Inner Mongolia Keliyuan new materials Co., Ltd.
我國鐵合金工業要加快實施創新對策

我國已成為鐵合金生產和出口大國,但還不是強國。這里的“強”指的是“品種、質量與效 率”。本世紀末21世紀初是我國由鋼鐵大國邁向鋼鐵強國的關鍵時期,它必將為國內鐵合金工業的發展與技術創新,進而邁向生產強國帶來契機。我國鐵合金工業 應立足于市場、資源、能源及環境保護的國情,發揮優勢,實施品種與質量的技術創新,成為具有全球化市場競爭力的行業,邁向鐵合金生產強國之列。其主要對策 如下。

一、調整產品結構,提高產品質量,適應國內外市場需求
(1)我國鐵合金生產的品種與質量結構應緊緊與鋼鐵市場需求同步或超前。在總量需求結構基本平衡下,其硅系、錳系及特殊鐵合金產量的比例大體以2:2:1為宜。大力開發“高檔品牌、高技術含量、高附加值”的適銷對路產品。

(2)隨著不銹鋼冶煉技術的進步,使得低碳鉻鐵在鉻鐵消耗中的比例逐漸下降,而逐步將由含磷和硫甚為嚴格的高碳鉻鐵(裝料級鉻鐵)所替代。為此,我國不僅應擴大 高碳鉻鐵的生產規模,而且還應相應地增大優質鉻鐵的比例。

(3)由于鈣具有優異的脫氧和脫硫作用,以及它能改變鋼中夾雜物形態的功能,特別是伴隨著煉鋼連鑄比的持續大增,使硅鈣合金用量不斷增加。同時含鈣和鋇的多元硅 系合金的應用也日益增多。

(4)低合金高強度鋼和不銹鋼的需求量將不斷增長,因此對鉻、鎳、釩、鈮、鉬、鈦和稀土元 素等鐵合金需求量的增長除仍可沿用傳統鐵合金品種外,應加快研制和創新 品種,如含鎂、鋇、鍶、稀土的硅系復合脫氧劑、孕育劑與鑄鐵球化劑以及作為合金添 加劑用的氮化物、氧化物、碳化物等產品。

(5)進一步發展高純硅鐵、化學級工業硅、優質高純鉻鐵、高純錳鐵、硅鉻合金等精煉產品。

(6)重點開發硅鋁合金、硅鋁鋇、硅鈣鋇、硅鈣釩、硅錳鉻、硅鈣鋁、稀土鎂硅、硅鈣鋇鎂鋁、硅鋯鈦等多元復合鐵合金產品。

(7)優先發展和創新我國富有元素資源的常用特殊鐵合金,如鎢、鉬、釩、鈦、鋁 、鎳、磷等鐵合金,稀有特殊鐵合金,如硼、鈮、鋯及稀土元素鐵合金等產品。

(8)為滿足煉鋼的爐外精煉、鋼包合金化和噴射冶金的需求,要進一步發展和推廣深加工產品,如各種合金粉劑、包芯線產品,鐵合金直接成型、粒化產品等。

二、大力實施原料預處理,降低能耗、物耗,合理利用礦產資源

(1)推廣應用優質組合型碳質還原劑我國煤炭資源豐富,應切實優選“高固定碳、高比電阻、 低灰分”的組合型還原劑,更新傳統的單一冶金焦還原劑。近年來,我國大中型硅鐵電爐普遍應用組合型還原劑冶煉75%硅鐵,取得了優質、高產、低電耗的良好 效果,實踐表明,一般每噸產品可節電700~1000kWh。

(2)改進和提高硅鐵爐料的質量,做到精料入爐。

(3)隨著錳礦、鉻礦的貧化和粉礦比的日趨增大,為經濟、合理、有效地綜合利用礦物資源,并獲得較好的生產指標,其主要技術措施有:貧錳礦的火法富集及脫磷;礦石預熱、預還原處理;球團及燒結;粉礦造塊等 。

三、加快生產工藝技術的進步
(1)采用連續法冶煉硅鈣合金新工藝我國硅鈣合金設備生產能力可達萬噸,屬世界主要生產國之一。但多年沿用落后的間歇式操作工藝,爐容小、裝備簡陋、手工勞動、產品品級率低、電耗高,采用連續法新工藝勢在必行。
目前,世界上生產硅鈣合金的一流工藝是應用石灰石、焦炭、褐煤焦及煙煤為爐料 ,在≥15MVA半封閉旋轉式電爐內進行連續冶煉,其爐役壽命可達5年以上,產品含Ca≥ 30%,綜合電耗約11000kWh/t,突出的優點是產品質量高、生產效率高、電耗低,具有完善的環保設施。
1992年,我國從意大利O.E.T公司購買了1臺30MVA半封閉旋轉式硅鈣合金電爐車間全套 技術(二手設備、含粉劑),此工藝屬世界先進技術,但因故被擱置。建議抓緊建設, 使之為改變我國硅鈣合金生產技術面貌發揮作用。

(2)采用一步法(有渣法)冶煉硅鉻合金我國多年沿用二步法(無渣法)生產硅鉻合金,而國 外普遍采用一步法工藝,即使用鉻礦、硅石及碳質還原劑為爐料,在還原電爐內直接冶煉硅鉻合金。此工藝的優點是工藝流程短、不需爐外降碳處理、鉻回收率高。 近年國內已有廠家采用該工藝試煉,獲得一定效果。

(3)普及和提高熱裝熱兌法中低碳錳鐵的生產工藝20世紀80年代以來,我國生產中低碳錳 鐵的主要廠家大都采用全封閉式還原電爐??半封閉式精煉電爐??搖爐組成的三爐一線熱裝熱兌生產系統,從而更新了傳統的“電硅熱法”。該工藝穩定、成熟, 生產指標先進,與電硅熱法相比冶煉電耗可降低600~800kWh/t,錳回收率可達80%以上。在技 術上屬國內領先水平。今后應不斷總結和創新,并再邁向設備大型化的新臺階。
推廣熱兌法(波倫法)微碳鉻鐵生產工藝波倫法生產微碳鉻鐵,在國際上已有多年的實踐,是成 熟可靠的先進工藝技術。通常采用鉻礦石灰熔體與液態或固態硅鉻合金進行熱兌操作,有一步、二步及三步熱兌工藝流程之分。其主要優點可謂“三高三低”,即產 品質量高(含碳≤0.03%的占2/3)、鉻回收率高(>90%)、硅利用率高(>90%);電耗低(節電6%~10%)、物耗和成本低。
20世紀90年代以來,我國主要鉻鐵生產廠家先后采用波倫法試生產微碳鉻鐵,取得了可喜的成果,但在工藝、關鍵操作技術和配套技術等方面尚需完善,進一步進行技術 攻關和突破,以盡快取得理想效果。
繼續進行直流還原電爐冶煉技術的工作直流還原電爐(含中空電極技術)冶煉鐵合金是近年來發 展起來的一項新技術。從冶煉的幾種產品看,具有節電、cosφ高、運行噪音小,如采用中空電極時還可直接利用粉礦(占15%~20%)等優點。我國于20 世 紀80~90年代先后建成了10臺不同容量不同電極形式的直流鐵合金電爐,進行了初步嘗 試,并取得了初步成果。今后應繼續完善和提高工藝及設備技術水平(含中空電極技術 ),并在擴大爐容和冶煉高耗能產品,如高硅硅鐵、硅鈣合金、工業硅等方面取得突破性進展。
繼續研究開發等離子爐和熔融還原技術等離子爐是以煤粉作還原劑并直接使用 粉礦進行冶煉,熔融還原是采用碳質還原劑還原金屬氧化物熔體的工藝。這兩項新工藝的共同特點是工藝流程短,可直接使用粉礦和粉煤為爐料,產品主元素回收率 高。在這方面我國尚處于小型試驗階段,今后應加強研制和開發力度,促進科技產業化。

(4)采用高效率的大中型還原電爐,提高生產技術裝備水平
還原電爐大型化近20年來,國外新建用于硅鐵、高碳錳鐵、錳硅合金及高碳鉻鐵生產的爐容普遍增大。20世紀70年代以來建設的大電爐容量為40~75MVA,目前世界上最大的硅鐵、鉻鐵電爐為96MVA、105MVA。
我國鐵合金還原電爐薦用爐型分為6.0(6.3)MVA、12.5MVA、16.5MVA及25MVA。
20世紀80年代中期以來,我國引進國外技術建設的最大全封閉式錳硅合金電爐為31. 5MVA,最大半封閉旋轉式硅鐵電爐為50MVA。經過幾年的摸索和試產,成功地掌握了大 型電爐的基本操作技術,實現了達產達標,使我國在爐型結構、生產技術裝備及總體水 平方面邁上了大型電爐技術的新臺階。
目前我國鐵合金電爐技術結構仍很不合理。首先對爐容小、裝備落后、污染嚴重的電爐,應按國家有關規定限期淘汰。今后技術改造和新建的電爐容量應控制在≥12。5MVA,凡有條件的企業應建大型電爐。
采用全封閉式還原電爐并回收煤氣凡易于實施封閉式生產錳硅合金、高碳錳鐵及高碳鉻鐵的大中型電爐,都應采用封閉操作,并相應配置干式煤氣凈化回收裝置。回收的煤氣用于干燥或預熱、預還原礦石。今后應進一步研究富余煤氣的戶外利用,以實 現二次能源的綜合利用。
目前,世界上冶煉高碳錳鐵和錳硅合金的最大容量全封閉式電爐分別為81MVA和 88MVA。我國自20世紀60年代起先后自主開發了9MVA、12.5MVA、16.5MVA及25MVA全封 閉式電爐共16臺,其中1臺電爐設置了干法煤氣凈化設施。20世紀80年代又分別引進了30MVA和31.5MVA全封閉式電爐技術,同時引進2套干式煤 氣凈化設施。今后應加快消化 和推廣干式煤氣凈化技術,以根治由濕法凈化而帶來的二次污染。
建造或改造半封閉式還原電爐,并設爐氣余熱回收裝置對難于采用全封閉式操作的電爐,如硅鐵 爐、工業硅爐等,則應建造或改造為帶余熱回收系統的半封閉式還原 電爐。煙氣溫度控制在800℃以上,相應的煙氣量(標態)為3~5m3/h。回收爐(煙)氣余熱主要有兩種方式:一種是熱水或蒸汽;另一種為蒸汽再發電。
20世紀70年代末到80年代初,法國敦刻爾克公司96MVA硅鐵電爐、挪威比約維福森公 司36MVA硅鐵電爐和瑞典瓦崗廠105MVA高碳鉻鐵電爐等都已成功地采用余熱鍋爐回收利 用蒸汽并發電。80~90年代,我國吉林廠12.5MVA電爐及甘肅民和鎂廠4臺6.3MVA工業 硅電爐均設置了余熱回收系統。今后大中型硅系產品電爐應逐步設置余熱回收及發電系 統裝置。
應用電子計算機控制冶煉過程國外已應用計算機控制電爐生產全過程,如配料、上料及加料,電極壓放、功率調節,冷卻水及煙氣(煤氣)凈化系統等控制功能。它可提高電爐有功負荷和作業率,避免誤操作所引發的爐況波動和設備事故,取得增產及降低電耗的效果。
20世紀80年代以來,我國先后對2臺16.5MVA錳硅合金電爐及幾臺中小還原電爐、精煉電爐安裝了計算機控制系統。此間引進的8臺25~50MVA電爐均設置了計算機控制系統 。

(5)大中型還原電爐應用新型電極把持器技術
我國大中型還原電爐以往常用錐形環式電極把持器。其結構簡單,但作用在每塊銅瓦上的力有不均勻現象。隨著電爐大型化和技術裝備水平的提高,建議使用下列兩種新 型結構電極把持器。
波紋管壓力環式把持器20世紀80年代以來,國外大中型還原電爐普遍采用波紋管壓力環式把 持器,我國引進的6臺硅鐵及錳硅合金電爐均采用該種新型結構技術。其主要特點是,夾緊部分為波紋管式夾緊環,由水冷防護套、水冷壓力環、水冷壓力波紋管及 液壓介質等組成。在夾緊環中,波紋管一對一頂緊銅瓦,可保證每塊銅瓦對電極的壓力均勻,并易調整銅瓦對電極的壓強,它可有效地提高電爐作業率,減少設備維 修工作量。
我國新設計的6.3MVA、12.5MVA、25MVA鐵合金還原電爐,采用了波紋管壓力環式把持器,使用效果均較好。
組合式把持器組合式把持器是挪威埃肯公司的專利技術。20世紀90年代,我國引 進的幾臺25MVA電石爐均采用這種組合式把持器。它與傳統式把持器完全不同,其主要技術特點為:簡化了把持器和壓放機構,使用可靠;接觸裝置和滑放裝置 可適用于各種 不同直徑的自焙電極;電極殼不會變形;電極下放時不會失控,減少電極斷損事故;設備重量輕。
我國自主開發的6.3MVA直流鐵合金還原電爐和16.5MVA交流鐵合金電爐均應用了組合式把持器,取得了較好的使用效果。

(6)大中型還原電爐新型電氣設備技術
電爐變壓器新型技術正確地選擇鐵合金電爐變壓器型式及其各項技術參數,決定著電爐的作業指 標。對于大中型電爐(≥16.5MVA)選用三臺單相變壓器組是合理的 ,它們在平面上成120°角,其低壓側面向兩電極之間的大面。這種選型和布置,短網短且三相阻抗均衡。但一次投資較高。
其次是選用殼式結構的變壓器,與芯式結構相比,其感抗可降低2~3倍,因此大大降低了空載損耗,并具有體積小、重量輕、過載能力強等優點。我國引進的幾臺大型電爐均配置這種殼式結構變壓器,投產運行效果良好,值得借鑒和效仿。
新型大電流母線技術??管式結構短網(含水冷電纜技術)傳統的大電流母線(通稱短網)中的硬母線束是銅排結構的,可撓導體通常是裸銅復絞線組成,這種短網 普遍應用于中小型電爐上。
對于大中型現代電爐的短網宜優選管式結構,其硬母線由銅管構成,可撓部分是水冷電纜,整個 系統采用軟水冷卻。應用這種短網具有技術可靠、過載能力強、投資省、同時又是新型把持器的理想匹配,實現了變壓器出頭與銅瓦布置之間一對一水電合一的連接 結構,是推廣使用的一項實用技術。低頻電源設備的開發與應用低頻電源設備,即在傳統的鐵合金電爐變壓器二次側與短網之間加裝變頻器供電裝置,將工頻 (50Hz)變為低頻(0.05~12.5Hz)向電爐輸電,這種供電方式降低了變壓器與電爐之間整個電路的電抗,提高了功率因數(cosφ),并且無需 無功補償,是一項節能降耗的新型設備技術。
俄羅斯首先采用低頻電源設備,并應用于24MVA硅鐵電爐上。我國第一臺低頻電源設備于 1997年應用于5MVA高碳鉻鐵電爐。近年,此項技術已應用于3.2MVA、6.3MVA硅鐵電爐,電爐功率因數可達0.92~0.95,產品冶煉電耗 降低8%~10%,增產15%~20%,噪音<65dB。
隨著電爐大型化(例如≥20MVA),推廣應用此項新技術,盡管一次設備投資費用高些,但對提高功率因數更具實用價值和現實意義。

(7)大中型還原電爐的輔助機械化設備
爐口操作設備??車式加料撥料搗爐機自由行走的車式加料撥料搗爐機,是目前世界上大中型半封閉式硅鐵電爐及其它同類型電爐生產鐵合金時用作加料、撥料及搗爐操作必備的常用設備,可實現爐口操作區三個大料面加料、撥料及搗爐操作的機械化 。
20世紀80年代以來,我國先后從德國DDS公司引進8臺這種設備,分為負載能力 1500( 900)kg、2000kg兩種規格,在12.5MVA、25MVA及50MVA半封閉式硅鐵電爐上使用效果很好。目前,我國正在開發和研制新型加料搗爐 機,今后應結合技術改造加以配備。
開堵鐵口設備??開睹眼機開眼堵眼機是大中型還原電爐出爐操作的重要設備,它代替人工開堵 鐵口,大大改善了操作條件。我國鐵合金電爐采用開堵鐵口設備的為 數不多,近10多年開發和引進的地面式和吊掛式開堵眼機,分別應用于12.5MVA、16.5MVA、24MVA、31.5MVA還原電爐上,使用效果較 好。
澆鑄成形設備??澆鑄機鐵合金生產澆鑄方式是多種多樣的,但大中型還原電 爐趨向選用澆鑄機或場地澆鑄。
采用澆鑄機時,機械化程度高、勞動條件好、鐵錠塊小、便于加工。常用澆鑄機有帶式和環式(圓盤式)兩種。

(8)切實治理“三廢”,強化環境保護及綜合利用
鐵合金工業的環境保護主要是對“三廢”和噪音的治理,消除對環境的污染。我國鐵合金工業的 環保及綜合利用技術,就總體而言還是比較落后的,尤其與國家環境保護 法規要求差距甚大。20世紀末和下世紀初,伴隨鐵合金生產工藝的創新與技術裝備水平 的提高,環保和綜合利用即成為鐵合金企業生存與發展的關鍵因素之一。當務之急是結合“國情、省情、廠情”,將重點實施和解決目前存在的幾個突出問題。目前 中小型硅鐵電爐絕大部分還是敞口爐,對具有生存條件的應限期技改,設置行之有效的干法袋式煙氣凈化設施;對已設置凈化設施的應完善和改進,以確保系統連續 運行。并將回收的硅塵加以利用,杜絕二次污染;對錳、鉻及其它品種,不具備封閉技術條件的應采用半封閉式爐,相應配置干 法袋式或靜電式煙氣凈化設施,回收的煙塵加以利用; 對已實施封閉的電爐,其煤氣回收與利用、以及污水未治理的遺留問題應盡快完善。新建和技改的封閉電爐和高爐應設干法煤氣凈化、回收與利用系統。對污染未得 到根治的其它鐵合金產品,如鉻、釩的化學處理污水、廢渣、煙塵 等嚴重污染物,必須采用技術攻關或技術創新獲得突破。對于噪音治理,一是控制聲源;二是控制傳播的途徑;三是接收者的防護。

(9)加強科學技術研究工作,實施“科教興企”,推進科技創新
落實“科教興企”,應瞄準國際科技發展動態和目標并結合國情編制行業和企業的科技進步規 劃。在實施時,一是靠自主開發創新,即有計劃、有步驟地開展科學試驗研究和技術攻關工作;二是靠引進國外先進的關鍵技術,走技術捷徑。持續推進技術進步和 科技創新,開發高新技術及具有市場競爭力的“名、特、優、新”精品。

(10)培養和造就高素質的技術骨干隊伍
以人為本,提高勞動生產率市場競爭的實質是人才競爭,以人為本,發揮人才、技術、管理的企業優勢,加強培訓、提高職工素質,在提高勞動生產率上練內功,努力實現下世紀初人均年產鐵合金比現在翻一番。
建立健全質量管理及質量保證體系質量是反映實體滿足明確和隱含需要的能力的特性總和。加入 WTO,并與國際接軌,首先就要建立和健全質量管理及質量保證體系 ,它是企業生存與發展的自我保護。特別是要強化生產過程各個環節的質量管理和控制,“重質量、守信譽”,把提高市場競爭力落到實處。
節約能耗、礦耗是降低成本的重要途徑我國鐵合金生產中,大宗產品的電耗和礦耗費用占單位成本的2/3~4/5,顯然節能降耗是降低成本的關鍵。

(11)提高產品競爭力,開發國際市場
以產品出口為契機和突破口,重視跨國經營,繼續大力開發國際市場,加快盤活鐵合金行業現有 資產存量,搞活經營,千方百計把我國目前過剩的、具有競爭力的生產能力轉向國際市場。只有進入國際市場,才能促進發展。不僅要出口產品,還要到國外辦廠、 搞跨國公司,走“科、工、貿”一體化的道路,同國外公司建立長期合作關系,把國內與國外市場統一起來。只有這樣才能使我國鐵合金行業邁上良性發展的新路 子。

(12)繼續加強中外技術交流與合作
進入20世紀80年代以來,我國鐵合金界同國際交往日益頻繁,與許多國家、地區及其廠商有 著廣泛的交流,增進了相互了解與信任;并在許多項目上進行了合作。我們應繼續加強中外技術交流與合作,特別是在高科技、信息技術、技術開發、經貿等方面擴 大發展與合作,促進我國鐵合金工業的技術進步。

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