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砥砺奋进图破壁 助力行业战严冬

1 引言

改革开放后数十年的经济飞速发展,造就了我国钢铁行业发展的黄金30年,一切在这个黄金周期的末年达到了顶峰。2008年上半年,国内钢铁行业投资规模超过1500亿元人民币,行业利润超过800亿元人民币,中国钢铁产量占世界钢铁产量接近40%,在当时,仿佛钢铁行业的大场面刚刚进入启幕后的精彩。然而,世界经济的虚假繁荣恰恰在接下来的半年被揭穿。2008年世界金融危机,让世人为自己“寅吃卯粮”的贪婪行为付出了惨痛代价,也同时直接将中国钢铁行业推进危机与调整的漫长寒冬。更让全行业难以适应的是,这只是一个善意的提醒,2011年开始,更为凶猛的寒潮完全浸没了之前闪烁出的一点点希望。当年钢铁行业靠历史积淀,保住了全行业微利的面子,2012年,出现了历史首次的全行业亏损,2013年,全行业虽然在账面上实现了扭亏为盈,但谁都明白“非钢业”与“财务技巧”在其中所发挥的微妙作用,全行业深度寒冬真正开始,而且并没有随着世界经济的偶尔好转有丝毫转暖的迹象。


2 以创新为驱动的钢铁企业生存与发展

现在,全行业都在提倡二次创业或三次创业,多数企业体现出了突破自我、开创未来的决心与气魄。特大型钢铁企业作为行业领头羊,必须以创新为原始驱动力,做产品结构调整的先行者、技术进步与升级的推动者以及绿色可持续发展的探索者,充分发挥并不断巩固自身国民经济控制作用与地位;而作为中小企业,在国家强制压缩产能的大背景下,仅仅靠继续压缩成本、敏锐把握市场动态、快速调整产品结构的“小快灵”思维,已经不足以生存和发展,特别是在技术体系不算完备、产品结构不够丰富、环保设施极不健全、均摊成本无实质优势的条件下,以创新为驱动成为决定企业存亡的关键。

3 从支撑行业发展向引领技术进步转型的果博东方三合一

3.1 公司发展转型的思考

果博东方三合一贸易有限公司作为冶金材料研发与生产的综合性高新技术企业,多年来,一直扮“以质量求生存,向创新要未来”,这是适用于所有现代化企业的箴言。对于装备水平基本趋同,工艺可移植性较强的钢铁行业来说,钢铁材料的成分控制、工序操作及过程控制等都没有太大的难度,成品质量的决定性因素来自微观领域即夹杂物控制水平。果博东方三合一贸易有限公司通过深入的理论分析、多层次充分的试验研究,独创了可广泛应用于钢铁冶金领域的精炼添加剂系列产品,为钢铁行业各领域的过程夹杂物控制、冶金质量提升及成品合格率提高提供更为丰富、可靠的新手段与新方法。


3.2 夹杂物控制理论与精炼剂的作用机理

3.2.1 夹杂物来源与控制

夹杂物在钢铁材料中的作用主要体现在两个方面:一方面,随着非金属夹杂物的增多,钢铁材料的冲击韧性均出现一定程度的下降,疲劳极限也会降低,综合机械性能总体上出现恶化,甚至在钢铁成品内部形成裂纹和缩孔,使用中可能产生重大隐患;另一方面,形态控制理想、尺寸合适的夹杂物可以提高钢铁材料的耐磨性与硬度,分布合理的夹杂物还可以作为结晶形核而细化晶粒(形核丰富则利于结晶并细化),目前冶金行业最前沿的氧化物冶金研究,即是通过控制夹杂物的分布、尺寸和组成,最终显著提升钢材综合性能。

目前,夹杂物的控制基本是钢铁冶金全流程综合控制,主要包括以下几个方面:

1)源头的控制,即控制铁液、钢液的成分,降低初始液体的氧化性并减少易氧化成分的含量;

2)复合脱氧,在净化钢、铁液时采用合适的复合脱氧剂,以利于上浮与排除;

3)辅料保护,全程采用渣料将钢、铁液与空气隔绝,一方面避免二次氧化,另一方面也可吸收容器传搁过程中上浮的夹杂物;

4)精炼处理,通过真空精炼等环节,改变钢、铁液内部的平衡状态,直接去除夹杂物;

除了氧化物冶金,上世纪80年代以来,钢铁冶金过程中稀土处理研究,也是主动引进夹杂物的一种有益尝试,目前,国内外学者对此的认识尚未完全统一。

3.2.2 炼钢精炼添加剂的作用原理

顶底复吹转炉炼钢的产量占当前世界产钢量的80%以上,是主流的炼钢工艺。炼钢与精炼流程的首要任务之一,即是去除钢液中的夹杂物,主要包括脱氧脱硫产物,硫、氧、氮等杂质元素在降温过程中的非金属析出物、偏析产物、炉渣和耐火材料等。在精炼手段基本完善的条件下,炉渣的物化性能决定着夹杂物被其吸收去除的效率,而对夹杂物变性处理则是优化其去除的热力学、动力学条件的主要方法。果博东方三合一公司生产的精炼添加剂正是基于对炉渣渣系优化及夹杂物变性的原理而研制并发挥作用的。

钢液精炼添加剂成分如表1,在熔融状态下呈碱性,在钢铁冶炼和精炼过程中的作用主要表现在以下方面:
 

表1 钢液精炼添加剂的主要成分
 
组分 CaO Na2O K2O SiO2 Al2O3 TFe 其它*
比例wt/% 8-28 9-25 1-9 2-11 3-12 1.5-6 少量


1)转炉冶炼过程中对炉渣性质的优化

转炉炼钢过程中,炉渣状况对冶炼效率和效果具有决定性作用。在吹炼前期末段至中期,脱碳反应激烈,渣中氧化铁快速降低,炉渣粘度急剧增加,熔点也相应升高,极可能出现“返干”现象,严重影响冶炼效果并可能引起喷溅等事故。此时传统做法为提高枪位并加入化渣剂。提高枪位将影响冶炼效率和氧气利用率,以CaF2等为主的化渣剂加入则易造成空气污染,严重危害环境和操作人员身体健康。遵循离子理论,加入本报告中所述的精炼剂,组分多,其主要成分结构与炉渣相似,基本不改变炉渣碱度,而其中Na2O和K2O等即熔型成分可以显著破坏3CaO·2SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2等高熔点化合物的网络结构,从而减少其聚合与析出,显著增加此刻炉渣流动性,避免“返干”现象出现,使转炉冶炼过程更为平稳、高效,降低能源消耗,提高经济效益。

2)精炼过程中的渣洗作用

转炉炼钢结束后的精炼过程,主要包括LF炉精炼和RH真空精炼等环节。在此过程中,炉渣总量较转炉冶炼过程中明显减少,炉渣氧化性相对减弱,更加利于精炼剂发挥作用。一方面,精炼剂加入渣中,可显著提高炉渣的流动性,提高炉渣吸收夹杂物的效率;另一方面,如果将精炼剂加入钢液中循环,精炼剂中的特殊成分可快速与钢液中分布的夹杂物碰撞结合,生成含特有元素的铝酸盐与硫化物,从而降低夹杂物的熔点,在钢液中转变为液滴状,相互间更易碰撞结合,合并为更大粒径的液滴,加速上浮去除。同时,这些夹杂物即使残留在钢液中,其铝酸盐变形能力强、硫化物分布更为弥散,最终对成品性能的影响降低,相对的优化钢材的综合机械性能。

精炼添加剂在炼钢过程中应用的建议:

1)由于设备条件、工艺路线等的不同,精炼剂的使用方法、用量等需要通过工业化试验得出结论。

2) 转炉冶炼属于氧化反应过程,炉渣量大、渣况复杂,精炼剂少量使用难以发挥明显作用,如果在出钢过程中加入,应首先保证出钢脱氧与挡渣效果,精炼剂应分散投入钢水罐底,以提升其在此过程中的渣洗与除杂效果。


3.2.3 铸造精炼添加剂的作用机理

铸造过程中,金属熔化、球墨铸铁的球化、熔炼等过程,为精炼剂发挥作用提供了较好的热力学与动力学条件,与炼钢过程相比,其显著优势是金属液氧化性弱,反应时间充分。

在铸造过程中使用专用精炼添加剂,可有效改善炉渣流动性、金属液流动性,并通过在高温金属液中的扩散,在较充分的时间内,一方面精炼剂中的成分挥发产生快速上升的气泡,可作为金属液脱除杂质气体的聚合点,是呈微细弥散分布的气体聚合至该气泡内,随气泡上升挥发而被带走排出,有效降低铸件的气孔发生率;另一方面,精炼剂中的特有成分部分与金属液中的夹杂物结合,形成复合夹杂物,转变为熔点更低的液态,利于其快速排出,降低或消除渣孔等缺陷发生率,部分在金属液中可以作为形核的质点,促进铸件组织细化,提高综合机械性能;最后,上浮后的精炼剂大部分成为炉渣组分,有效增加炉渣流动性,提高炉渣反应效率和能力,进一步增加熔炼速度,提高金属液纯净度,降低过程能耗,减少污染物排放,实现低成本、高质量、少排放。

精炼添加剂在铸造过程中的使用相对简便,在条件允许的基础上,尽量延长精炼剂在炉反应时间并提高混合均匀度,优化其反应的热力学动力学条件,充分发挥其渣洗作用,即可起到明显效果。

4公司成功案例

1)河北省磁县恒业精密铸造有限公司
2)西峡县内燃机进排气管有限责任公司
3)河南省西峡汽车水泵股份有限公司
4)山东省东阿县鲁西铸造有限公司
5)河南省中原内配铸造有限公司
6)河北钢铁股份有限公司邯郸分公司三炼钢厂
7)安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂
8)武汉钢铁钢液精炼添加剂综合实验报告


5结语:引领行业发展的愿景与努力

俗话说,“千里之行,始于足下”。在支撑行业发展、踏实做好产品的单纯愿望下,我们同钢铁全行业共同经历并继续经历着残酷的严冬,我们的支撑未能也不可能挽回行业的积重难返,因此,我们必须领悟俗语后半部分的精彩,即足下一步,志存千里。我们必须广吸智源、广纳资源,以不断创新、自我超越的核心产品,来引领行业的发展,主动促进行业企业在低成本、高质量、绿色化的正确道路上阔步前行。经历本次中国钢铁行业最严重的危机,相信有智慧与能力生存下来并继续壮大的行业伙伴,会和我们一起负起重任,共促行业新生、再铸行业辉煌。

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