一、 高纯铁合金的生产

    众所周知,中国是钢铁生产大国,但不是生产强国,有些钢种如:汽车用钢板、管线钢板、造船板、镀锡板、家电用板、石油钢管等高附加值的钢材还不能全部满足国内市场需求,需要从国外进口,每年进口量在2000万吨以上,耗用外汇30-40亿美元。追其原因除与钢铁工业生产工艺和技术装备水平相比较落后外,还与钢的纯度有直接的关系,即钢材的杂质含量偏高,而钢中的杂质元素一部分是由炼钢过程中铁合金原料带入的。为此作为炼钢的原料铁合金质量的高低将直接影响和决定钢材的质量。

    除我国标准中规定的杂质元素外,国外对铁合金其它元素含量要求如下表:
 
    国外锰铁合金中其它元素含量

国别 产品名称 化学成分,%
           As  Sn   Pb   Cr  Ni  Cu
美国 高碳锰铁 0.3 0.020 0.050 0.50    
 中碳锰铁 0.15 0.010 0.050 0.50    
 低碳锰铁 1.10 0.010 0.020 0.50    
瑞典 高碳锰铁   0.02 0.05   0.2 0.2
 中碳锰铁 0.050 0.01 0.050   0.2 0.2
 低碳锰铁 0.05 0.01 0.02   0.2 0.2
    中国   无要求

    国外铬铁合金中其它元素含量 


国别 产品 化学成分,%
    N  Mn   Ni   V   Cu   Mo   Nb    Ta
美国 高碳铬 0.050 0.75 0.50 0.50 0.050 0.050 0.050 0.050
 低碳铬 0.12 0.75 0.50 0.50 0.050 0.050 0.050 0.050
 真空铬 0.050 0.75 0.50 0.50 0.050 0.050 0.050 0.050
 氮化铬   0.75 0.50 0.50 0.050 0.050 0.050 0.050
瑞典 高碳铬 0.07 0.75 0.4 0.4 0.05      
 中碳铬 0.1 0.75 0.4 0.4 0.05      
 低碳铬 0.06 0.75 0.4 0.4 0.05      
    中国 无要求
    Ti Zr Sb As Pb Sn Zn B
美国 高碳铬 0.50 0.050 0.01 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005
 低碳铬 0.050 0.01 0.01 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005
 真空铬 0.050 0.01 0.01 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005
 氮化铬 0.050 0.01 0.01 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005
瑞典 高碳铬 0.3   0.005 0.01 0.005 0.005    
 中碳铬 0.1   0.005 0.01 0.005 0.005 0.03  
 低碳铬 0.05   0.005 0.01 0.005 0.005 0.03  
中国 无要求

    在实际生产中,各钢铁企业近年来在开发高产值、高效益合金钢、特殊钢和净化钢水,提高铸坯清洁度等方面正在采取措施。过去只有冷轧硅钢对硅铁的杂质元素要求比较严格,目前据报导,有些国家的深冲钢要求碳、氧、硫、氢、氮的总和不大于100ppm,甚至41ppm,我国宝钢试制的纯净钢中以上元素含量总和不大于80ppm。这就要求铁合金的纯度提高,为新钢种提供高纯度的铁合金。

    当前国内大力发展的管线、造船、电站、汽车、铁道等钢种对杂质元素要求都很严格,超细晶粒结构的微合金钢基本上都要求碳、氧、氢、硫、磷的总量求降到150X10-6以下。高纯度铁合金不仅能降低钢中杂质元素含量,而且在炼钢的加入方式上,也与普通合金不同,可以在炼钢的后期钢包精炼时加入,从而缩短炼钢时间和提高元素回收率,尤其对于贵重金属这一点更为重要,由此可见,这也是降低钢材成本的途径之一。所以说生产高纯度铁合金是当务之急.

    二、 高纯铁合金的应用前景

     1、 高纯硅铁

    如前所述,生产电工钢尤其是生产占硅钢片总量2/3的无取向硅钢片对钢的晶粒尺寸有严格的要求。这就需要高纯度的硅铁做脱氧剂,而过去生产低铝硅铁是通过选择低灰分的还原剂和水洗硅石等从原料精选入手的,采用此法合金中铝只能控制到0.5%左右,再低就难以做到,这远不能满足冷轧硅钢对硅铁杂质元素的要求。近些年来,国内各铁合金生产厂家掌握了硅铁的炉外精炼技术,最初是吹氯气精炼,但由于造成污染,现改用富氧空气吹炼,再通过精选原料和还原剂,完全可以使硅铁达到Si≥76%,Al≤0.1%,Ca≤0.1%,Ti≤0.03%,甚至达到Al0.01-0.03%,Ca≤0.05%的水平,从而满足了电工钢的需求。

    再如子午胎帘线钢、某些弹簧钢、轴承钢和轮毂钢等钢种,通常是用铝或硅铝合金进行脱氧,但有些在脱氧过程中要求脱氧产物是具有良好的变形能力的塑性夹杂物,不允许析出Al2O3或其它脆性的含铝氧化物夹杂,这时硅铁中铝的含量对钢中夹杂物组成和形态的控制产生决定性影响,如对高碳帘线钢和弹簧钢SUP7,钢液残铝分别控制在3.5X10-6和20X10-6以下,这就要求硅铁中的铝应小于0.15%,以代替硅铝合金对上述钢种脱氧,减少钢中的富Al2O3夹杂物。

    国内某些钢厂用于生产取向和无取向硅钢所需要的高纯硅铁成分如表:

厂家 产品 用途 化学成分,%
    Si        P        S        C        Ti        Al       Mn
    不大于
厂I 低碳硅 无取向 75-80 0.01 0.01 0.015 0.03 0.1 0.15
 特殊硅 取向硅钢 77±1 0.05 0.02 0.1 0.05 0.1 0.1
厂II 高纯硅   76-80     0.015 0.02 0.03  
 低铝、碳   76.0-80.0 0.02 0.01 0.015 0.02 0.03 0.5
     厂III     ≥75 0.02 0.01 0.02   0.1 0.1
        Cr       Cu       Ni       V      Mg      Ca  
  不大于
厂I 低碳硅 无取向              
 特殊硅 取向硅钢 0.1 0.1 0.4 0.05 0.1 0.1  
厂 II 高纯硅             0.05  
 低铝、碳   0.05         0.05  
     厂III     0.1 0.1 0.4     0.1  

     2、 低杂质含量的锰铁和铬铁

    除硅铁外,钢厂对锰铁、铬铁的杂质含量也提出了要求,如滚珠轴承钢中的有害元素除氧和硫外,对钛也十分关注,因为它产生TiN夹杂,而当含钛量超过30-50X10-4时,钢的疲劳寿命即开始下降。国外某厂制订了Ti<10.0X10-4的标准。为了生产用于制造微型滚珠轴承的钢种,国内厂家也开始生产Ti≤0.03%、0.05%和0.1%的低钛铬铁。

    此外,钢的二次精炼对钢水脱鳞效果不是十分明显,这就要求铁合金厂生产磷含量控制在0.015%和0.02%水平的铬铁。

    为了控制超纯管线钢、冷轧深冲薄板钢及超纯铁素体不锈钢生产中的碳含量,要使用价格昂贵的金属锰和金属铬,从而使吨钢成本升高。为降低钢材成本,很多钢铁厂都要求主元素含量更高,杂质元素特别是碳含量更低的锰铁和铬铁,以代替和部分代替金属铬、金属锰。目前吉林、上海等铁合金厂采用炉外热兑精炼(波伦法)、真空固态脱碳等生产工艺,生产出了碳0.010-0.03%的超低碳铬铁。

    吉林铁合金厂采用“JL”法,配合摇包精炼等方式生产的碳≤0.1%、P≤0.02%、Si≤0.015%、Mn≥85%的纯净锰铁,由于杂质含量低于电炉金属锰,与电解金属锰相似,但其比重却远大于电解金属锰,与电炉金属锰相当,用于钢包精炼和合金化时,易于下沉,烧损少,回收率要比电解金属锰高的多,售价却介于电炉金属锰和电解金属锰之间,达到了代替金属锰的目的,所以开发后,深受用户欢迎。

    高纯硅锰合金也是金属锰的替代产品,由于合金含硅高,从而使合金含碳量大大降低,提高了合金的纯净度,该产品化学成分如下表:

牌号 化学成分%
 Mn Si C P S
CMnSi1 58 28 0.05 0.05 0.005
CMnSi2 60 28 0.05 0.05 0.005
CMnSi3 58 28 0.10 0.10 0.01
CMnSi4 60 28 0.10 0.10 0.01

    总之高纯度的铁合金满足了炼钢对铁合金杂质元素含量的要求,今后铁合金还将根据炼钢的不同需求开发不同品种和纯度更高的铁合金产品。高纯铁合金在钢铁工业中的应用潜力很大,但我国的高纯铁合金的生产技术和工艺水平,还有待进一步提高。