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粉末冶金在钢铁企业的应用及发展

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[摘要]钢铁工业是我国的支柱产业之一,有很多技术在世界上都处于领先地位。粉末冶金技术既具有传统冶金技术的优点,同时也发挥了现代科学技术的重要力量,是一种更加科学和现代的技术,能够满足现代工业发展的需求。目前我国的钢铁行业利润率逐渐降低,在环保越来越受到重视的情况下,钢铁行业的发展举步维艰,因此粉末冶金等更加环保高效的技术的应用也显得至关重要。

[关键词]钢铁工业;粉末冶金;技术应用

引言:

受2008年金融危机的影响以及钢铁产能迅速扩大等原因,我国钢铁企业生产经营面临着巨大的困境。钢铁企业必须寻求新的经营方式,寻找新的利润增长点,其中钢铁粉末冶金材料是重要的发展方向。粉末冶金是近年来出现的一种新型材料技术,在钢铁行业专业人士的研究下,有了突破性进展,目前粉末冶金已经成为制备高性能机械零件和材料的技术之一。粉末冶金技术的应用既能够降低污染,又能够提高生产效率和生产质量,促进企业的可持续发展。

一、粉末冶金技术的特点

粉末冶金就是将金属粉末混合起来作为原料,通过压制、烧结等方式进行处理,得到金属材料或者金属制品的一项技术。运用粉末冶金技术进行制造,过程中几乎不需要进行切削加工,因此造成的污染较小,原材料利用率也较高,相对于传统技术成本较低,能够在自动化批量生产中得到应用,有效降低生产的资源能源消耗。金属切削加工中材料利用率不到50%,而运用粉末冶金技术,材料利用率能够达到95%以上。随着雾化制粉等技术的发展,粉末冶金技术在钢铁行业中必将得到更广泛的重视。粉末冶金技术与传统铸造和熔炼技术不同的是能够尽可能降低合金成分偏析,因此能够更加轻松的实现材料复合,将不同原材料的优良性能充分发挥出来,具有高性能、低成本等优点,一些钢制品有时用铸造或者熔炼技术难以生产或者无法生产,采用粉末冶金技术就能够成功生产。例如在制备粉末冶金高速钢的过程中,钢中的碳化物由于冷却时间较短而无法形成沉淀和团块,因此消除了钢中较为粗大的碳化物偏析,制备的钢材具有更加优良的韧性和耐磨性,传统熔炼技术很难实现。

二、含铁粉尘的应用现状分析

钢铁企业都有着丰富的可用含铁粉尘,如果能够充分利用这部分资源,就能够为企业带来巨大的经济效益。粉尘处理后能够得到含铁尘泥,用于加工轧钢、炼钢和炼铁等。每吨钢材能够产生的含铁尘泥最低约有100千克,可利用空间较大,但是也存在一定的问题,第一是各种尘泥的成本存在很大差异,第二是一些尘泥中有有害元素,会影响高炉冶炼的效果和质量,甚至减少高炉寿命。因此在利用过程中,必须清除其中的锌、铅等有害元素,但是不同尘泥成分不同,差异较大,去除有害元素难度较大,如果能够解决这个问题,含铁粉尘的应用将会有优良的环保意义。一些小企业将尘泥堆积起来处理,不仅占用了大量土地,含铁尘泥还会产生扬尘,造成空气污染和水污染,含铁尘泥中含有的锌、铅等有害元素也会危害人体健康,并且得不到充分利用。如果将含铁尘泥送到砖厂或者水泥厂作为配料使用,尘泥的利用性价比极低,其中的有害元素也会进入到砖块、水泥等建材中,在建筑行业中应用同样会引发环境污染问题。

三、粉末冶金在钢铁企业中的应用

(一)直接还原铁炼钢。企业可以使用氧化铁在固态下进行还原来生产直接还原铁,具有纯度高、化学成分稳定等优点,可以代替部分废钢用于电炉炼钢。传统废废钢进行电炉炼钢,虽然废钢来源广、资源丰富,但是化学成分不稳定,炼制过程中不易掌握和控制,如果适量加入直接还原铁,就能够显著改善钢的化学成分,提高钢水的质量和产出效率。

(二)氧化铁皮生产还原铁粉。大型钢铁企业在生产过程中会产生大量的钢铁除尘灰和氧化铁皮,能够用于生产还原铁粉,氧化铁皮是一种固态废弃物,具有杂质少、铁元素含量高的优点,能够用于提纯,提纯后得到的铁粉再进行处理,能够得到性能优良的铁粉,这些铁粉能够用来生产还原铁粉。在炼钢过程中还会产生除尘灰,将除尘灰进行沉降处理,可以得到含铁尘泥,对尘泥进行干燥、磁选、去除杂质等处理后,将得到的铁粉在进行表面粗糙化处理,能够显著提高性能。由于铁粉在众多生产领域中的广泛应用,铁粉质量会对机械制造、汽车生产和家电生产等众多产业造成影响,尽可能去除有害元素和杂质,得到纯度更高、性能更好的粉末料是粉末冶金研究的重点技术。

(三)钢水生产雾化铁粉。雾化铁粉是将钢水在雾化器内用高压水切断、分散,然后裂化为非常小的液滴,液滴在进行脱水、烘干、还原和筛分等工序制作而成。上世纪七十年代,一名德国人将这种技术进行了改进,在高温环境下还原雾化铁粉,铁粉能够形成局部烧结,粉末颗粒的性能更加优良。雾化铁粉具有压缩性好、纯度高等优点,非常适合用于制作粉末冶金制品,特别是制作磁性材料和高密度零件等。

四、直接还原铁在中外钢铁企业中的生产情况

大型钢铁企业一般都有丰富的可以利用的钢铁二次资源,如果能够充分利用这部分资源,在一定程度上能够缓解直接还原铁的原料问题。日本的川崎制铁是一家钢铁联合企业,工厂内每年能够出场含铁粉尘数十万吨,主要采取两种方法进行处理,一种是用固态碳还原优质氧化铁皮生产优质还原铁粉,年产量在15万吨以上,一种是用还原法制造直接还原铁球团,将含铁粉尘做成球状,然后使用还原剂得到直接还原铁,此钢铁企业年产量能够达到35万吨以上,生产的直接还原铁按照品味不同,可以用于生产还原铁粉或者用于高炉炼钢等。另一家钢铁企业新日铁则开发了使用含铁粉尘和炼钢粉尘生产直接还原铁的工艺,从粉尘中不仅能够得到直接还原铁,还能减少粉尘中的有害元素的含量,促进炼钢零排放目标的实现,预计直接还原铁年产量能够达到40万吨以上。武钢是我国生产直接还原铁的一个基地,生产还原铁粉的第一道工序就是生产直接还原铁,早在上世纪六十年代,武钢就开始研制使用氧化铁皮生产还原铁粉的工艺,1985年武钢建设了我国第一条还原铁粉生产线,目前武钢已经有4条隧道窑海绵铁生产线,年产量能够达到5万吨以上。天津钢管集团则创新使用“海绵铁+铁水+废钢”的冶炼技术,大大提高了冶炼速度,并且有效降低了钢材中的有害元素含量。宝钢集团也一直致力于钢铁二次资源的开发利用,2001年宝钢对含铁二次资源进行了统一管理,累积已有将近500万吨的资源得到利用,降低成本增加效取得了良好的效果,有效提高了经济效益和社会效益。

结束语

综上,近年来环保问题成为社会各界广泛关注的问题,钢铁行业利润空间进一步缩减,如果能够充分利用粉末冶金技术的优良性状,能够为钢铁企业带来巨大的经济效益和广阔的发展空间。近年来我国针对粉末冶金的研究有了一定成绩,但是与发达的工业国家相比仍然有较大差距。加强技术研究,加快新产品研制速度,才能促进我国粉末冶金技术的进一步发展。

参考文献:

[1]李元元.粉末冶金高致密化成形技术的新进展[J].粉末冶金材料科学与工程,2016(08).

[2]肖志瑜.粉末冶金高致密化的新途径[J].材料导报,2013(04).

[3]迟悦.粉末冶金高速压制成形技术[J].粉末冶金工程,2015(05).

作者:杨永 单位:六盘水师范学院化学与材料工程学院

粉末冶金在钢铁企业的应用及发展责任编辑:张雨    阅读:人次