高纯优质直接还原铁高附加值应用方向探讨

2018-01-17 作者：佚名网友评论 0 条

根据高品位优质铁精粉为原料生产的高纯优质直接还原铁产品品位高、杂质少的特点，对其在非晶母材、雾化铁粉、粉末高温合金、高纯净超低碳特冶产品、精密铸造、高温合金及各种铁基合金等领域的应用进行了介绍，为直接还原铁高附加值利用方向提供参考。

　　岳崇锋，洪益成，徐立军

　　北京钢研新冶工程技术中心有限公司

　　1 前言

　　传统钢铁流程中，高炉炼铁在将矿石中铁的氧化物还原为金属铁，同时将矿石中硫、磷、硅、锰、钒等的氧化物部分还原，并进入铁水，降低了铁水的纯净度，并增加了炼钢工艺的负担。优质铁矿石或铁精矿通过直接还原可生产高品位直接还原铁，用于电炉炼钢时可显著降低钢水中杂质元素，有利于推动和促进洁净钢、优质钢生产的发展和钢铁产品结构的改善。直接还原法可有效阻止其他元素进入金属相，是提高钢铁产品质量有效手段之一[,]。

　　传统直接还原铁主要应用于以下几个方面：1）用于电炉炼钢，2）用作高炉炉料，3）用作转炉冷料，4）用作粉末冶金原料、感应炉和化铁炉化铁，特殊生铁和球墨铸铁等[]。可见，直接还原铁一般仅用作替代废钢应用，附加值低，未有效的体现出直接还原铁品位高、杂质少等优点，特别是采用高品位优质铁精粉为原料生产的高纯优质直接还原铁，更需要开拓其应用领域，实现高附加值应用。因此，本文试对高纯优质直接还原铁在下游产业链中的高附加值应用方向进行探讨，以期促进直接还原铁技术进步，开拓其应用市场。

　　2 高纯优质直接还原铁应用

　　目前，随着我国选矿技术的进步，用于直接还原铁生产的铁精粉品位可达到71.5%以上，近年，辽宁建平县采用先进选矿技术，铁精粉品位平均可以达到71.99%以上，用这种高纯铁精粉生产出的高纯优质直接还原铁品位更高，杂质极少。中钢钢研研发的一批新工艺、新材料，选用高纯优质直接还原铁做原料，结合中钢钢研近年研发成果，对高纯优质直接还原铁的几个主要应用方向进行以下介绍。

　　2.1非晶母材

　　非晶态合金即金属玻璃，固态时具有短程有序、长程无序的特征，是一种亚稳态结构，其原子在三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围保持这种状态相对稳定。金属玻璃作为一种新型材料，不仅具有极高的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，而且还表现出优良的软磁性和超导性[,]。

　　非晶带材作为新一代的软磁合金材料，具有典型的“双绿色”特点，从材料本身和工艺制度都体现出典型的节能特点，非晶带材制造过程示意图如图1所示。

　　非晶带材主要应用领域为:电力、电子、光伏、汽车等。例如非晶带材可用于制造节能配电变压器铁芯，采用非晶带材制造的SH15型配电变压器的空载损耗比S11型硅钢变压器低60%～80%，节能效果明显。非晶宽带应用情况如图2所示。

　　图2非晶宽带应用

　　中国钢研安泰公司托于国家非晶微晶合金工程技术研究中心，拥有完全自主知识产权的万吨级非晶宽带工业化生产技术，是全球两大供应商之一，也是国内规模最大、技术水平最高的纳米晶带材生产企业。中国钢研生产非晶态合金，目前非晶母材采用的为太钢纯铁板坯YT0（或YT01）纯铁，成分如表1所示。通过采用高纯优质铁精粉，通过直接还原和提纯后可以针对非晶带材成分要求生产出合格的非晶母材，并可根据非晶母材特殊成分及坯料要求进行小批量、定制生产，采用高纯优质直接还原铁生产非晶母材具有生产成本低，产品杂质少，生产过程绿色环保等优势。

　　表1非晶母材用纯铁牌号及成分

牌号	化学成分（质量分数）/%,不大于
牌号	C	Si	Mn	P	S	Al	Ni	Cr	Cu
YT0	0.008	0.05	0.16	0.012	0.009	0.06	0.03	0.03	0.03
YT01	0.008	0.05	0.07	0.012	0.007	0.06	0.03	0.03	0.03

　　2.2雾化铁粉原料

　　雾化铁粉是利用高速气流或液流及其他方法，使熔融金属铁机械地分散成颗粒而制成的粉末。粉末要求纯度高，含氧量低，颗粒形貌及粒度分布可控。雾化铁粉可广泛用于粉末冶金制品、磁粉芯、磁粉离合器、表面喷涂、喷焊、3D打印等领域。

　　中国钢研雾化制粉已有近40年的历史，可生产不同性能多种规格的金属及合金粉末。中国钢研有德国、英国引进的AR气和高压水雾化等9套设备，是国内综合配套最齐全的制粉基地。雾化铁粉生产工艺流程和雾化工艺分别如图3、图4所示。中国钢研于2003年竣工的雾化制粉项目，项目建设内容包括一条100MPA超高压水雾化生产线和一条全套引进的300KG真空气雾化制粉生产线，生产规模达1000吨/年，是国际领先、国内一流的高品质雾化粉末基地。图5为中国钢研雾化粉生产设备。

　　高纯优质直接还原铁纯度高，可完全满足雾化铁粉纯度高、夹杂少的要求，可作为其重要应用方向之一，适合生产高纯度优质雾化铁粉。

　　2.3粉末高温合金

　　粉末高温合金是用粉末冶金工艺制成的高温合金。高温合金通常含有活泼元素，并且由于粉末颗粒的冷态不可压缩性，合金在整个粉末冶金制造过程中都必须始终在真空或惰性气体保护之下，而且必须采用热态成形工艺。

　　粉末冶金新技术的发展不但使一些高温合金扩大了用途。在粉末冶金高温合金领域，只有美国、俄罗斯等少数几个国家掌握了相关的生产技术。目前，我国主要有中国钢研、北京科技大学、北京航材院等几家单位从事粉末高温合金的应用研究[]。粉末冶金技术已成为航空发动机关键热端部件和其他多种新材料的优选制备技术[]。

　　80年代末，中国钢研开始初步建成一条粉末高温合金研制生产线，经过近三十年的发展，中国钢研目前在粉末高温金属材料、制品研究领域处于国内领先地位，是国内粉末高温合金铸件的重要生产和研发基地，已形成“等离子旋转电极工艺制粉+热等静压成形+包套模锻+热处理”等完整的粉末盘生产工艺，具有批量化生产某型发动机用FGH95（使用温度650℃）、FGH97（使用温度800℃）合金高压涡轮盘及其前后挡板坯料的生产能力。图6为中国钢研生产的粉末高温合金涡轮盘。