日前,包鋼稀土(铌、鈦(tài))鋼推進(jìn)工作委員會成立(lì)。包鋼稀土(铌、鈦)鋼推進工作委員的成立將(jiāng)有力地推進(jìn)已有稀土在鋼中應用研究和實踐(jiàn)成果的產業化,打造中(zhōng)國特色鋼(gāng)材品牌,提(tí)升包(bāo)鋼公司(sī)鋼鐵產品的影響力和競爭力。據(jù)介紹,包鋼稀土(铌、鈦)鋼推(tuī)進工作委員(yuán)會同時還設立了推進工作辦公(gōng)室和6個推進工作小組,分(fèn)別負責稀土(tǔ)合金製備、稀土在鋼中(zhōng)作(zuò)用機理(lǐ)、稀土加入工藝研究、稀土鋼產品開發、稀土(tǔ)鋼標準製定(dìng)和稀土鋼品牌(pái)建設等工(gōng)作。
我們不缺鋼缺“精品鋼”
相關統計數(shù)據顯示,2016年6月中國鋼材產量為10071.5萬噸,同比增(zēng)長3.2%。2016年1~6月中國鋼材產量55992.1萬噸,同(tóng)比增長1.1%。2015年全年中國鋼材產量(liàng)為112350萬噸。單就數據而言(yán),中國絕對是(shì)世界上當之無愧的鋼產量大國(guó),總產量占世界的一半以上(shàng)。但是,值得注意的是,我國鋼產品品質(zhì)不高(gāo),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(tǔ)元素可以顯(xiǎn)著提高鋼的品質,因此,加大稀土鋼的研發(fā)生產勢在必行。同時,由於(yú)稀土元素的不可分(fèn)采性,造成稀(xī)土元素產量較大但應用(yòng)量相對較少,而且,近年來,受稀土氧化物價格(gé)因素(sù)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(cóng)稀土鋼領域加快開發應用,將這些(xiē)稀土,特別是以釔(Y)為代表的中、重稀土用(yòng)於生產稀土鋼,既可提高國產鋼的品質,開發具有中國特色的鋼材品種,又可消化積壓(yā)的稀土產品。由此可(kě)見,加快稀土鋼的(de)開(kāi)發應用具有積極的經濟意義(yì)。
就中國鋼鐵工業而言,中國(guó)鋼鐵工業發展主(zhǔ)要靠(kào)內需(xū)。目(mù)前來看,全球範圍內的鋼鐵工業產能過剩是多種產能、供給過剩背景下產生的。目前全球鋼鐵需求進入相對穩定甚至緩慢下降(jiàng)階段,因此中國鋼(gāng)鐵(tiě)工業靠外需來消化過剩產能(néng)是非常困難的。所以,中(zhōng)國鋼鐵工(gōng)業的出(chū)路在於提高和改善鋼鐵產品質量,擴大鋼(gāng)鐵下遊產品的使用,並且能夠擴(kuò)大出口(kǒu),這才是保持高(gāo)產能的出路所在。但國際市場的容量就是那麽大,而且有強勁(jìn)的競爭對手,擴大市場並不容(róng)易。在這樣的背景下,研發冶煉稀土鋼(gāng)勢在必行(háng)。
相關數據顯示,1986~2015年的30年(nián),全球生鐵(tiě)和粗鋼產量分別(bié)增加6.237億噸、8.50億噸,其中中國分別增加6.84億噸、7.445億噸,中國(guó)的貢獻分(fèn)別為109.67%、87.60%,剔除中國的產量,全球生鐵產量(liàng)不(bú)僅(jǐn)沒有增加,還下降了3830萬噸,粗鋼產量增加了9150萬噸,年均增(zēng)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,其他國家產量在(zài)減少,而生鐵的需求主要(yào)在中國,中國生鐵出口(kǒu)很少。這意味著過去30年世界其他國家對生鐵需求總量沒有增加而是在(zài)減少。事(shì)實上從2000~2014年的15年,全球鐵礦石增(zēng)量的99%是中國消費的。由此可見(jiàn),如果中國鐵(tiě)礦石進口需(xū)求不(bú)增加,世界鐵礦石需求就(jiù)不會增加。
世界粗鋼產量(liàng)在過去的30年(nián)平(píng)均每年增加30萬噸左右,如果用35年(nián)的數據(1981~2015),全球粗鋼產量增加7380萬噸,年均增加隻有21萬(wàn)噸(dūn)左右(yòu)。從2007年世界粗鋼產量(不包括中國)達到曆史最高水平8.51億噸之後,就再也(yě)沒有超過這一紀錄(lù)。這說明,除中國之外,全球粗鋼需求量進入相對穩定甚至緩慢下降階段,世界每年粗鋼需(xū)求大體在8.1億(yì)噸~8.3億噸(dūn)之間,目前是高水(shuǐ)平階段,今後的趨勢是(shì)下(xià)降而(ér)不是上升。
但是,值得注意的是(shì),中國的鋼產量主(zhǔ)要是以(yǐ)粗鋼為(wéi)主,高品質鋼材比較少。所謂高品(pǐn)質鋼是指具有更高性(xìng)能、更(gèng)長壽命、環境友好(hǎo)的(de)高技術(shù)含量、高附加值的特(tè)殊鋼品種。特種鋼的生產是體現一個國家整體工業發展水平的重要標誌。其代表了特殊鋼材料的發展方向對保障國家重(chóng)大工程建設、提升裝備製造水平、促進節(jiē)能減排和相關應用領域技術升級(jí)具有重要意義(yì)。
國內特鋼消費(fèi)市場中潛力較大的領(lǐng)域是工程機械、石(shí)油化工、電站(核電(diàn)、火電)、運輸機械(含高速列車、汽車等(děng))、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(zhǎn)規劃》中提到建立高(gāo)品質鋼(gāng)的基(jī)地。山西太原、湖北武漢、河南舞(wǔ)陽、天津等地建設若幹專業化高品(pǐn)質特殊(shū)鋼生產基地。重點建設華東高品質特殊鋼(gāng)綜合生產(chǎn)基地。依托鞍山、大連等老工業基地。國家政策對高品質鋼的扶持(chí)態度可見(jiàn)一斑。
而稀土元素(sù)在鋼(gāng)冶煉(liàn)中的應用可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(fǔ)蝕性、耐磨性、拉(lā)拔性等。稀土與鋼液中的氧、硫等雜質(zhì)的化學親和力大,在(zài)煉鋼溫度(約1873K)下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(liú)化物。這些反應的脫氧平衡常數或脫硫平衡常數低於或接近於(yú)常用的脫氧劑和脫硫劑。因此稀土鋼(gāng)添加(jiā)劑可作為鋼液的強脫(tuō)氧劑和脫硫(liú)劑而起淨化作用。常用的稀土鋼添加劑(jì)主要為混合稀土金屬或高品位(RE>27%)稀土矽鐵合金,有時也使用混(hún)合還原劑的稀土氧化物。稀土與鋼液中的氧、硫反應生(shēng)成的氧化物、硫化物或氧(yǎng)硫(liú)化物可部分殘留在鋼液中(zhōng),成(chéng)為鋼中的夾(jiá)雜物。由於這些夾雜物的熔點(diǎn)高,可作為鋼液凝固時的非勻質成核中心,起細化鋼的凝(níng)固組織作用;又由於這些夾雜(zá)物(wù)在軋鋼(gāng)溫度下(xià)不(bú)易變形,仍保持細小的球形或(huò)紡錘形,使鋼(gāng)中(zhōng)的夾雜物(wù)形態(tài)得到控製,從而避免或克服鋼材在熱壓力加(jiā)工時由於其他種(zhǒng)類夾雜物(如MnS)延伸變形所導致(zhì)的鋼材性(xìng)能的各向異性,而使鋼材的縱向、橫向與厚度方向的性能趨於一致。稀土處理(lǐ)鋼材的這種(zhǒng)變質作用是目前稀土鋼添加劑最主要的(de)應用內容。鋼中可能固溶微量稀土,特別是高碳(tàn)鋼(gāng)和(hé)合金含量較(jiào)高的某些合(hé)金鋼固溶稀土量較高(萬分(fèn)之幾),可能產生(shēng)某(mǒu)些合金(jīn)化作用。這種合(hé)金化作用表現為稀土影響鋼的相變過程,改變相變產物(wù)的組成與結構,從而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(de)稀土鋼添加劑量所占的比例較少。為實現稀土對鋼的(微)合金化作用,必(bì)須較嚴格地控製冶金條件。使用的稀土鋼添加劑主要是單一稀土金屬及其鐵合(hé)金,如Fe-Ce、Fe-Y等,有時也(yě)使用混合稀土金屬。
道路坎坷前景廣闊
上世紀七八十年代(dài),稀土鋼(gāng)曾經作為成熟產品出現(xiàn)在我(wǒ)國(guó)鋼鐵產品名(míng)單上。但是,近年來,由於多種原因,稀土鋼這一具(jù)有中國資源特色的鋼材(cái)品種的研發生產(chǎn)陷入低穀。根據中國稀(xī)土學會的統計數據,2011年,我國稀土鋼(gāng)產量僅為60萬噸,產量急劇萎縮。稀土鋼的這一現狀,引發了相關專家學(xué)者(zhě)的憂慮。那麽,稀土鋼的開(kāi)發現狀如何?發展稀(xī)土鋼的作用在哪裏?
業內專家表示,稀土對鋼鐵(tiě)生產有三大作用(yòng):淨化鋼液、變質夾雜、微合金化。在鋼鐵(tiě)生產過程中加入稀土可以提高鋼材的強度、衝擊韌性、耐腐蝕性等性能。因此,稀土(tǔ)在普鋼、特鋼甚至不鏽(xiù)鋼(gāng)生產中都有著不可替代的作用。相對於美國、日本等技術先進國家,我國(guó)稀土鋼研發起步較晚,但是進展迅速。上世紀90年代,我國已有可批量生產的稀土鋼品種(zhǒng)9個,最高年產量達到168萬(wàn)噸。不過,隨著爐外精煉技術的普及,用稀土淨(jìng)化鋼液的作用(yòng)被弱化。加之稀(xī)土價格高企,在特殊鋼中加入稀(xī)土生產成本過高,企業研發(fā)生產稀土鋼的積極性受挫。在這種情況(kuàng)下,2011年,武鋼稀土鋼產量由35萬噸降到10萬噸,本鋼則從40萬噸降到20萬噸,太鋼也從30萬(wàn)噸降到10萬噸。
當前,我國稀土鋼研發生產的持續(xù)低迷,折射出由國家倡導的稀土在鋼鐵生產中應(yīng)用工作的疲弱。“中國是世界鋼鐵大國(guó),但是鋼鐵品種質量(liàng)與國際先進水平相比還有相當大的距離(lí)。我國是稀(xī)土大國,用稀土材料強化和提升鋼鐵傳統產業具有重要意義。”中國稀土學會秘書長助理盧(lú)先利說。他用一組數據說明(míng)了國內外在稀土(tǔ)鋼應用方麵存在的差距:美(měi)國鋼(gāng)產量達到(dào)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(dá)到7億噸/年,稀土鋼產量卻不足100萬噸/年。
盧先利認(rèn)為,如果我國的稀土鋼產量能夠達到2000萬噸/年,那麽,每(měi)年可消耗混合稀土(以過剩的鑭、鈰為主(zhǔ))1.2萬噸。從這個角度來看,發展稀(xī)土鋼不但可以促進鋼鐵產業升(shēng)級,還可以實現稀土元素的綜合利用,對促進稀土行業健康發展同樣具有積極作用。
“作用機理曾是阻礙稀土在鋼鐵生產中應用的巨大屏障(zhàng)。但是,今天這一阻力正在消除。”一直從事稀土鋼研究的北京鋼鐵研究總院教(jiāo)授王龍妹表示。經過大量的(de)研究(jiū)實驗,稀土鋼的作用機理目(mù)前(qián)已經十分明確,並(bìng)在生產實踐中得到肯(kěn)定。美國、日本、法國、瑞典、俄羅斯等國在生產(chǎn)特(tè)殊(shū)鋼時(shí)都會加入稀土,日本更是在稀土鋼方麵擁有大量專利。建議國內研究單位與生產企業緊密配合,將研發與市(shì)場結(jié)合起來,賦予稀土鋼研發新的動力(lì)。
長期從事稀土鋼研究工作的東北大學教授戢景文認為,我國鋼材產品均勻性差、穩定(dìng)性差,加入稀土對這些問題的改善有極(jí)大幫助。在潔(jié)淨鋼條件下,稀土鋼開發前景同樣廣闊(kuò)。他建議,企業應針對實(shí)際(jì)問題開展(zhǎn)研發,要注重新品種和新(xīn)裝備的推廣應用。
事實上,盡管遭遇諸多困難,我國的稀土鋼研發工作一直在頑強地(dì)推進著。近年來,包鋼開發(fā)了深(shēn)受市場歡迎的稀土耐磨板、稀土特殊油井管等多種稀土鋼產品;太鋼在不鏽鋼生產中加入稀土,以提高產品性能,降低生產成本。尤為可(kě)喜的是,在學術界對稀土(tǔ)鋼不置可否(fǒu)的時(shí)候,本鋼采用傳統(tǒng)的稀土喂絲法成功生(shēng)產出氣瓶(píng)鋼,成為(wéi)本鋼(gāng)重要的創效產品。但是,企業的研(yán)發工作多為單兵作戰,不能形成合力,這使得稀土在鋼鐵生(shēng)產中的應用難以取得(dé)突破性進展。
盧先利說:“目前,我國稀土在鋼鐵生產中的應用工(gōng)作已到(dào)了關鍵時期,稀土加入工藝及設備落後、稀(xī)土鋼(gāng)的(de)品種和(hé)產量少、稀土在各類鋼中的作用機理研(yán)究還不深入等方麵問題亟待解決。同時,這些問題的解決,急需方方(fāng)麵麵的配合支持,特別需要國家層麵上的政(zhèng)策扶持和引導。建議工業和信息化部將稀土在鋼鐵生產中的應用工作列入(rù)到(dào)稀土產業調整升級專項。”
開發稀(xī)土鋼工藝是關鍵
將稀土元素加入鋼中,提高鋼的強(qiáng)度、耐磨性能和抗氧化性能,改善和優化鋼材的質量,這已經成為業界共識。我國稀土在鋼中應用的(de)曆史已有三十多年,牌號達幾十個。迄今(jīn),我國(guó)的稀土鋼(輕稀土鋼)主要分兩大類:一是含Cu、P類稀土低合金鋼,利用稀土改善鋼的耐蝕性;二是含Mn、Nb、V、Ti稀土(tǔ)低合金鋼,利用稀土除改善鋼(gāng)的耐蝕性外,更主要是(shì)改善鋼的強(qiáng)度和耐磨(mó)性。
我國稀(xī)土(tǔ)鋼(輕稀土鋼)的主要生產(chǎn)基地是武鋼(gāng)、包鋼、本鋼、太鋼(gāng)、攀鋼等企業。2011年,我國(guó)輕稀土鋼的產量約60萬噸(dūn),最高年產量是20世紀90年代,曾達168萬噸。我國輕稀土鋼占鋼總產量的比例不足0.5%(2004年),而美國在20世紀七、八十年代稀(xī)土鋼產(chǎn)量已達700萬~900萬噸(dūn),占鋼總產量的9%左(zuǒ)右。
在我國稀土鋼的(de)各鋼種(zhǒng)中(zhōng),迄今(jīn)消費的主要是輕稀土,尚未(wèi)消費及形成(chéng)正規牌號的中、重稀土鋼種。眾(zhòng)多的研究和試(shì)驗表明,尤以重稀土為對象冶煉的鋼材,其性能與指(zhǐ)標,是輕稀(xī)土鋼難以(yǐ)比擬的。例如,以(yǐ)Y基重稀土鋼材製作的火車輪轂,其性(xìng)能明顯地優於以輕稀(xī)土鋼材製作的火車輪轂。
當前,稀土(tǔ)在高科技與社會發展中的作用廣為人知。但世人(rén)並不(bú)清楚,迄今(jīn)並不是全部的稀土元素都能得到充分的利用,還有許多稀(xī)土元素的應用麵與應用量(liàng)十分有限。目前,應(yīng)用量(liàng)較(jiào)大的稀土元素,隻是其中的一(yī)部(bù)分,例如La、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy等;而另一些稀土元素(sù)卻尚未進入量大麵廣的應用階段,例如Tm、Yb、Lu等;Y元素則因(yīn)配分含量高,產量大,盡管有一定的應用量(liàng),但應用量與產量相比,相對(duì)較小,導(dǎo)致產品積壓(yā);由於價(jià)格及應用量減少等原因,也導致La、Ce等元素的積壓。
我國優勢的南方(fāng)離子型稀土資源,配分(fèn)齊全,尤其是中、重稀土含量高,特別是以龍南為典型代(dài)表的離子型重稀土礦床,其Y2O3配分含量(liàng)高達(dá)60%以(yǐ)上。礦(kuàng)床中的稀土礦物,是包含著(zhe)整個稀(xī)土(tǔ)族15(或17)個(gè)元素共生在一起(qǐ)、不可分割的自然界共生體。也就是說,在這種礦床中,每一個單獨的稀土元素,都不可能以獨立的礦物形態而賦存,因此不可能在礦山開采時將每一個稀土元素單獨地分采,實現以銷定產,消除積壓。而若需(xū)將每一稀土元(yuán)素逐個分開,則需通過後麵的濕法冶煉加工工藝,才(cái)能(néng)將其分離,從而獲得單一的(de)稀土(tǔ)產品。可見,隻要某些稀土元素的(de)應用麵與應用量未予拓開,則這些稀土元素的積壓(yā)是必然的,例如前麵提到的Y、Tm、Yb等稀土元素,這是礦物、礦床賦存(cún)特征自然規律所決(jué)定的。
有鑒於此,國家近年來出台的稀土“收(shōu)儲”政策,即是解決上述困局的措施之一。所以,我國稀土產業若要獲得更大的發(fā)展,從源頭上減少或消滅滯(zhì)銷、積壓現象,真正使每個稀土元素都能得到綜合(hé)利用,隻有(yǒu)從技術(shù)層麵上來解(jiě)決真(zhēn)正擴大(dà)每個稀(xī)土元素的應用麵和應用量問題,才是“治本”的根(gēn)本、有效的(de)途徑。
而在冶煉過程(chéng)中(zhōng),工藝技術(shù)是稀(xī)土在鋼中應(yīng)用(yòng)的關鍵。如果說十幾年前(qián)鋼鐵(tiě)行業對稀土在鋼中應用還頗為認(rèn)可的話(huà),那(nà)麽,隨著爐外精煉技術的普及,稀土的脫氧、脫硫作(zuò)用被取代,目前這(zhè)一認同已蕩然無(wú)存。在調查了國內多家鋼鐵企業之後,業內專家認為,其中原(yuán)因有三:一是由於(yú)稀土容易與鋼中(zhōng)的其他元素產生不良反應,不好固熔、不好加入;二是(shì)鐵水(shuǐ)預處理技術使(shǐ)得鋼水成(chéng)分變化,稀土的加入缺乏適當(dāng)的量化標準(zhǔn);三是采用連鑄工藝後,已經在模鑄工藝中成熟的喂絲、吊掛等加入方法失效。這三個(gè)原因使得(dé)稀(xī)土在(zài)鋼中應用鮮(xiān)有成功範例,更缺乏批量生產。
稀(xī)土在鋼中應用困難,不是稀土本身的問題,而是(shì)與之相匹配的工藝問題。作為稀土鋼(gāng)研究工藝的專家,成(chéng)國光和他的課題小組從5年前開始關(guān)注稀土(tǔ)鋼(gāng)工藝。借鑒國外在鋼水中加入複合合金的做(zuò)法,他們研製出一種稀土鋁鐵合金,以解決連鑄生產(chǎn)中稀土加入的麻煩。成國光認為,這一做法是在傳統鋁係脫氧(yǎng)基礎上添加一定量的稀土元素,起到複合脫氧和高效去除夾雜物的作用(yòng),同(tóng)時避免了過去加入稀土矽鐵(tiě)合金導致矽含量超標的弊端,可顯著提(tí)高鋼(gāng)水潔淨度。由於稀土加入量適當,業內人士擔(dān)心的水口堵塞的現象並沒有出現。
製造稀(xī)土鋼包鋼(gāng)已先行
稀土鋼的研發製造,既能增加稀土的(de)消費,又能提(tí)高鋼的品質(zhì),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(yào)結構調整項目(mù)——稀土鋼板材廠冷軋工程連(lián)續退(tuì)火機組1號線熱負荷試車,包鋼稀土鋼板材廠冷(lěng)軋工程是該公司做強做精(jīng)的重要支點(diǎn),也是打造(zào)稀土鋼品牌的重點項目,由中國五冶集團(tuán)承建。連續退火機組1號線和2號線設計年產能分別為90萬噸和63萬噸,其中2號線已於2015年(nián)11月熱負荷試車,生產的退火商品(pǐn)卷已經實現銷售。
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