还原铁粉(含合金钢粉)作为工业的主要原材料,广泛地应用在机械、冶金、化工、航空航天材料领域。其世界每年总用量已超过100万吨,制成的粉末冶金零件近90万吨,销售额超过75亿美元。铁基粉末是粉末冶金工业的基础原材料,它的产量、品质决定着粉末冶金工业的发展。汽车工业的发展刺激并拉动了粉末冶金工业的发展,美国71%、日本89% 的粉末冶金烧结零件用于汽车工业,我国目前粉末冶金烧结零件用于汽车、摩托车工业只有41%左右。每辆汽车所用粉末冶金零件重量:美国19 kg、日本8kg、欧洲7.8—14.5 kg、我国3.7 kg。若按我国汽车工业每年20% 一30%的速度增长,对粉末冶金制品的需求相当大,这也是近几年我国铁基粉末生产快速发展的动力之一。2005年我国粉末冶金零件已达8万吨(51家统计)。
一、国外情况:
铁粉是粉末冶金工业的基础原料之一,世界铁粉年产量约在85万t左右。铁粉产量的85%用于粉末冶金零件的制造,其中70%~83%的粉末冶金零件用于汽车工业。其余铁粉用于化工、磁性材料、切割、焊条、发热材料等。
世界铁基金属粉末生产的简要状况是:北美地区钢铁粉末每年43—44万吨,日本钢铁粉末每年18—19.5万吨,欧洲地区钢铁粉末每年15—16万吨。
1、产量 (1)北美(加拿大QMP、美国赫格那斯、瑞典赫格那斯及所属巴西水雾化、还原铁粉各2万t,MPP金属粉末制造公司)年产34~37万t。 (2)欧洲14~15万t。瑞典赫格那斯为主,魁北克其次,俄罗斯5万t、罗马尼亚3 500 t、意大利4 500 t。 (3)Et本18~20万t,其中出口4万t,亚洲除Et本和我国外,印度4 000 t,中国台湾没有,韩国、新加坡等都没有铁粉工业化生产的报道。
2、品种规格 总的趋势:用精矿粉还原的铁粉稳定在现有规模,水雾化铁粉的产量在扩大。 (1)北美:34万t铁粉中只有派龙和巴西生产的还原铁粉总量大约为5万t,其余都是水雾化铁粉。 (2)欧洲:14万t铁粉中只有3万t多是还原铁粉。 (3)Et本:国内使用15 t铁粉中,"川崎"、"同和"生产的还原铁粉目前大约多于2万t,从我国购买的还原铁粉达到1万t。国外还原铁粉用于制造含油轴承的消耗量,美国、Et本均在7 000 t多。
天然矿石经过破碎、磨碎、选矿等加工处理成矿粉叫精矿粉。精矿粉按照选矿方法的不同分为多种精矿粉,如磁选、浮选、重选等精矿粉。铁精矿的主要品质指数包括
1.铁元素含量
这是所有品质指数中最重要的,60%以上含量的一般被认为是高品位的,我国就严重缺乏这种高品位铁矿石,几乎依赖从巴西、澳大利亚、印度进口。
2.有害成分含量
有害成分主要包括硫、磷、二氧化硅、三氧化二铝等等,这个含量越低意味着矿石越好,越容易冶炼。
3.粒度
该指数仅局限于未烧结的铁矿砂,是指矿砂颗粒的品均直径。一般经过粉碎在5-10毫米最佳,过大过小都不好,既不方便运输也不利于生产。
4.含水率
为了方便运输,所有成品铁矿砂都必须在装船装车运输前接受注水。一般含水率在8%以下。于是铁矿砂和其他矿石同类产品都有干、湿两种几种方式,干重用于计算货物单位货值,湿重用于计算运输费用。
提高铁精矿品位的措施
1、选择节能、高产的破碎设备
2、选择节能、高产的磨矿设备
3、提高精矿粉磨后的分级性能,减少过磨现象,提高精矿粉品位
图表 铁精矿质量标准
2. 焦炭
一、焦炭定义
冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁,因此往往把高炉焦称为冶金焦。
铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭。铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料。其作用是熔化炉料并使铁水过热,支撑料柱保持其良好的透气性。因此,铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。
二、焦炭分布
从我国焦炭产量分布情况看,我国炼焦企业地域分布不平衡,主要分布于华北、华东和东北地区。
三、焦炭用途
焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼,起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。炼铁高炉采用焦炭代替木炭,为现代高炉的大型化奠定了基础,是冶金史上的一个重大里程碑。为使高炉操作达到较好的技术经济指标,冶炼用焦炭(冶金焦)必须具有适当的化学性质和物理性质,包括冶炼过程中的热态性质。焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼(冶金焦)外,还用于铸造、化工、电石和铁合金,其质量要求有所不同。如铸造用焦,一般要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低;化工气化用焦,对强度要求不严,但要求反应性好,灰熔点较高;电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量。
四、焦炭的物理性质
焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。
焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。焦炭的主要物理性质如下:
真密度为 1.8-1.95g/cm3; 视密度为 0.88-1.08g/ cm3; 气孔率为 35-55%; 散密度为 400-500kg/ m3; 平均比热容为 0.808kj/(kgk)(100℃),1.465kj/(kgk)(1000℃); 热导率为 2.64kj/(mhk)(常温),6.91kg/(mhk)(900℃); 着火温度(空气中)为 450-650℃; 干燥无灰基低热值为 30-32KJ/g; 比表面积为 0.6-0.8m2/g
五、焦炭的反应性及反应后的强度
焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力,CRI =(G0—G1)/G0×100%(注:G0----试验焦炭样重量,g;G1----反应后焦炭样重量,g;)。焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和 热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中,都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。由于焦与氧和水蒸气的反应有与二氧化碳的反应类似的规律,因此大多数国家都用焦炭与 二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。焦炭反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值: CRIr≤2.4% CSR:≤3.2%
焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。
六、焦炭的质量指标
焦炭是高温干馏的固体产物,主要成分是碳,是具有裂纹和不规则的孔孢结构体(或孔孢多孔体)。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度,其指标一般以裂纹度(指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少)来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气孔率(指焦炭气孔体积占总体积的百分数)来表示,它影响到焦炭的反应性和强度。不同用途的焦炭,对气孔率指标要求不同,一般冶金焦气孔率要求在40~45%,铸造焦要求在35~40%,出口焦要求在30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低,与炼焦所用煤种有直接关系,如以气煤为主炼得的焦炭,裂纹多,气孔率高,强度低;而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力,用M40值表示;焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力,用M10值表示。焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值,焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。M40和M10值的测定方法很多,我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。
七、焦炭质量的评价
1、焦炭中的硫分:硫是生铁冶炼的有害杂质之一,它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于 0.07% 即为废品。由高炉炉料带入炉内的硫有 11% 来自矿石;3.5% 来自石灰石;82.5% 来自焦炭,所以焦炭是炉料中硫的主要来源。焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫分大于1.6%,硫份每增加 0.1% ,焦炭使用量增加 1.8%,石灰石加入量增加3.7%, 矿石加入量增加0.3% 高炉产量降低1.5—2.0%. 冶金焦的含硫量规定不大于 1%,大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于 0.4—0.7% 。
2、焦炭中的磷分:炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03% 以下。
3、焦炭中的灰分:焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。焦炭灰分增加1%,焦炭用量增加 2—2.5% 因此,焦炭灰分的降低是十分必要的。
4、焦炭中的挥发分:根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。如挥发分大于1.5%,则表示生焦;挥发分小于 0.5—0.7%, 则表示过火,一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。
5、焦炭中的水分:水分波动会使焦炭计量不准,从而引起炉况波动。此外,焦炭水分提高会使M04偏高,M10偏低,给转鼓指标带来误差。
6、焦炭的筛分组成:在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。我国过去对焦炭粒度要求为:对大焦炉(1300—2000 平方米)焦炭粒度大于 40 毫米;中、小高炉焦炭粒度大于 25 毫米。但目前一些钢厂的试验表明,焦炭粒度在40—25 毫米为好。大于 80 毫米的焦炭要整粒,使其粒度范围变化不大。这样焦炭块度均一,空隙大,阻力小,炉况运行良好。
八、天然焦炭
天然焦炭,即"天然焦"。地下煤层受到岩浆侵入时,在高温的烘烤和岩浆中热液挥发气体等的影响下,受热干馏变形成了焦炭。地下煤层自燃,也可以形成天然焦炭。天然焦炭,其颜色灰至深灰色,多孔隙,有时可呈六方柱状。与人工焦炭比较,体重大、气孔小、致密。 在我国,不少煤田产有天然焦,多用来作燃料。
一般项目原料消耗情况下,我们参考行业一般规律得出的产出率,还原铁粉一般产出比率为95.57%,其余副产品出售给下游需求企业。
图 2007-2009年中国铁精矿粉产量统计图
由图可知,2007年,中国铁精矿粉产量为976.58万吨,增长率为18.3%,2008年,中国铁精矿粉产量为1188.97万吨,到2009年,产量达到1322.60万吨,增长率达到11.24%,可以得到2007~2009年,我国铁精矿粉的产量呈稳定增长趋势,由于受金融危机影响,在2009年,增长率出现了下降趋势。
图 2007-2009年中国铁精矿粉销量统计图
由图可知,2007年,中国铁精矿粉需求量为954.87万吨,增长率为14.3%,2008年,需求量达到1156.58万吨,到2009年,产量达到1281.62万吨,增长率达到10.81%,从趋势图可以得到2006~2009年,我国铁精矿粉的需求量也呈稳定增长趋势,需求量的增长幅度和产量增长幅度相当。
图 2007-2009年中国铁精矿粉价格统计图
由图可知,2007年,中国铁精矿粉价格为1031元/吨,2008年,价格为1087元/吨,2009年,中国铁精矿粉价格为1154元/吨。
1、山西宝山矿业有限公司
山西宝山矿业有限公司成立于1997年,现年产铁精矿粉已达110万吨,是目前山西民营企业中最大的铁精矿粉生产企业。公司生产的"宝山"牌铁精矿粉,以高品位、低硫、低磷、低硅(一高三低)享誉市场,畅销于山西、河北、河南、山东、浙江、江苏、上海等市的铜铁企业,产品供不应求,形成了自己的品牌优势。
2008年,山西宝山矿业有限公司进入了全新的发展阶段,如果说公司从1997年建立到2007年用了十年的时间,成长为山西省最大的民营铁矿生产企业,那么2008年至2017年的第二个十年,公司将努力建设成为国内最大的民营铁矿生产企业,公司将对现有新区的碳酸矿进行综合开发,提高资源利用率;将进一步采取收购、合作等方式,扩大资源储备,提高生产能力;将对新疆矿区的资源进行逐步开发;并将通过资本运营手段,进一步提高公司的规模和竞争历。同时,公司在内部管理、队伍建设、文化建设、社会责任等方面取得新的重大发展!
2、山西黎城粉末冶金有限责任公司
山西黎城粉末冶金有限责任公司组建于2001年,2003年10月整体购并了黎城县最大的矿山企业——黎城铁矿(集团)有限公司,从而形成集采矿、选矿、还原铁粉加工和研发为一体的大型民营企业, 成为我国目前最大的粉末冶金原料基地。
公司现有员工2921余人,其中高中级技术人员68人,资产总额37346万元,其中固定资产13053万元,辖小寨、黄崖洞、彭庄三大矿区,下属有十二个机关部室和六个分公司,其中一至四公司主营采矿、选矿,现采矿能力为150万吨/年,选矿能力为40万吨/年;五分公司以生产超矿粉为主,年生产能力4万吨;六分公司主营还原铁粉,年生产能力3万吨;2005年全公司生产原矿90.84万吨,精矿粉36.07万吨,超纯矿粉3.54万吨,海绵铁2.65万吨,完成销售收入26102万元,实现利润7629万元,上交税金6834万元。2004年10月被评为2003年度"全国工业重点行业效益十佳企业"。
近年来,该公司大力实施技改扩建工程,加快了调产增效步伐。完工和正在建设的工程项目有:粉末冶金二期3万吨工程、870平峒、小寨矿区一矿山竖井工程、二矿山竖井工程、彭庄矿区竖井工程、三分公司新建超细矿粉车间、五分公司选矿车间改造、三大矿区尾矿库搬迁、扩容、主采区开拓掘进工程、安全基础实施改造等,有力促进了企业生产建设的快速发展。2005年10月9日,该公司和香港国磁有限公司合资项目——橡塑磁粉项目奠基开工。其中,粉末冶金项目列入山西省1311调产规划项目和长治市新百强调产项目,是长治市重点扶持和培育的新兴材料基地。2005年6月,经山西省高新技术企业认定委员会认定,该公司成为"山西省首批高新技术企业"。 2003年10月,企业改制后,按照"以人为本、平稳过渡"的原则,在妥善解决了职工安置和改制遗留问题、健全内部管理机构的基础上,组建了公司党委、工会、妇联、武装部等党群组织,不断提高职工待遇,改善职工工作和生活条件,为企业的持续健康快速发展奠定了坚实的基础。2004年11月企业通过ISO9001-2000国际质量体系认证;2005年5月,该公司被中华全国总工会授予"全国模范职工之家"称号;2006年荣获长治市"民营经济特级明星企业"。
随着全球经济的升温和国家的宏观调控政策的实施,预计2010~2012年,铁精矿粉的产量和价格均会上升。主要原因如下:一是我国今年以来对固定资产投资力度仍然比较大以及房地产市场持续小幅升温所需钢材数量继续增加;二是国内钢铁生产线比较多,各企业生产钢材产量增加;三是由于各钢铁企业的钢材产量都有所增加,致使所需生产钢材的主要原材料铁矿精粉也同步增加;四是受国际铁矿生产企业垄断铁矿石生产价格,将助推铁矿精粉的上涨。