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“铁合金”

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摘要:“铁合金”

铁合金(英文Ferroalloys ),铁与一种或几种元素组成的中间合金,主要用于钢铁冶炼。在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金,不论含铁与否(如硅钙合金),都称为“铁合金”。习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内。

铁合金一般作用

①脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧,某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。②合金添加剂。按钢种成分要求,添加合金元素到钢内以改善钢的性能。③孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中,改善铸件的结晶组织。此外,还用作以金属热还原法生产其他铁合金和有色金属的还原剂;有色合金的合金添加剂;还少量用于化学工业和其他工业。4钢铁,所有的钢都是铁合金的一种,这也使得铁合金是使用最广泛,用量最大的合金,高中课本中还把某些高碳铁以及所有含铁的合金全部成为铁合金。

性质

铁合金的主体元素一般熔点较高,或者它的氧化物难于还原,难于炼出纯金属,若与铁在一起则较易还原冶炼。在钢铁冶炼中使用铁合金,其中含铁非但无害,而因为易熔于钢水反较 有利。因此,炼钢过程中脱氧和添加合金,大多以铁合金的形式加入。铁合金一般很脆,不能作为金属材料使用。

工业炼制

用坩埚冶炼低品位铁合金是1860年左右开始的。后来发展了用高炉炼锰铁和含硅12%以下的硅铁。1890~1910年间在法国开始用电弧炉生产铁合金。穆瓦桑 (H.Moissan)曾用电弧炉对难还原元素进行系统试验,埃鲁(P.L.T.H□roult)应用于工业生产,当时都用焦炭和木炭作还原剂还原有关矿石,产品大多是高碳的。1920年以后,为了满足优质钢和不锈钢发展的需要,开始生产低碳铁合金的新阶段。一方面,在戈尔德施米特 (K.Goldschmidt)1898年提出的铝热法制取金属的工艺基础上,发展出用铝热法冶炼一些不含碳的铁合金和纯金属;另一方面研制出在电炉中氧化含硅合金的脱硅精炼法。由于铝热法生产费用太高,脱硅精炼法得到了较多的应用。直到现在中碳、低碳、微碳铬铁,中碳、低碳锰铁,金属锰大多仍用此法精炼。精炼铬铁的热兑法即把液态的矿石、石灰熔体与硅铬合金,通过热兑混合加速反应,是脱硅精炼法的进一步发展。此外也用电解法生产纯净的合金添加剂(如金属锰),并采用真空脱碳法生产含碳极低的超微碳铬铁。近年还发展出应用纯氧吹炼法精炼铬铁、锰铁的方法。

中国在1940年左右用小型电炉生产硅铁、锰铁。1955年起吉林铁合金厂开始大规模生产。随后在各地建设了一批铁合金厂,并用小型高炉生产锰铁,满足了全国钢铁工业的需要。

品种用途

基本用途

作为炼钢脱氧剂,应用最广泛的是硅锰、锰铁和硅铁。强烈的脱氧剂为铝(铝铁)、硅钙、硅锆等(见钢的脱氧反应)。用作合金添加剂的常用品种有:锰铁、铬铁、硅铁、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁、镍铁、铌(钽)铁、稀土铁合金、硼铁、磷铁等。各种铁合金又根据炼钢需要,按合金元素含量或含碳高低规定许多等级,并严格限定杂质含量。含有两种或多种合金元素的铁合金叫做复合铁合金,使用这类铁合金可同时加入脱氧或合金化元素,对炼钢工艺有利,且能较经济合理地综合利用共生矿石资源。常用的有:锰硅、硅钙、硅锆、硅锰铝、硅锰钙和稀土硅铁等。

炼钢用纯金属添加剂有铝、钛、镍和金属硅、金属锰、金属铬等。某些易还原的氧化物如MoO、NiO,也用于代替铁合金。此外,还有氮化铁合金,如经过氮化处理的铬铁、锰铁等,以及混有发热剂的发热铁合金等。

基本种类

硅铁、锰铁、硅锰、铬铁、钨铁、钒铁、镍铁、钼铁、钛铁、稀土镁硅、稀土硅铁、硅钙合金、硅钡合金、硅铝合金、钽铌、磷铁、硼铁等.

国铁合金工业未来发展方向我国铁合金工业是伴随着钢铁工业发展而成长起来的,解放前只有很少几种铁合金产品试制和少量生产。新中国成立后;随着新建和改造一批铁合金骨干企业,到1979年我国铁合金产量突被百万吨,达116.36万吨,全国铁合金供应紧张的局面得到缓解。

改革开放后,随着日本、韩国和东南亚市场对铁合金产品需求的增长-我国铁合金在满足国内市场需求的同时,开始进入国际市场。上世纪90年代末,由于对外贸易的不断扩大和国内市场需求的不断增多,我国铁合金工业发展步入“快车道”,几个骨干铁合金企业改、扩、建工程陆续完成,民营铁合金企业如雨后春笋迅猛发展,铁合金产能成倍增长。随着苏联解体,我国成为世界铁合金第一生产大国和出口大国,在世界铁合金行业具有举足轻重的地位。

发展概况

品种齐全,基本能够满足我国钢铁工业发展需要。我国铁合金产品品种较为齐全,除少数优级特殊品种产品的生产工艺技术尚不成熟正待研发外,几乎可生产所有脱氧剂、合金剂、孕育剂、粉剂和各类包芯线产品,基本能够满足我国钢铁工业生产需要。

生产量和出口量同步增长。2003年—2007年我国铁合金产量增长迅速,比粗钢年平均增长速度大约快10个百分点,国内铁合金产品供大于求,促使了铁合金产品出口不断增多。从1981年铁合金产品开始出口以后,出口量逐年增多,1994年出口量接近百万吨,1995年~2002年略有起伏,年平均出口124.74万吨,2003年~2007年出口一直在递增,年平均出口226.23万吨。

存在的主要问题

我国的铁合金工业从无到有、从小到大、从弱到强发展至今,取得了丰硕的成果,但与铁合金工业强国仍有较大差距,主要表现在以下4个方面:

生产企业发展不均衡。我国铁合金企业数量众多,布局分散,良莠不齐,25000干伏安以上矿热炉数量仅占全国矿热炉总数的0.81%;生产能力10万吨以上的企业数仅占总数的1.8%,而生产能力1万吨以下企业数占总数的50.1%。这导致我国铁合金行业不能形成良性竞争环境,制约了行业的健康有序发展。

技术进步与创新步伐缓慢。在铁合金工业发展壮大的过程中,我国投资兴建了一批大型铁合金企业,但由于企业负担重、资金不足,无力开展技术创新,发展缓慢;新建的铁合金企业技术力量薄弱,大多未采用先进技术,导致全行业工艺装备水平较低,技术进步和创新步伐缓慢。

高档品种少,能耗、物耗偏高,劳动生产率低。我国铁合金品种基本能够满足国内钢铁工业发展的需要,但纯净产品、氮化产品、炉外精炼产品、复合脱氧剂、多元合金剂、粒化和粉剂产品、包芯线产品等科技含量和附加值高的产品产量较少。

随着国家对行业实施准入制度和逐步落实节能减排政策,铁合金产品综合能耗、物耗有所降低,但产品能耗、物耗较高,二次能源综合利用远远落后于先进国家。

由于我国小型电炉数量较多,工艺简单、设备简陋陈旧,机械化、自动化程度低,人均实物劳动生产率仅为45吨/年左右,而国外同行业人均实物劳动生产率达300吨/年左右。

铁合金产能较大,产业集中度低。在我国铁合金行业发展壮大的过程中,有些地区不顾产业政策和工艺装备水平高低,盲目发展铁合金项目,低水平重复建设严重,导致铁合金生产企业点多面广,布局分散,装备技术水平低。

目前,我国铁合金总产能达到3400万吨/年左右,企业总数达2000家以上,平均每家企业产能仅为1.7万吨左右,产量不足1万吨。据统计,我国产能在10万吨以上的铁合金企业仅有28家,产能在20万吨以上企业仅有8家,产能在50万吨以上企业仅有2家,而产能在1万吨以下的企业多达近1000家,行业产能庞大,产业集中度低。

未来发展方向

未来我国铁合金工业要着力转变发展方式,控制总量规模,淘汰落后产能,提高整体装备水平;优化产业布局和资源配置,提高产业集中度;实施“走出去”战略,增强国际竞争力,实现我国铁合金工业全面可持续发展。

大力淘汰落后产能,严格控制新建项目。目前,我国铁合金生产装备6300干伏安及以下电炉所占比例较大,要通过淘汰落后产能,控制新建项目,整体提高我国铁合金电炉的工艺技术和装备水平。

针对铁合金行业存在严重产能过剩的问题,国家相关部门应从宏观调控和微观治理两方面着手,严格审批铁合金新建项目,控制总量,杜绝低水平重复建设。

合理配置资源、能源,大力发展循环经济。在大力发展铁合金工业循环经济中,要做到以下几点:一是为有效综合利用锰矿、铬矿资源,提高资源、能源利用效率,推行实施锰矿火法富集和脱磷、矿石预热和预还原处理、烧结、球团等粉矿造块工艺技术。二是优化国产贫矿与进口富矿的配比,提高入炉矿石品位,确保锰系、铬系产品能耗指标和主元素回收率达到一定水平。三是对半封闭和全封闭电炉回收的煤气、炉渣和烟尘等进行综合利用和循环利用。四是以上游煤、电产业链为纽带,组建“煤、电、冶”一体化的铁合金企业集团,大力发展循环经济。

发挥区域优势组建大型企业集团,提高产业集中度。要想中国真正成为铁合金生产强国,就必须将企业做大、做强,形成规模化生产和经营,组建一批具有较大生产规模、较高管理水平和高品质产品的新的产业集团。主要应做到以下:

一是要按照市场原则,以现有的大企业集团为基础,加速实施企业的兼并重组,扩大生产规模。二是要鼓励和扶持有实力的大型企业,以资产、资源、品牌和产业链为纽带实施跨国度、跨地区、跨行业的兼并联合,构建上下游通联的新型大企业集团。三是要规范各地高载能工业园区的建设,加强本地区域的企业联合,促进产业向集中化、大型化、基地化方向发展。

近年来,中钢、中信、五矿和川投公司分别整合重组了吉铁、锦铁、湖铁、峨铁,但总体步子小,进展慢。按照钢铁产业振兴的规划,要做强、做大铁合金行业,产业大规模整合重组势在必行。

实施“走出去”战略,加强资源战略保障,提高产业安全。我国既是铁合金生产大国,也是铁合金产品消费大国。2008年,我国铁合金满足了国内5亿吨粗钢生产的需求,支撑了我国钢铁工业的快速发展,同时还有1/6的铁合金产品在严格的出口政策限制下走出了国门。这表明我国铁合金工业无论是生产能力还是供应能力,在国际上具有相当的影响力。因此,在合理开发利用国内铬矿、贫锰矿及其他矿产资源的情况下,我国应鼓励有条件的生产、经贸、矿山企业共同携手,优化资源配置、互惠互利、共同发展。

总之,从世界钢铁工业的发展看,全球化特点越来越突出,循环经济发展模式获得广泛认同,联合重组的形势越来越紧迫。中国铁合金工业应顺应世界钢铁工业发展潮流,着力调整和优化产品结构,发展模式实现从数量向质量的转变,加大做好资源和环境保护工作的力度,努力实现产业发展和资源、环境相协调,走可持续健康发展道路。

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