我国铁合金生产技术的现状和发展研究

2019-01-04杨馥瑄

中国金属通报 2019年1期

杨馥瑄

（青海物通集团，青海西宁 810003）

中国铁合金产量逐年增长，总体保持较高的增长率。2011年至今，铁合金产量增速虽呈现逐步下降趋势，但仍保持两位数的增速[1]。中国铁合金产量的持续快速增长，使中国成为世界上最大的铁合金生产国和消费国。目前，中国铁合金产量约占世界总产量的40%。

1 我国铁合金生产技术的现状

从广义上讲，铁合金是作为脱氧剂和元素添加剂加入铁水中，使钢具有一定的特性或满足一定要求的产品。含一种或多种元素的铁的中间合金，主要用于钢铁冶炼。在钢铁工业中，所有的炼钢中间合金，无论是否含铁(如硅钙合金)，都被称为“铁合金”。通常包括一些纯金属添加剂和氧化物添加剂[2]。

现阶段，我国主要采取以下几种铁合金冶炼技术：（1）高炉冶炼，产品有锰铁、镜面锰铁(含锰30%以下)、低硅硅铁(含硅10-15%)、镍铁等。

（2）目前中国的大多数铁合金制品的生产是采用电炉还原熔炼法。而可进行还原熔炼的产品包括锰硅合金、硅铁合金、钨铁合金、锰铁、磷铁、硅铬合金、碳铬铁合金、钙硅合金等等，在电炉还原熔炼过程中所使用的减碳剂与焦炭对矿物进行热加工，电炉还原熔炼需加入一定量药，炼焦颗粒物质与电极端之间由电弧连接，而炉渣与装药装置是电弧加热的主要构成部分，电炉进行还原过程中，多种金属元素会与碳结合形成不同碳化物。所以，在金属冶炼过程中，含碳物质的产品产出率较高，炉渣内的铁合金物质会在固定时间排放装置留出熔点极高的金属化合物。为了确保还原电炉运行安全与稳定性，需要进行电阻控制。炉内炉渣化学成分、燃料组成、还原剂、炉内温度、电炉内部尺寸等多种因素的作用下，冶炼焦炭作为电炉制备产品的还原剂能够贵炉内电阻与传导能力产生影响[3]。细粒状的焦炭对于电炉还原电荷与电阻率提升有促进作用。经过研究得出，炉内电阻率得以提高，依赖于焦炭温度较低、木屑、木炭及黑色矿物炼成的焦炭等燃料的使用，有助于深电极插入[4]。

（3）金属热还原，将硅化物、铝制品作为一种还原剂。因为在炉内还原过程中还原剂会加速金属氧化物合成，产生许多热能，通常情况下，电炉还原能够实自动还原反应，产出炉渣与金属制品，将铝化合物作为还原剂使用铝热法进行电炉还原，这种方法可以在未加热情况下实现，因此又称炉法。广泛用于钛铁、钼铁、高炉铁、硼铁和金属铬铁的生产。铝热熔炼设备是一种简单的铁柱熔炼反应器，由两部分或两部分组成。易于拆卸和更换。反应器(也称为炉筒)可以放置在预制的沙坑上，也可以放置在铺有耐火材料的可移动台车上。反应器和砂室都必须预先干燥，以防止爆炸[5]。冶炼设备应有排烟装置。热熔操作有两种方式:上点火，如冶炼钼铁。点火较低，如用于冶炼钒铁。采用硅(一般为75%硅铁)作为还原剂进行金属热熔炼时，由于热量不足，采用电炉熔炼，以电能补充加热。一般情况下，还原熔炼后，立即加入氧化物或矿石进行脱硅精炼，得到低碳、低硅产品，常用于钒铁、钨铁的生产。

（4）铁合金精炼，电炉冶炼高碳锰,氧化脱碳的电炉精炼铬铁合金,由于硬质合金是相对稳定的,很难得到低碳产品,所以生产通常采用脱硅精炼方法,与低碳硅合金(如硅铬、锰硅)与石灰、矿石在脱硅电炉精炼。将液态金属加入液态矿渣中脱硅的过程，主要用于铬铁精炼，近年来也用于锰铁精炼。两桶用于逆流冲洗。在热冲洗过程中形成充分搅拌[6]。反应强烈，脱硅效果良好。工业纯氧通过吹氧法注入熔融金属中，氧化粗合金中的碳、硅等元素，得到中、低碳产品。该方法现已应用于中、低碳铬铁和中、低碳锰铁的生产。真空固体脱碳工艺(简称单工法)在真空固体条件下对高碳铁合金进行脱碳制备微碳产品的方法。

2 我国铁合金技术和行业的发展

在铁合金生产中，对合金化元素含量较低的矿石，通常采用湿法冶炼工艺富集，为还原冶炼提供纯度较高的半成品。电解生产用合格溶液的制备也属于湿法冶金的范畴。湿法处理工艺一般包括:原料处理、浸出、液固分离纯化、金属提取等工艺。湿法冶金处理的铁合金主要有钒铁合金、铌铁合金、铬铁合金和锰铁合金。铁合金常用作:脱氧剂:在炼钢过程中，除去钢液中的氧，一些铁合金还可以除去钢中的其他杂质，如硫、氮等。合金添加剂:在钢中加入合金化元素，根据钢的成分要求改善钢的性能。孕育剂:浇注前加入铁水可提高铸铁的结晶性。

中国铁合金工业发展中国铁合金工业的发展随着钢铁工业的发展,经历了50多年来,特别是近年来,中国铁合金工业得到快速发展,扩大生产,增加产品品种,不断改善设备、生产技术、生产技术日益创新,环保设施是完美的,现已成为世界上最大的铁合金生产和出口国。

2001年至2010年，中国铁合金产量从4508.3万吨增加到2435万吨，增长440.23%。同期，我国铁合金新产能为309,689吨/年，远高于1984年增加的700吨，产能过度扩张。

经过十多年的发展，我国铁合金产量快速增长，2014年达到378.25亿吨的峰值，随后逐年缓慢下降。2015年和2016年的年产量分别为3.666.4亿吨和355.8亿吨。2017年1-7月，中国铁合金产量为2000万吨，同比下降1.70%。

2010年，内蒙古、广西、宁夏、贵州、湖南、青海、四川产量1458万吨，占全国总产量的59.86%。2015年，这七个省的总产量为2475.3万吨，占全国总产量的67.51%。2010年，内蒙古、广西、宁夏共生产631万吨，占全国总产量的25.91%。2015年，三地总产量1488.9万吨，占全国总产量的40.61%。2010年至2015年，除2013年广西铁合金产量突增外，三个地区铁合金产量均呈现稳定增长态势。与我国铁合金总产量相比，没有下降的趋势。

据中国工商研究院大数据库显示，2017年12月中国铁合金产量为293.3万吨，同比增长1.1%。2017年1月至12月，中国铁合金产量为328.87万吨，同比增长0.5%。

根据中国工商研究院发布的《2017-2022年中国铁合金行业市场前景与投资机会研究报告》数据统计，中国铁合金累计产量逐年下降。其中，2017年中国铁合金产量3288.7万吨，增长0.5%。

近年来，随着钢铁行业的快速发展，中国铁合金行业也取得了长足的进步，根据中国产业研究网发布的《中国铁合金市场现状与发展前景(2018-2025)》报告。产业结构和生产模式中国铁合金工业的进一步优化,产业集中度较低的条件下,较低的设备水平和改善,提高生产技术和工艺水平,节能减排、环境保护措施等“三废”处理,明显改善国内外两个市场的地位,中国铁合金生产者铁合金的世界大国。

虽然总体来看，我国铁合金表观消费量保持了平稳较快的增长。然而，表观消费并不等于实际消费。由于90%以上的铁合金直接用于炼钢，而只有不到10%的铁合金用于铸铁、有色金属冶炼等领域，可见中国硅锰的供应略过剩，而硅锰的供应相对较大。

铁合金实际上是一个自给自足的,国际贸易的程度不高,其供给和需求主要是受家庭环境影响,所以铁合金未来上市的期货品种,像其他钢铁期货品种,将相对较少受到国际市场的影响,价格预计将主要以国内市场为主。

总体而言，目前国内铁合金行业面临着矿产供应难以满足、易受外部市场挤压、行业内企业集中度低、综合竞争力弱、产能严重过剩、消费需求增长缓慢等诸多问题。