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開發稀土鋼 提高(gāo)稀土消費 提(tí)升(shēng)鋼材質量
時間:2016-09-22 來源:www.hbcxblg.com

日前,包鋼稀土(铌、鈦)鋼推進工(gōng)作(zuò)委員會成立。包鋼稀土(铌、鈦)鋼推進工作委員的成立(lì)將有力(lì)地推進已有稀土在鋼中應用研究和實踐成果的產業化,打造中(zhōng)國特色鋼(gāng)材品牌(pái),提升包鋼公司鋼鐵產品的影響力(lì)和競爭力。據介紹,包鋼稀土(tǔ)(铌、鈦)鋼推進工作(zuò)委員會同時還設(shè)立了推進工作辦公室和6個推進工作小組,分別負責稀土合金製備、稀土在鋼(gāng)中作用機(jī)理、稀土加入工藝研究、稀土鋼產品開發、稀土鋼標準製定和(hé)稀(xī)土鋼品牌建(jiàn)設等(děng)工作。

    我們不(bú)缺鋼缺“精品鋼”

    相關統計數據顯(xiǎn)示,2016年6月中(zhōng)國鋼材產量為10071.5萬噸,同比增長3.2%。2016年1~6月中國鋼材產量55992.1萬噸,同比增長1.1%。2015年(nián)全年中國鋼材產量為112350萬噸。單就數據而言,中國絕(jué)對是(shì)世界上當之無愧的鋼(gāng)產(chǎn)量大國,總產量占世界的一半以上。但是,值得注意的是,我國鋼產品品質不高,優質鋼很少。

    相關研究資料顯示,在鋼的冶煉過程中,添加稀土元素可以顯著提高鋼的(de)品質,因此,加大稀土鋼的(de)研發生產勢在必行。同時,由於稀土元素的不可(kě)分采性,造成稀土元素產量(liàng)較大但應用量相對較少,而且(qiě),近年來,受稀土氧化物價(jià)格因素影響,La、Ce及Y、Tm、Yb等稀土產品積壓。要解決這一問題,應著重從稀土(tǔ)鋼領域(yù)加快開發(fā)應用,將這些稀土,特別是以釔(Y)為代表的中、重稀土(tǔ)用於生產稀土鋼,既可提高國產(chǎn)鋼的品質,開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的鋼材品種,又可消化積壓的稀土產品。由此可見,加(jiā)快(kuài)稀土鋼的開(kāi)發應用具有積極的經濟意義。

    就中國鋼鐵工業而言,中(zhōng)國鋼鐵工業發(fā)展主(zhǔ)要靠內需。目前來看,全球(qiú)範圍(wéi)內的鋼鐵工業產能過(guò)剩是多種產能、供給(gěi)過剩背景下(xià)產生的。目前全球鋼鐵需求進入相對穩定甚至緩慢下(xià)降(jiàng)階段,因此(cǐ)中國鋼鐵工業靠外需來消化過剩產能是非常(cháng)困難的。所以,中國鋼鐵工業的出路在於提高和改善鋼(gāng)鐵產品質量,擴大鋼鐵下遊產品的使用,並且能夠擴大出口,這才是保持高產能的出路(lù)所在。但國際市場(chǎng)的容量(liàng)就是那麽大(dà),而且有強勁的競爭對手(shǒu),擴大(dà)市場並不容易。在這樣的背景下,研發冶煉稀土鋼勢在必行。

    相關數據顯示,1986~2015年的30年,全球生鐵和粗鋼產量(liàng)分別增加(jiā)6.237億噸、8.50億(yì)噸(dūn),其中(zhōng)中國分(fèn)別(bié)增加6.84億噸、7.445億噸,中國的(de)貢獻分別為109.67%、87.60%,剔除中國的產量,全球生鐵產量不僅沒有(yǒu)增加,還下降了3830萬噸,粗鋼產量增加了9150萬噸,年(nián)均增加微弱。

    由此可見,過去30年全球生鐵產量主要是中國生產和供給(gěi),其他(tā)國家產量在減少,而(ér)生鐵的需求主要在中國,中(zhōng)國生鐵出口很少。這意味著過去30年(nián)世(shì)界其他國家對生鐵(tiě)需求總量沒有增加而是(shì)在(zài)減(jiǎn)少。事(shì)實上從2000~2014年的15年,全球鐵礦石增量的(de)99%是中國消費的(de)。由此可見,如果中(zhōng)國鐵(tiě)礦石進口需(xū)求不增(zēng)加,世界鐵礦石需求就不會增加。

    世界粗鋼產量(liàng)在過去的30年(nián)平均每年增加(jiā)30萬噸(dūn)左右(yòu),如(rú)果用35年(nián)的數據(1981~2015),全球粗鋼產量增加7380萬噸,年均增(zēng)加隻有21萬噸左右。從2007年世界粗(cū)鋼產量(不包(bāo)括中國)達到曆史最高水平8.51億噸之後,就再也沒有超過這一(yī)紀錄。這說明,除中國之外,全球(qiú)粗鋼需求量進入相對穩定甚至緩慢下降階段,世(shì)界每年粗(cū)鋼需求大體在8.1億噸~8.3億噸之間,目(mù)前是高水平階段,今後的趨勢是下降而不是上升。

    但是,值得注意的是,中國的鋼產量主要是以粗鋼為主,高品質(zhì)鋼材比較少。所謂高(gāo)品質鋼是指具有更高(gāo)性能、更長壽命、環境友好的高技術含量、高附加值的特(tè)殊鋼品種。特種鋼的生產是體現一(yī)個國家整(zhěng)體(tǐ)工業發(fā)展水平(píng)的重要(yào)標誌。其代表(biǎo)了特殊鋼材(cái)料的發展方向對(duì)保障國家重大(dà)工程(chéng)建設、提升裝備製造水平、促進節能(néng)減排和相關應用領域技(jì)術升級具有重要意義。

    國內特鋼消費市場中潛力較大的領(lǐng)域是工程機械、石油化工、電站(核電、火電)、運輸機械(含高速列(liè)車、汽(qì)車等)、航空及軍工等行業。從目(mù)前來看。工(gōng)信部《新材料產業“十二五”發展規劃》中提到建立高品質鋼的基地。山西太原、湖北武漢、河南舞陽、天津等地建設若幹專業化(huà)高品質特殊鋼生產基地。重點建設華(huá)東高品質特殊鋼綜合生產基地。依托鞍山、大連等老工業基地。國家政策對高品(pǐn)質鋼的扶持態度可見一斑。

    而稀土元素在鋼冶煉中(zhōng)的(de)應用(yòng)可(kě)以很好地解決鋼材品質難題,鋼中有了稀土後,其性能得以提高,表現在深衝性能、抗腐蝕性、耐磨性、拉拔性等。稀(xī)土與鋼液中的(de)氧、硫等雜質的化學親和力(lì)大,在煉鋼溫度(約1873K)下(xià)稀土能同鋼液中的氧、硫等雜質反應生成稀土氧化物、硫化物或氧硫化物。這些反應的(de)脫氧平衡常(cháng)數或脫硫平衡常(cháng)數低於或(huò)接近於常用的(de)脫氧劑和脫硫劑。因此稀土(tǔ)鋼添加劑可作為(wéi)鋼液的強脫氧劑和脫硫(liú)劑而(ér)起淨化作用。常用的稀(xī)土鋼添加劑主要為混合稀土金屬或高品位(RE>27%)稀土矽鐵合金,有時也使(shǐ)用混合還(hái)原劑的稀土(tǔ)氧化物。稀土與鋼液中的(de)氧、硫反應生成的氧化物、硫化物或氧硫化物可部分殘留在鋼液中,成為鋼中的夾雜物。由於這些夾雜物的熔(róng)點高,可作為鋼液凝固時的非勻質成核中心(xīn),起細化鋼(gāng)的凝固組織作用;又由於這些夾雜物在軋鋼溫度(dù)下不易(yì)變形,仍保持細小的球形或紡(fǎng)錘形,使鋼中的夾雜物(wù)形態得到控製,從而避免或克服鋼材(cái)在熱壓力加工時由於其他(tā)種類夾雜物(如MnS)延伸變形所導致的鋼材性(xìng)能的各向異性,而使鋼材的(de)縱向、橫向與厚度方向的性能趨於一致。稀土(tǔ)處理鋼材(cái)的這種變質作用是目(mù)前稀土鋼添加劑最主要的應用內容。鋼中可能固溶(róng)微量稀土(tǔ),特別是高碳鋼和合金含量較(jiào)高的某些合金鋼固溶稀土量較高(萬分(fèn)之幾(jǐ)),可能產生某些合金(jīn)化作用(yòng)。這(zhè)種合(hé)金化作用表現(xiàn)為稀土影響鋼的(de)相(xiàng)變過程,改變相變產物的組成與結構,從而(ér)使鋼的疲勞性能和耐腐蝕性能變好,以及提高鋼的顯微硬度。目前以(微)合金化為目的而使用的稀土鋼添加劑(jì)量所占的比例較少。為實(shí)現稀土對鋼的(微)合金(jīn)化作用,必(bì)須較嚴格地控製冶金條件。使用的稀土(tǔ)鋼添加劑主要是單一稀土金屬及其鐵合金,如Fe-Ce、Fe-Y等,有時(shí)也使用混合稀土(tǔ)金屬。

    道路坎坷(kě)前景廣闊

    上世紀(jì)七八十年代,稀土鋼曾(céng)經作為成熟產品出現在我國鋼鐵產品名單(dān)上。但是(shì),近年(nián)來,由於多種原因,稀土鋼這一具有中國資源特色的(de)鋼材品(pǐn)種的研發生產陷入低穀。根據中國稀土(tǔ)學會的統計數據,2011年,我(wǒ)國稀土鋼產量僅為60萬噸,產量急劇萎縮。稀土鋼(gāng)的這一現狀,引發了相關專家學者(zhě)的憂慮。那麽,稀土(tǔ)鋼的開(kāi)發現狀(zhuàng)如何(hé)?發展稀土鋼的作用在哪裏?

    業內專(zhuān)家表示,稀土對鋼鐵生(shēng)產有三大作用:淨化鋼液、變質(zhì)夾雜、微合金化。在鋼鐵生產(chǎn)過程中加入稀土可以提高鋼材的強度、衝(chōng)擊韌性、耐腐蝕性等性能。因此(cǐ),稀土在普鋼、特鋼甚至不鏽鋼生產中都有著不可替代的作用(yòng)。相對於美國、日本(běn)等技術先進國家,我國稀土鋼研發起(qǐ)步較晚,但是進展迅(xùn)速(sù)。上世紀90年代,我國已有可批量生產的(de)稀土鋼品種9個(gè),最高年產量達到168萬噸。不(bú)過,隨著爐外精煉技術的普及,用(yòng)稀土淨化鋼液(yè)的作用被弱化。加之稀土價格高企,在特殊鋼中加入稀土生產成本(běn)過高,企業研發生產稀土鋼(gāng)的(de)積極性受挫(cuò)。在這種情況下(xià),2011年,武鋼稀土鋼產量由35萬噸降到10萬噸(dūn),本鋼則從40萬噸(dūn)降到20萬噸(dūn),太鋼也從30萬噸降到(dào)10萬噸。

    當前,我國稀土鋼(gāng)研發生產(chǎn)的持續低迷,折射出由國(guó)家倡導的稀土在鋼鐵生產中應用工作的疲弱。“中國是世界鋼(gāng)鐵大國,但是鋼鐵品種質量與國際(jì)先進水平相(xiàng)比還有相當大的(de)距離。我國(guó)是稀土大國,用稀土材料強化和提升鋼鐵傳統產業具有(yǒu)重要意義。”中國稀(xī)土學會秘書長助理盧先利說(shuō)。他用一組數據說明了國(guó)內(nèi)外在稀土鋼應用方(fāng)麵存在(zài)的差距:美國鋼產量達(dá)到1億噸/年時,稀土鋼產量接近800萬噸/年,而(ér)我國鋼鐵產量已達到7億噸/年,稀土鋼產量卻不足100萬噸/年。

    盧先利認為,如果我國的稀土鋼產量能夠達到2000萬噸/年,那麽,每年(nián)可消耗(hào)混合稀(xī)土(以過(guò)剩的鑭、鈰為(wéi)主)1.2萬噸。從這個角度(dù)來看,發展稀(xī)土鋼不(bú)但(dàn)可以(yǐ)促進鋼鐵產業升級,還可以(yǐ)實現(xiàn)稀(xī)土元素的綜合利用,對促進稀土行(háng)業(yè)健康(kāng)發展同(tóng)樣具有積極作用。

    “作(zuò)用(yòng)機(jī)理曾(céng)是阻礙稀土在鋼鐵生產中應用的巨大屏障。但(dàn)是(shì),今天這一阻力正在消除。”一直從事稀(xī)土鋼(gāng)研究的北京鋼(gāng)鐵研究總院教授王龍妹表示。經過大(dà)量的研究實驗,稀土鋼的作用機(jī)理目前已經十分明確,並在生產實踐中得到肯定。美國、日本、法(fǎ)國、瑞典、俄(é)羅斯等國在(zài)生產特殊鋼(gāng)時都會加入稀土,日本更是在(zài)稀土鋼(gāng)方麵擁有大量專利(lì)。建(jiàn)議國(guó)內研究單位與生產企業緊密配合,將研發與市場結合起來,賦予稀土鋼研發新的動力。

    長期從事稀土鋼研(yán)究(jiū)工作的東北大學教授戢景文認(rèn)為,我國鋼材產(chǎn)品均勻性(xìng)差、穩定性差,加入稀土對這些問題(tí)的改善有極大幫助。在潔淨鋼條件下,稀土鋼開發前景同樣廣闊。他建議,企業應針對實際問題開展(zhǎn)研發,要注重新(xīn)品種和新裝備的推(tuī)廣應用。

    事實上,盡(jìn)管遭遇諸多困難,我國的稀土鋼研發工作一直在頑強地推(tuī)進著。近年來,包鋼開發了深受市場歡迎的稀土耐磨板、稀(xī)土特殊油井管(guǎn)等(děng)多種稀土鋼產品;太鋼(gāng)在不鏽鋼生(shēng)產中加入稀土,以提高產品性能,降低(dī)生(shēng)產成本。尤為可喜的是,在學術界(jiè)對稀(xī)土鋼不(bú)置可否的時候,本鋼采用傳統的稀土喂絲法成功生產出(chū)氣瓶鋼,成為(wéi)本鋼重要的創效產品。但是,企(qǐ)業的研發工作多為單兵作戰,不能形成(chéng)合力,這使得稀土在鋼鐵生產中的應用難以取得突破性進展。

    盧(lú)先利說:“目前(qián),我國(guó)稀土在鋼鐵生產中的應用工作已到了關鍵時期,稀土加入工藝及設備落後、稀土鋼的品種和產量少、稀(xī)土在各類鋼中的作用機理(lǐ)研究還不深入(rù)等方麵問題亟待解決。同時,這些問題的解決,急需方方麵麵的(de)配合支(zhī)持,特別需要(yào)國家層麵上的政策扶(fú)持和引導。建議工業(yè)和信息化部將稀(xī)土在鋼鐵生產中的應用工作列入到稀土產業調整升級專項。”

    開發稀土鋼工藝是(shì)關鍵(jiàn)

    將稀土元素加入鋼中,提高鋼的強度、耐磨性能和抗氧化性能,改善和(hé)優化鋼材的質量,這已經成為(wéi)業界共識(shí)。我(wǒ)國(guó)稀土在鋼中應用的曆史(shǐ)已有三十(shí)多(duō)年(nián),牌號達幾十個。迄今,我國的稀土鋼(輕稀土鋼)主要分兩大類:一是含Cu、P類(lèi)稀土(tǔ)低合金鋼,利用稀(xī)土(tǔ)改善鋼的(de)耐蝕性(xìng);二是含Mn、Nb、V、Ti稀土低合金鋼,利用稀土除改善鋼的耐蝕性外,更主要(yào)是改(gǎi)善鋼的強度和耐磨性。

    我國稀(xī)土鋼(輕稀土鋼)的主要生產基地是武鋼、包鋼、本鋼、太鋼、攀鋼等企業。2011年,我國輕稀土鋼的產量約60萬噸,最高年產量是20世紀90年代,曾達168萬噸。我國(guó)輕(qīng)稀土鋼(gāng)占鋼總產量的比例不足0.5%(2004年),而美國在20世紀七(qī)、八十年代稀土鋼(gāng)產量已達700萬~900萬噸,占鋼總產量的9%左右。

    在我國稀土鋼的各鋼種(zhǒng)中,迄今消費的主要是輕(qīng)稀土,尚未消費及(jí)形成正規牌(pái)號的中、重稀土鋼種(zhǒng)。眾多的(de)研究和試驗表明,尤以重(chóng)稀土為(wéi)對象冶煉(liàn)的鋼材,其(qí)性能與指(zhǐ)標,是輕稀土鋼難以比(bǐ)擬(nǐ)的。例如,以Y基重稀土鋼材製作的火車輪轂,其性能明顯(xiǎn)地優於以輕稀土(tǔ)鋼材製作的火車輪轂。

    當前,稀土在高(gāo)科技與社會發展中的作用廣為人知。但世人並不清楚,迄今並不是全部的稀土元素都能得到充分的利(lì)用,還有許多(duō)稀土元素的應(yīng)用麵與應用量十(shí)分有限。目前,應用量較大的稀土元素,隻是其中的一部(bù)分,例(lì)如La、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy等;而另一些稀土元素卻尚未進入量大麵廣的應用階段,例如(rú)Tm、Yb、Lu等;Y元素則因配分(fèn)含量高(gāo),產量大,盡管有(yǒu)一定(dìng)的應用量,但應用量與產量相比,相對較小,導(dǎo)致(zhì)產品積壓;由於價格及應用量減少等原因,也導(dǎo)致La、Ce等元素(sù)的積壓。

    我國優勢的南方離子型稀土資源,配分齊全,尤其是(shì)中(zhōng)、重稀土含量高,特別是以龍南為典型代表的離子(zǐ)型(xíng)重稀土礦床,其Y2O3配分含量高達60%以(yǐ)上。礦床中的稀土(tǔ)礦物,是包含(hán)著整個稀土族15(或17)個元素共生在一起、不可分割的自然界共(gòng)生體。也就是說,在這種礦(kuàng)床中,每一個(gè)單獨的稀(xī)土元素,都不可能以(yǐ)獨立(lì)的礦物形態而賦存,因此不(bú)可能在礦山開采時將每一個(gè)稀土元素單獨地分采,實現以銷定產,消除積壓。而若需將(jiāng)每一稀(xī)土元素逐個分開,則需通過後麵的濕法冶煉(liàn)加工工藝,才能將其分離,從而(ér)獲得單一的稀(xī)土產品。可見,隻要某些稀土元素的應(yīng)用麵與應用量未予拓開,則這些稀土元素的積壓是必然的,例如前麵提到的Y、Tm、Yb等稀土元素,這是(shì)礦物、礦床賦存(cún)特征自然規(guī)律所決定(dìng)的。

    有鑒於此,國家近年來出台的稀土“收儲”政策,即是解決上述困局的措施之一。所(suǒ)以,我國稀土產業(yè)若要獲得更大(dà)的(de)發展(zhǎn),從源頭上減少或消滅滯銷(xiāo)、積壓現象,真正使每個稀土元素(sù)都能得到綜合利用,隻有從技術層麵上(shàng)來解決真正擴大(dà)每個稀土元素的應用麵和應(yīng)用量問題,才是“治本”的根本、有效的(de)途徑。

    而(ér)在冶煉過程中,工藝技術是稀(xī)土在鋼中應用的關鍵。如果說十幾年前鋼鐵行業對稀土(tǔ)在鋼中應用還頗為認可的話,那麽,隨著爐外精(jīng)煉技術的普及,稀土的脫氧、脫硫作用被(bèi)取代,目前這一認同已蕩然無存。在調查(chá)了國內多(duō)家鋼鐵企業之後,業內專家認為,其中原因有三:一是由於稀土容(róng)易與鋼中的其他元(yuán)素產生不良反應,不好固熔、不好加入;二是鐵水(shuǐ)預處理(lǐ)技術使得鋼水成分變化,稀土的加入缺乏適當的量化標準;三(sān)是采(cǎi)用連鑄工藝後,已經在模鑄(zhù)工藝中成熟(shú)的喂(wèi)絲、吊掛等(děng)加入方法失效。這三個原因使得稀土在鋼中應用鮮有成功範例,更缺乏批量生(shēng)產。

    稀土在鋼中應用困難,不是稀土本身的問題,而是與之相匹配的工藝問題。作為稀土鋼研究工藝的(de)專(zhuān)家,成國光和他的課題小(xiǎo)組從5年前開始關注稀土(tǔ)鋼工藝。借鑒國外在鋼水中(zhōng)加入複合合金的做法,他(tā)們研製出一種稀土鋁鐵合金(jīn),以解決連鑄生產中稀土加入的麻煩。成國光認為,這一(yī)做法是在(zài)傳統鋁係(xì)脫氧基礎上添加一定量的稀土元素,起(qǐ)到(dào)複合脫氧和高效去除夾雜物的作用,同時避免了過去加(jiā)入稀土矽鐵合金導致矽含量超標的弊端,可顯著提高鋼水潔淨度(dù)。由於稀土加(jiā)入(rù)量適當,業內人士擔心的水(shuǐ)口堵(dǔ)塞的現象並沒有出現。

    製(zhì)造稀(xī)土鋼包鋼已先行

    稀土鋼的研發(fā)製造,既能增加稀土的消費(fèi),又能提(tí)高鋼的品質,可謂一舉多得。

值得慶賀的是,在稀土鋼製造領域,包鋼已經成為先行者。

    8月18日,包鋼重要結構調整項(xiàng)目——稀土鋼板(bǎn)材廠冷軋工程連續退火機組1號線熱負荷試車,包鋼稀土鋼板材廠冷軋工(gōng)程是該(gāi)公司做強做精的重要支點,也是打造稀土鋼品牌的重點項目,由中國(guó)五冶集團承建。連續退火機組1號線和2號線設計年(nián)產(chǎn)能(néng)分(fèn)別為90萬噸和63萬噸,其(qí)中2號線已於2015年11月熱負荷試車,生產的(de)退火商品卷已經實現銷售。


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