0.05%的 高碳铬铁.吉林铁台金股份有限公司生产的s,P含 量极低的超纯微碳铬铁,其s,P含量可分别达到? 0005%和?0.02%的质量水平,可部分替代金属 铬冶炼不锈钢和精密台金.它们既为用户保证产品 质量,又为用户降低成本做了贡献,还为自己赢得 了市场和效益.铁台金生产工艺技术,有时对锕厂 的产品质量能够起到决定性作用. 2.2钢厂与铁合金之间的质量合作 钢厂根据钢材产品的质量水平,通过订货 对铁合金产品的化学成分,物理状态和夹渣等条件 进行约定.铁合金企业也应严格按台同要求提供适 当质量水平的合金产品,协助钢厂生产的产品满足 用户订货的质量要求. 3为炼钢工艺的技术进步.提供适用的铁 合金产品 铁台金的发展须适应炼钢工艺的技术发展,并 从中寻求工艺技术的发展和铁台金产品的定位. 钢水连续铸锭技术获得工业应用后,用铝脱氧 时的脱氧产物Al0容易造成钢包水口结瘤.为了 解决这一技术难题,硅钙,硅铝铁,硅钡铝及硅钙钡 铝等铁合金应用于钢水终脱氧,较好地解决了水口 结瘤问题,使连铸技术得到了较大发展. 采用惰性气体喷吹硅钙台金粉剂对钢水包中 的钢水进行脱氧,脱硫精炼处理时,出现了钢水表面 易于增氮的技术问题.向钢水包喂硅钙台金芯线技 术的使用,有效地克服了增氮的难题.这样既提高了 台金的利用率,减少了台金消耗量,又较圆满地实现 了钢水精炼处理的目的.台金芯线技术的出现,又为 合金加人量少,烧损严重或收得率不稳定的硼铁,钛 铣,铌铁,钒铁及稀土铁合金等合金剂的使用带来了 变革.向钢水包喂台金芯线的技术,既节省了合金用 量,又提高了钢水台金化时的命中率. 钢铁工业发展的进展表明,既有铁台金依赖炼 钢生产技术的发展获得发展的一面,又存在紧密地 为炼钢工业生产服务的一面. 4铁合金为提高钢质和增加品种服务 4.1钢质的提高,品的发展为铁合金生产提出 新问题 我国钢铁生产的工艺技术和装备与先进工艺 国家还存在明显的差距.我国汽车工业用钢板,冷 扎薄板,镀锌板,不锈钢板,冷轧硅锕片,管丝钢板, 造船板,镀锡板,家电用钢板,石油钢管等高附加值 钢材年进口量都在1000万t以上,每年耗用外汇 15,20亿美元.这一点与钢铁工业的生产工艺和技 术装备的落后有着直接关系,还与钢质的纯净度差 有着内在联系.应该清醒地看到,上述影响钢质的 因素中也与铁合金产品的质量有关系铁合金生产 厂家有义务根据订货合同为钢厂用户提供质量合 格的铁合金商品. 与非台金钢比较,合金钢具有较好的强韧性, 抗疲劳性,比强度,比刚度,淬透性,耐磨性,不锈 性,耐低温性等一系列特殊性能.建筑结构钢,机械 结构锕(台金结构钢,弹簧锕,轴承钢)合金工具锕 以及特殊性能钢(不锈钢,耐热钢,无磁钢)等类台 金钢,其主要合金元素是由铁合金添人的.铁台金 品种和质量状况应引起炼钢,材料研究和铁台金技 术专家的共同关注.目前,中国的台金钢的一般比 例在5%,6%,低于工业发达国家lO%,15%的水 平.但随着钢铁工业的发展,生产工艺技术的进步 及台金钢应用比例的提高,特种铁台金的生产与使 用量将会大幅度增加,不难理解,台金钢的生产和 应用与铁台金的生产,尤其是特种铁台金的生产存 在着密切关系以较贵重元素为主要特征的特种铁 合金的品种和质量水平存在着较大的发展空间 4.2优质的特种铁合金的发展现状 4.2.1普钢用铁台金 生产普通钢材使用的常规脱氧剂,台金剂有高 碳,中碳锰铁,锰硅合金和硅铁等.这类台金的产量 远大于国内需要,每年均有近百万吨的出口.生产 常规铁合金的不少企业的技术装备条件较其它铁 合金生产大国明显落后,环境质量不好,生产效率 低下.但国内铁台金生产工艺技术水平和消耗并不 比国外差.在电力价格相对较高的条件下,国内铁 合金的生产成本仍然相对较低,在国际市场有较好 的竞争力. 第1期杨志忠等为优质钢生产服务的中国铁台金工业 4.2.2纯净铁合金 为适应合金钢和部分非合金钢的质量提高和 洁净化的生产需要,铁合金生产厂家近年来以自主 的工艺开发为主,为钢厂用户研制,生产出了纯净 硅铁,超低碳硅铁,低碳,低磷的纯净锰铁,纯净锰 硅合金,低钛,低磷的高碳铬铁,高纯净的微碳铬铁 和硅铬合金等特种铁合金产品,并已成功地用于特 殊钢的生产,推动了合金钢质量水=平的提高和品种 的发展 4.2.2.1纯净硅铁 一 般75硅铁,其含铝量在l_5%,2.5%.目前 经科研单位,高校与铁合金厂的合作,采用炉外精 炼技术,生产出含铝量(%)在低于2.0,1.5,1.0, O.5,O.3,O.1等品级的低铝硅铁. 遵义铁合金(集团)股份有限公司可以为钢厂用 户批量提供实物范围(%)如下的低碳低铝硅铁,si 75,76,A1<0.】,Ca<0.05,C<0015.也可提供 含A1<0.05%.0.1%,05%.0.8%硅铁系列产 品.目前,一些拥有3.2,6MVA矿热电炉的生产厂 家为武钢,宝钢,太钢等特钢企业提供纯净硅铁和低 碳,低铝硅铁.遵义铁合金公司拥有50MVA的硅铁 电炉,每次出铁量都在8,10t左右.这样的铁水包 最适合生产纯净硅铁和超低碳硅铁,且成分稳定硅 铁质量高. 纯净硅铁,最广泛地用于电工钢的生产,其中 以用于生产冷轧硅钢片的硅铁质量要求最为苛 刻.有关的纯净硅铁成分列于表4. 4.2.2.2纯净锰硅合金 表4纯净硅铁的化学成分% 纯净锰硅合金,其特点是C,P含量低,Nn+si 的主元素总量高于普通锰硅合金.可以用纯净锰硅 合金代替硅铁和低碳锰铁的使用该合金的化学成 分列于表5 表5纯净锰硅台金的化学成分% 4.2.2.3超低碳低硫纯净锰铁 遵义铁合金公司根据用户的需要生产含C< 0.】%(也可以生产含C<0.o5%)的纯净锰铁,其 硅,硫含量比l金属锰的标准还低很多.可以用该 合金替代金属锰.纯净锰铁化学成分见表6. 4.2.2.4超纯铬铁 吉林铁合金股份公司采用先进工艺生产的超 纯铬铁,合金中的c,S,P及N,H,0等有害元素,气 体含量均很低,其表面光洁,组织致密 该合金可用于生产不锈钢,也可部分替代金属 铬生产精密合金,能大幅度降低合金的生产成本. 超纯微碳铬铁的化学成分列于表7. 4.2.2.5超微碳铬铁 上海申佳,吉林铁合金公司生产的超微碳铬铁 的化学成分列于表8. 4.2.2.6低钛,低磷铬铁 上海厂,吉林厂通过优选原料和冶炼工艺技术 开发生产的低钛,低磷高碳铬铁,特别是申佳的低 n高碳铬铁的含.ri量远低于瑞典轴承钢使用的高 碳铬铁,颇受特钢厂欢迎,成为抢手货.该合金化学 成分列于表9. 4.2.2.7低磷,低碳硅铬合金 该合金硅,铬含量高,有害杂质元素C,P含量 低.炼钢时可替代微碳铬铁和硅铁,s利用率高,可 降低炼钢成本该合金用于炼钢的脱氧剂,合金剂 和铸造孕育剂,其化学成分列于表10. 4.2.3特殊铁合金 4.2.3.】钙铝合金芯线 十年前,钢研总院研究开发成功含Ca30%, 70%的钙铝合金.目前用金属钙制成钝化钙粉剂已 38'铁台金2002年 CC]'Cr?63.00.148.0 FeCr55Cl0O0Ti3 FeCr55C1000%5?600 FeCr55Cl000Ti10 0.03 ?52.00.0510.0 0l0 FeCr55C1000P?60.0?52.0100 3.0 J0 20 0O2003 004 O.025 004 0.10O.20 0.04 表l0低P,C硅铬台金化学成分%成为现实钝化的金属钙粉粒与金属铝粉粒按一定 比例混合后,再包制成合金芯线,用于优质钢种的 精炼.这种钙铝合金芯线可以对钢液进行深度的脱 氧,脱硫和脱磷,其产物易于上浮去除.根据冶炼钢 种要求可以包制各种比例的合金芯线,Ca/A1可从 第1期桶志忠等为优质钢生产服务的中国铁台金工业 2/8到5/5.该种台金芯线的有害杂质极少,对钢水 污染量可以降到很低. 如果一些重要的钢铁公司有意开发此项技术,钢 研总院可以提供相关内容的技术支持和协助. 4.2.3.2硅钡铝及硅钙钡铝合金 硅钡铝及硅钙钡铝台金是工艺性能良好的终 脱氧剂,钢中夹杂明显降低.利用其对钢水进行脱 氧时,钡具有强的脱氧,脱硫及细化晶粒的效果上 述合金的化学成分见表11. 4.2.3.3高氮铬铁 表11硅钙钡铝,硅钡铝台金化学成分% 高氦铬铁是用于冶炼大型发电机用超高强度 护环钢,阀门锕,优质轴承钢和耐热钢的台金添加 剂.具有N含量高,杂质含量低和氮的利用率高等 特点.其化学成分列于表12. 4.23.4氮化锰铁 氮化锰铁主要用于钢中的N的添加剂,能提高 钢的强度,细化晶粒,稳定奥氏体.恢台金的化学成 分列于表13. 4.23.5氮化金属锰 氮化金属锰用作N和Mn的添加剂.冶炼不锈 钢,高强度钢,耐热钢时,可提高钢的强度,细化晶 粒,改善加工性能.该台金的化学成分见表14. 42.3.6低铝硼铁和镍硼台金 由钢研总院与辽阳铁合金公司共同开发的低 铝硼铁,是生产非晶态台金材料理想的台金添加 剂.精制的低铝低碳硼铁还是生产钕铁硼磁性合金 材料的合金添加剂.该台金的化学成分列于表15. 镍硼合金是冶炼特殊钢和特殊台金的合金添 加剂,用于增强台金的强度和耐蚀性,也可用于含 镍合金的脱氧处理.该合金的化学成分列于表16. 4.2.3.7高钒铁和氮化钒台金 由攀钢开发研制和生产的高钒铁(FeV80)和氮 表l2高氮铬铁的化学成分% 40?铁台金2002年 氮化钒7929l2.4843602000096?0.00510.0200+0590193 FeV80781O,81.30007,0l2070一l090.026,00360009,00l8025,0.33020,1.48 化钒合金是生产低合金高强度钢的合金添加剂.氮 化钒的使用可有效地提高钢的强度,是生产?级 钢筋的最有效的合金添加剂,可减少合金用量.高 钒铁和氮化硼合金的化学成分列于表17. 4.3铁台金的台理使用 4.3.1偏高的铁合金消耗 我国铁合金的综合消耗按吨钢衡量约为2O, 22kg/t钢,国外先进的工业化国家约在I3,16 kg/t钢.中国吨钢铁台金消耗约高出国外先进工业 国30%.这除了与中国翻砂件铸铁用量大,耗用硅 铁多的因素以外,还与炼钢时用于脱氧,增碳的铁 合金使用量较多有关.中国一些转炉钢厂习惯于过 吹操作,往往造成钢水的过氧化,以致不得不过量 使用铁合金.高碳锰铁较多地用于脱氧和增碳(全国钢产量平均用量为8,9kg/t钢)可验证这个问 题.而国外转炉较习惯于高拉碳操作,脱氧用铁合 金数量可明显减少炼钢时铁合金消耗量高,增 加了炼钢成本,其脱氧产物叉可能对钢水造成污 染,因为它们不可能全部上浮除去.不断改进炼钢 生产中的工艺操作,减少脱氧及合金化的铁合金使 用量,可有利于钢水的洁净化. 钢厂根据自身钢水精炼装备条件,决定如何选 择用于钢水成分和温度微调的铁合金,以及它们的 成分和物理形态.炼钢生产中科学选用块状铁合 金,粉剂和合垒芯线,可节约铁合金用量并能确 保钢材产品质量.目前,重点铁合金企业可以做到 向用户提供各种粒级的块状合金,粉剂和合金芯 线,便于钢厂合理选择. 43.2稀缺铁合金的供给 鉴于我国钴,镍,铌等元素的资源贫乏或严重 短缺,致使每年都有数量不小的金属钴,金属镍和 巴西铌铁进口,主要用于钢铁材料工业仅铌铁一 项每年就从巴西进口逾1000t. 近年来每年大约进口约100万t的铬矿和锰 矿,用于生产铬系和锰系铁合金.目前国外一些大 公司已出现了逐步限制初级资源铬矿,锰矿出口的 动向,倾向于以深加工的铁合金产品进入市场.说 不定在若干年后,国外公司会出现停止部分或大部 分铬矿的出口,转而改为铬铁出口,这也是毫不奇 怪的.那时可能会对中国的合金钢,尤其是不锈钢 的生产带来不小的震动.特殊钢和铁合金行业以及 生产企业应该清醒地看到和冷静的接受这个事实, 搞好行业自律,延缓这种状况的发生.从现在开始 就要学会珍惜与合理使用铬锰系铁合金,特别是那 些依赖进口的稀缺铁合金. 致谢 本文在写作过程中,得到了上海申佳铁合金公 司,吉林铁合金公司,遵义铁合金公司等单位的支 持和鼓励,在此一并致谢.本文如存在不够严谨之 处,恳请各方面专家给予指正和批评