1、中国铁合金工业的发展
中国的铁合金工业是随着钢铁工业的发展而发展起来的,经历了五十多年,特别是近十几年来,中国的铁合金工业得到飞速发展,产量不断扩大、产品品种日益增多、装备水平不断提高、生产技术、生产工艺日益创新,环境保护设施也日趋完善,目前已成为世界第一大铁合金生产和出口国。
近几年钢产量和铁合金产量、出口量、铁合金品种结构见图1、2、3。
1.1.近年钢产量(图1)

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1.2.近年铁合金产量及出口量(图2)

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1.3.铁合金品种结构(以2004年为例)(图3)

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从图中看到,铁合金产量是随着钢产量的增加而增加的,近几年铁合金产量的增长速度已经超过了钢的增长,因此,自八十年代以来,中国铁合金产已超前于钢铁工业的发展而自用有余,出口量也是逐年增多,赢得了部分国际市场。以2005年为例,产量1067万吨,除国内钢厂消耗800万吨,出口170万吨外,还有部分剩余。
2、 中国铁合金工业的现状
随着中国钢产量和钢材品种的增加、质量的提高,铁合金产量、生产能力、品种、产品结构也发生越来越大的变化。据初步统计,2005年已建成的铁合金企业有1570家,生产能力为2200多万吨。2005年实际产量为1067万吨,有60多个品种、300多个规格牌号,不仅有硅、锰、铬等普通铁合金品种,而且特种铁合金和复合合金的数量也越来越多,除满足了国内钢铁生产的需要外,出口量和出口品种也有逐年增加。
从铁合金品种和质量来看,品种已不再是硅铁、锰铁、铬铁,而是越来越走向多元化,如:由于炼钢连铸比的增加,导致硅锰等复合合金的消耗量增多;氩氧炼钢设备的增多,使低碳铬铁的消耗比例下降,而高碳铬铁消耗量增加;由于钙有良好的脱氧和脱硫作用,还能改变钢中夹杂物形态,所以硅钙合金用量不断增加,含钙和钡的多元复合合金的应用越来越广泛;不锈钢与低合金钢产量的增加,使得对铬、镍、钒、铌、钼、钛和稀土合金的需求量增长速度已超过普通合金的增长。此外,又研制出许多新的复合铁合金品种,作为炼钢的复合脱氧剂、孕育剂、铸铁的球化剂和作为合金元素添加剂等。{PAGES}
合金物理状态也适应炼钢的需要而不再是单一的块状,出现了粒状、粉状、包芯线以及多种成分压块合金等。
在铁合金生产技术上,也普遍采用了精料技术,如:优选和使用优质的组合碳质还原剂,使硅铁电耗下降700-1000kwh/t。
针对国内铬、锰矿资源短缺,进口块状锰、铬矿日趋减少的实际情况,采用了多种造块技术,如:锰矿烧结、铬矿冷压球团、烧结球团、预还原球团等,不仅充分利用了粉矿,同时也改善了入炉炉料的透气性,获得了良好的技术经济指标。
采用热兑法生产中低碳锰铁和微碳铬铁,即以铬矿、锰矿――石灰熔体,在摇炉或摇包中与液态硅铬、硅锰合金进行热兑,生产中、低碳锰铁和微碳铬铁,该工艺不仅能生产出高质量的合金产品,且有用元素回收率高,又能充分利用液态合金的显热,而大大降低产品的单位电耗。
此外,连续法生产硅钙合金技术、一步法冶炼硅铬合金技术、硅铁、工业硅外精炼技术、氧气转炉吹炼中、低碳锰铁和中、低碳铬铁、融熔还原、等离子炉、真空电阻炉冶炼、直流还原电炉等项技术都在生产实践中得以应用。{PAGES}
在电炉装备上,淘汰了3200kVA以下的小型电炉,电炉装备逐渐走上大型化,25000kVA、30000kVA、50000kVA电炉相继建立,12500kVA以上电炉逐渐成为国内电炉的主导炉型,且近年设计的电炉多采用矮烟罩和封闭式电炉,配有干法和湿法除尘及煤气回收系统,并配有计算机控制系统,从而提高了配料、上料、加料、电极压放、功率调节、水冷系统、烟气、煤气净化等系统的自动化水平。{PAGES}
近几年又在传统铁合金电炉变压器二次侧与短网之间加装低频供电装置,将工频变为低频输电,有效地提高了功率因数,降低了有功损耗,起到了节电增产的显著效果。
根据国家对环保的要求越来越严格,铁合金环保设施也日趋完善,“三废”治理也取得了初步成效。
总之,经过五十多年的发展,中国已成为铁合金生产和出口大国,并随着阿尔巴尼亚、菲律宾、伊朗等国铁合金厂的建立,中国的铁合金技术已经步入国际市场。{PAGES}
3、 存在的问题
中国的铁合金工业虽然取得了长足的发展,成为生产大国,但还不是强国,与发达国家比,无论是铁合金装备水平,还是生产技术、生产工艺还都存在很大差距,主要体现在以下几个方面:
3.1.综合能耗高
中国的铁合金企业生产指标不尽相同,有些厂的能耗还比较高,这对于中国这样能源紧张的国家来说,降低能耗和生产成本是一个永久的课题。
3.2.设备相对落后
尽管近些年来中国新建了好多铁合金厂,但大多设备容量小,装备水平也是比较落后的,6300kVA-9000kVA电炉数量占有的比例较大,设备水平仍停留在70-80年代,不仅能源利用率低、生产率低、环保设施也不完善,大多没有除尘系统也没有能源再利用系统,自动化程度就更低了。
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3.3.产品结构单一
目前仍以普通型产品居多,占总量的90%以上,高附加值、高纯度产品、复合合金还相对较少。随着钢铁产品结构调整,对这些高技术含量的铁合金的需求量将会越来越多。
3.4.综合利用还不到位
铁合金生产中产生的废渣、废水、粉尘等,大多数企业还没有将其彻底治理和回收利用,从而造成环境污染和资源的浪费。
总之中国的铁合工业还存在许多与当前要求不大适应的地方。{PAGES}
4.今后的发展目标
4.1.产品向精品化发展
众所周知,中国是钢铁生产大国,但不是强国,有些钢如:汽车板、管线钢、般板、镀锡板、家电用板、石油管等高附加值的钢材还不能全部满足国内市场需求,每年还有一部分进口,耗用外汇。追其原因,除与国内某些钢厂的生产工艺和技术装备水平相对落后有关外,还与钢的纯度有关,即钢中杂质偏高,而钢中杂质元素一部分就是炼钢过程中由铁合金带入的,因此作为炼钢原料的铁合金质量的高低,直接影响和决定着钢材质量,可见必须提高铁合金的质量水平。一方面要增加铁合金中杂质元素的控制数量,除通常控制的硅、碳、磷、硫外,还应对其它杂质元素、五害元素、气体含量等进行控制,同时各元素的控制范围要从窄,以提高产品的均匀性,利于炼钢时成分控制的准确性。其次是生产高纯度的铁合金产品。高纯度的铁合金产品不仅能提高钢质量,还能缩短炼钢时间,提高元素回收率。如:超低杂质特殊硅铁,不仅是生产硅钢必不可少的脱氧剂和合金添加剂,而且该产品由于含铝、钙低,在钢脱氧过程中可避免析出Al2O3或其它脆性含铝氧化物夹杂,从而控制钢中夹杂物组成和形态。
纯净锰铁和铬铁,由于其含磷、钛、碳、硅和氮、氧、氢气体等非常低,有些牌号杂质含量可以达到甚至低于金属锰、金属铬,从而代替和部分代替金属锰、金属铬,降低钢成本。低钛铬铁则可防止轴承钢中生产氮化钛夹杂,提高轴承钢的成材率。{PAGES}
此外,还有用于高锰、低硅、低磷钢的含磷只有0.1%低磷锰铁、用于高质量焊丝钢和部分代替金属锰生产200系列不锈钢的低磷、低碳高硅锰硅合金,以及用于以氮代镍生产不锈钢的高、中氮化铬铁、氮化锰铁、氮化硅铁和用于400MPa新III级螺纹钢的钒氮合金以及复合合金、合金粉剂等都是应该大力发展的高纯度和复合铁合金产品。
复合合金由于其脱氧能力强,合金比重大,不仅能提高钢的纯净度,而且具有提高结晶组织弥散度、均匀性、减轻处理钢液时的激烈程度和提高铸件机械性能的特点,而被广泛应用。铁合金粉剂则是用于喷射冶金和制作包芯线、电焊条之用。
以上这些可以称为特种铁合金,近几年其生产量随着钢质量的提高而增多,但其在铁合金比例中还相对较少,今后应大力发展。
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4.2.设备向大型化、自动化方向发展
目前发达国家的铁合金电炉容量都比较大,如硅铁和高碳铬铁为105000kVA、高碳锰铁为102000kVA、硅锰电炉为88000kVA、硅钙电炉为48000kVA、工业硅电炉55000kVA,且铬铁和锰铁电炉多采用全封闭,湿法除尘和回收煤气,并向干法除尘过渡,硅铁则采用矮烟罩式干法布袋除尘,并向全封闭式迈进。这些大电炉一般都使用了计算机控制。大型电炉生产率高,产品质量稳定,环保设施完善,是国内发展的方向。对大型矿热炉的设计、参数选择、智能控制、设备制造、冶炼过程中的摸拟数学模型的建立及其它配套设施,如:加料、上料、最终产品的精炼、加工等问题是急需解决的工作。
4.3.铁合金生产技术向节约能源合理利用资源和炉外精炼技术方向发展
铁合金是高能耗产业,尤其面对当今世界能源、资源紧张和短缺的局面,降低能耗和消耗是铁合金工作者一个永久的课题,除前面提到的采取热料入炉,液态铁水热装工艺,直接节省电能、采用低频电源技术,将频率由50Hz降到0-12.5Hz,可提高功率因数、提高电效率、减少电网阻抗、无功损耗,降低电耗的方法外,铁合金冶炼过程中烟气带走的热量(包括可燃性气体的化学能)几乎相当于输入炉内的电能转化的热量,因此,充分利用二次能源是铁合金降低总能耗的根本出路。如利用半封闭电炉余热对原料预热、烧结或产生热水、蒸汽、发电等,利用封闭电炉煤气发电和回收利用液态炉渣、合金的显热等都是二次能源利用的有效途径。{PAGES}
在资源方面,中国并不是一个资源丰富的国家,锰矿和铬矿不同程度要依靠进口,块矿数量在减少,也越来越受到矿源和价格的制约,因此,作为铁合金企业除采用直流中空电极技术直接利用粉矿外,还要深入研究贫、杂、粉的国内多种类型锰矿石和铬矿石压块、烧结、预还原的处理利用途径和进口矿石的组配使用技术,并发展国内资源比较充足的钒、钛、钨、钼、铌、稀土类合金,以及开发从固体废弃物煤矸石、粉煤灰中提取有用金属技术。在生产工艺技术方面,要努力提高元素回收率,因目前锰、铬矿已占到产品成本50%以上,回收率提高2个百分点,即相当于降低成本1%。同时要大力发展炉外精炼技术,它不仅能提高元素回收率,还可以保证前面提到的高纯度铁合金产品的产量和质量,从而形成配套的中国铁合金产品体系,稳定中国在世界铁合金市场的地位,保证铁合金工业可持续发展。{PAGES}
4.4.充分利用铁合金生产的固体废弃物发展循环经济
铁合金生产产生大量的固体废弃物――炉渣、粉尘、尘泥等,除有些渣、尘,如中锰渣、某些锰、铬尘,含锰、铬元素较高,可直接造块用于铁合金冶炼外,其它也应作为资源充分利用起来。目前硅铁粉尘的回收利用已经取得较大的进展,其它铬、锰合金的贫渣在铁合金生产上已经没有再利用的价值,但经水淬后,其可以用于水泥和建材,经过超细粉磨的硅锰和铬铁渣粉作为掺合料,可制造高性能的混凝土,用这些贫渣其制砖和空心砌块,由于导热率低,有利于降低建筑物的热损失和减轻建筑物的自重,也是代替粘土砖的良好途径,当然还应开发其它高价值的利用途径。
很多铁合金尘中都含有相当数量的铅、锌等低熔点金属元素和稀有金属,如钨尘中的铅、锑、?和钼尘中的铼,这些元素的回收是具有相当高的价值的。
总之发展循环经济,实现低开采、高利用、低排放,最大限度的利用进入生产系统的能量和物质,是铁合金工业发展的基础。
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4.5.向大型化、集团化发展
中国是铁合金生产大国,产量占第一位,但是以一千多家铁合金厂生产总量才达到世界第一的,可见单个厂家生产能力还是比较小的,指标差、技术力量薄弱、管理水平低、设备落后、环保设施不完善等弊端体现的比较明显,可以说中国铁合金生产和出口大国地位是以牺牲能源和环保为代价的。
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、科学化的管理,只有这样才能提高企业的竞争力。为此应尽快通过市场竞争,实现优胜劣汰,企业重组,形成一支具有较大生产规模、较高技术素质、管理水平和高品质产品的少数铁合金生产实体,形成新的产业集团,这才是铁合金立足和发展之本,也才能在世界上占有位置。
总之中国的铁合金工业经历了从无到有,从小到大,从弱到强的发展,取得了丰硕的成果,但展望未来,任重而道远,让我们不断加强中外的技术交流与合作,推进中国铁合金工业的技术进步。