1.北京鋼研新冶工程技術(shù)中心有限公司
2.鋼鐵研究總院工程技術(shù)中心
1前言
2019年《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》中明確鼓勵(lì)非高爐煉鐵技術(shù)。我國(guó)鋼鐵行業(yè)處于轉(zhuǎn)型期，隨著近年我國(guó)電弧爐短流程煉鋼的快速發(fā)展，電弧爐生產(chǎn)企業(yè)將不可避免的面臨廢鋼短缺、產(chǎn)品有害成分控制困難的問(wèn)題，大力推動(dòng)直接還原鐵發(fā)展，契合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和電弧爐生產(chǎn)企業(yè)需求，具有較大的發(fā)展空間。
2直接還原鐵應(yīng)用技術(shù)研究
直接還原鐵化學(xué)成分穩(wěn)定，P、S含量少，五害雜質(zhì)（Pb、Sn、As、Sb、Bi）含量低。以直接還原鐵為原料，可生產(chǎn)的延伸產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝如表2-1所示。
1）電工純鐵(電磁純鐵，工業(yè)純鐵)
牌號(hào)：DT3、DT4、DT4A、DT4E、DT4C
用途：電工純鐵棒材（￠1.8mm-250mm），用于電器，電訊，儀表電磁鐵芯，電磁元件等車，銑加工，機(jī)械制造，電磁離合器，航空電器,電磁閥，磁屏蔽器材等；電工純鐵冷軋卷，冷軋板,(≠0.5mm—≠6.0mm)用于繼電器，電磁閥，沖壓，電子元器件等;純鐵中板(≠6.0mm—≠220mm)用于鍍鋅鍋，離合器，電磁鎖，磁選機(jī)等：純鐵厚板及板坯(≠50mm-230mm)用于機(jī)械加工制造，磁選機(jī)，軋制圓鋼，扁鋼，鍛打鍛造。
成份范圍：C：0.003 P：0.009 S：0.006 Al：0.30(%)
規(guī)格：冷拉直條，冷拉光圓（Φ1.8-----Φ48mm）、熱軋盤條（Φ5.5----Φ42 mm）、圓鋼（Φ20---Φ350 mm）、冷軋薄板及卷料（≠0.3-----6.0mm）、中厚板材（≠6.0-----220mm）、方坯（220*1250*3000mm,可以按要求加工剪切）及各類煅件，鑄件等
軍工純鐵的牌號(hào)為DT8A，DT9，產(chǎn)品主要用在國(guó)防尖端科技的各種精密儀器、航天飛船及元件上，具有最佳的真空性和密閉性，可提供各類圓鋼及方坯。
2）非晶材料
在日常生活中人們接觸的材料一般有兩種：一種是晶態(tài)材料，另一種是非晶態(tài)材料。所謂晶態(tài)材料，是指材料內(nèi)部的原子排列遵循一定的規(guī)律。反之，內(nèi)部原子排列處于無(wú)規(guī)則狀態(tài)，則為非晶態(tài)材料,如玻璃之類；而金屬通常內(nèi)部原子排列有序，屬于多晶體的材料?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，金屬在熔化后，內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)。一旦金屬開始冷卻，原子就會(huì)隨著溫度的下降而慢慢地按照一定的晶態(tài)規(guī)律有序地排列起來(lái)，成為晶體。如果冷卻過(guò)程很快，原子還來(lái)不及重新排列就被凝固住了，就會(huì)便成為非晶態(tài)合金。制備非晶態(tài)合金采用的正是一種快速凝固的方法：將處于熔融狀態(tài)的高溫鋼水噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上。鋼水以每秒百萬(wàn)度的速度被迅速冷卻——用千分之一秒的時(shí)間就將1300℃的鋼水降到200℃以下，形成非晶帶材。
用非晶合金制作鐵芯的變壓器比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗（指變壓器次級(jí)開路時(shí)，在初級(jí)測(cè)得的功率損耗）下降75％左右，空載電流（變壓器次級(jí)開路時(shí)，初級(jí)仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流）下降約80％，對(duì)于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低的地方，其節(jié)能效果更加明顯，因而格外適用。為此，中國(guó)的上市公司——置信電氣從美國(guó)通用電氣公司引進(jìn)非晶合金變壓器的專有技術(shù)后，通過(guò)消化吸收，自主創(chuàng)新開發(fā)了適合中國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行的非晶合金變壓器系列產(chǎn)品。我國(guó)年均生產(chǎn)配電變壓器約2.4億kVA，如30%改用非晶材料，年生產(chǎn)非晶變壓器為7200萬(wàn)kVA，以每臺(tái)變壓器300kVA為例，年需求非晶變壓器將達(dá)24萬(wàn)臺(tái)。這將降低變壓器空載損耗13萬(wàn)kW，一年可節(jié)約用電11.4 億kWh。相當(dāng)節(jié)約電煤43.3 萬(wàn)噸，減少燃煤有害氣體排放1.1萬(wàn)噸。
3）釹鐵硼磁性材料
釹鐵硼（Neodymium magnet）也稱為釹鐵硼磁鐵，是以金屬間化合物Re2Fe14B為基礎(chǔ)的永磁材料。主要成分為稀土（Re）、鐵（Fe）、硼（B）。其中稀土Nd為了獲得不同性能可用部分鏑（Dy）、鐠（Pr）等其他稀土金屬替代，鐵也可被鈷（Co）、鋁（Al）等其他金屬部分替代，硼的含量較小，但卻對(duì)形成四方晶體結(jié)構(gòu)金屬間化合物起著重要作用，使得化合物具有高飽和磁化強(qiáng)度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。生產(chǎn)釹鐵硼的主要原料是稀土金屬釹29%-32.5% 金屬元素鐵 63.95-68.65% 非金屬元素硼1.1-1.2%，以及少量添加的鏑0.6-1.2% 鈮0.3-0.5% 鋁0.3-0.5% 銅0.05-0.15%等元素。
釹鐵硼分為燒結(jié)釹鐵硼和粘結(jié)釹鐵硼兩種，燒結(jié)釹鐵硼一般分軸向充磁與徑向充磁兩類，根據(jù)所工作面的需要來(lái)確定。燒結(jié)釹鐵硼因易腐蝕，表面需鍍層，一般鍍鋅、鎳、環(huán)保鋅、環(huán)保鎳、鎳銅鎳、環(huán)保鎳銅鎳等。粘結(jié)釹鐵硼用高分子材料將釹鐵硼粉粘結(jié)而成。粘結(jié)釹鐵硼的各個(gè)方向都有磁性，耐腐蝕；與燒結(jié)磁比較，它可以一次成形，無(wú)需二次加工、可以做成各種形狀復(fù)雜的磁體，這也是燒結(jié)磁體所無(wú)法相比的，應(yīng)用它可大大減少電機(jī)的體積及重量。但是它的應(yīng)用開發(fā)較晚，所以應(yīng)用面還不廣，用量也較小，主要用于辦公室自動(dòng)化設(shè)備、電裝機(jī)械、視聽設(shè)備、儀器儀表、小型馬達(dá)和計(jì)量機(jī)械、在手機(jī)、CD-ROM、DVD-ROM驅(qū)動(dòng)電機(jī)、硬盤主軸電機(jī)HDD、其他微特直流電機(jī)和自動(dòng)化儀器儀表等領(lǐng)域。近年我國(guó)粘結(jié)釹鐵硼永磁材料的應(yīng)用比例為：計(jì)算機(jī)占62%，電子工業(yè)占7%，辦公室自動(dòng)化設(shè)備占8%，汽車占7%，器具占7%，其他占9%。
目前《京都議定書》已經(jīng)生效，各國(guó)對(duì)環(huán)保節(jié)能的日益重視，并由于全球高油價(jià)的壓力，環(huán)保節(jié)能也在成為影響各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的重要因素。釹鐵硼磁性材料因其磁性能優(yōu)異而被稱為“磁王”，是推動(dòng)環(huán)保節(jié)能的重要原材料之一，因?yàn)樗前l(fā)展風(fēng)電、混合動(dòng)力汽車、電子、ＩＴ、新能源、航空航天等戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域的重要支撐材料，有著不可替代的作用，影響巨大。所以，其產(chǎn)量和應(yīng)用水平與人們的生活息息相關(guān)，被認(rèn)為是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平標(biāo)志之一。
4）鐵基高溫合金材料
提純處理后的直接還原鐵可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)地非常純凈，雜質(zhì)含量極低，可以作為“精密鑄造、高溫合金以及各種鐵基合金”生產(chǎn)的基本原料，例如可用于粉末高溫合金渦輪盤等高溫材料的生產(chǎn)。中國(guó)鋼研生產(chǎn)的某型發(fā)動(dòng)機(jī)用FGH95（使用溫度650℃）、FGH97（使用溫度800℃）合金高壓渦輪盤如圖2-1所示。
3直接還原鐵應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐
鋼鐵研究總院利用高品位優(yōu)質(zhì)鐵精粉，經(jīng)直接還原和進(jìn)一步提純后，成功試制出高純凈超低碳特冶產(chǎn)品。用直接還原鐵為原料，采用冶金新工藝生產(chǎn)的超低碳耐晶間腐蝕不銹鋼022Cr19Ni10產(chǎn)品如圖3-1所示，產(chǎn)品成分如表3-1所示。
圖3-1以直接還原鐵為原料，采用冶金新工藝生產(chǎn)的超低碳奧氏體不銹鋼產(chǎn)品圖片
4結(jié)語(yǔ)
以直接還原鐵性為原料，采用短流程冶金新工藝生產(chǎn)工業(yè)純鐵，以及鐵基特鋼產(chǎn)品，產(chǎn)品具有成分、性能優(yōu)，生產(chǎn)流程節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于下游用戶，具有較好的發(fā)展前景。
