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合金元素添加劑在鋼鐵行業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 潤(rùn)際新材    2023-10-16

在鋼鐵行業(yè)，不同于鋁的低熔點(diǎn)，金屬鐵熔點(diǎn)較高（1,538℃），在一般鋼鐵的冶煉中，元素添加普遍使用鐵合金（鐵基中間合金），常見(jiàn)的鐵合金有錳鐵、鉻鐵、硅鐵、硅錳等，而在對(duì)純凈度等要求較高的高端鋼鐵冶煉中，通常采用直接添加純金屬的方式添加合金元素。

鐵合金制備方法與鋁基中間合金類似，即將合金元素礦石與鐵屑等一種或多種合金元素熔煉制成的一種待用合金產(chǎn)品，在鋼鐵冶煉時(shí)，將該產(chǎn)品再次投入熔爐中進(jìn)行熔化，達(dá)到鋼材合金元素添加的目的。鐵合金的優(yōu)點(diǎn)在于其價(jià)格較低，但其金屬元素收得率低、雜質(zhì)含量高，不利于提升鋼鐵品質(zhì)。同時(shí)，鐵合金本身的制備工藝粗放、能耗物耗高、并產(chǎn)生大量煙塵、廢渣、廢氣，環(huán)境污染嚴(yán)重。

純金屬加入的優(yōu)點(diǎn)在于其濃度高、應(yīng)用簡(jiǎn)便、部分金屬熔化性好，有利于提升鋼鐵品質(zhì)；缺點(diǎn)在于純金屬收得率偏低，且對(duì)部分金屬而言，如為了加快熔化速度直接將金屬研磨成粉末狀加入，導(dǎo)致合金元素在熔體燒損量多，材料耗損大，且高溫下產(chǎn)生各類氧化物、氮化物、氫化物等雜質(zhì)，對(duì)鋼鐵純凈度產(chǎn)生影響，如以金屬錠的方式加入則導(dǎo)致合金元素在熔體中熔化速度慢、熔化不均勻，亦影響制備效率和鋼鐵品質(zhì)。

鋼鐵行業(yè)合金元素添加劑技術(shù)發(fā)展的歷程

目前國(guó)內(nèi)外鋁合金行業(yè)從事合金元素添加劑業(yè)務(wù)的其他主要公司的錳劑產(chǎn)品尚未實(shí)現(xiàn)在高濃度下低溫快速熔化的技術(shù)突破，上述企業(yè)未在鋼鐵行業(yè)推出類似功能的產(chǎn)品。

鋼鐵企業(yè)關(guān)注的要點(diǎn)是其自身的產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益。目前對(duì)純凈度要求高的特種鋼中錳元素的添加主要使用電解錳純金屬，但電解錳在熔體燒損量多，材料耗損大，收得率偏低且不穩(wěn)定，電解錳的收得率低導(dǎo)致下游鋼鐵客戶用錳成本增加，影響經(jīng)濟(jì)效益。為提升收得率，部分電解錳廠商將電解錳熔煉成金屬錳錠，盡管收得率有所提升（最高一般達(dá)到 90%左右）,但其氮含量大幅提高，且在熔體中熔化速度慢、熔化不均勻，亦影響制備效率和鋼鐵品質(zhì)。

鋼鐵行業(yè)產(chǎn)品技術(shù)方案涉及多學(xué)科交叉融合，具有較高的技術(shù)門(mén)檻

由于鋼鐵和鋁合金在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)條件及工況、對(duì)錳添加劑的要求均有較大差異，鋼鐵行業(yè)錳劑產(chǎn)品并非對(duì)鋁合金行業(yè)合金元素添加劑技術(shù)的簡(jiǎn)單復(fù)制，產(chǎn)品涉及多學(xué)科多領(lǐng)域的交叉融合和技術(shù)創(chuàng)新：

A.冶金：熟悉鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)條件及工況、對(duì)錳元素添加的要求，在不改變下游鋼鐵冶煉工藝流程、不重新添置設(shè)備的前提下，實(shí)現(xiàn)錳劑產(chǎn)品高收得率、快速熔化等效果；

B.材料學(xué)：針對(duì)電解錳氮含量形成的原因，自主研發(fā)的“燒結(jié)脫氮技術(shù)”，使錳劑產(chǎn)品較電解錳、金屬錳錠等產(chǎn)品含氮量大幅降低，滿足高純凈度鋼種制備對(duì)低氮含量的要求；

C.物理、化學(xué)：綜合使用物理、化學(xué)方法對(duì)產(chǎn)品比表面積調(diào)整和控制，提升錳收得率和熔化性能；

D．粉末冶金：運(yùn)用粉末冶金技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同松裝比的材料在產(chǎn)品中均勻分布，同時(shí)將產(chǎn)品的密度調(diào)整至適宜在鋼水中熔化的指標(biāo)；

E.熱動(dòng)力學(xué)：結(jié)合錳元素不同粒徑下的熔化性能，運(yùn)用熱動(dòng)力學(xué)原理調(diào)整錳劑產(chǎn)品內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)其在熔體中快速熔化并達(dá)到合金化過(guò)程中均勻分布的目標(biāo)。

目前提供合金元素添加劑解決方案的公司仍主要集中在鋁合金行業(yè)

如前所述，合金元素添加劑技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用，并非是對(duì)鋁合金行業(yè)技術(shù)的簡(jiǎn)單復(fù)制，而是在針對(duì)鋼鐵行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行多學(xué)科交叉融合的技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)。高濃度合金元素添加劑制備技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)外鋁合金行業(yè)從事合金元素添加劑業(yè)務(wù)的主要公司的錳劑產(chǎn)品尚未實(shí)現(xiàn)高濃度下低溫快速熔化的突破，以國(guó)際知名同行業(yè)公司 AMG、Hoesch、Bostlan 為例，AMG、Hoesch 錳劑產(chǎn)品濃度最高為 85%，Bostlan 最高為 90%。

目前國(guó)內(nèi)外從事合金元素添加劑的公司 AMG、Hoesch、Bostlan、哈爾濱東盛、 四川蘭德等產(chǎn)品仍主要集中在鋁合金行業(yè)，均未在鋼鐵行業(yè)推出類似功能的產(chǎn) 品。