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钢铁循环经济冶金技术研究

钢铁循环经济是指充分利用钢铁生产等环节中产生的可以回收的二次资源,使钢铁经济中的相关原料得到更充分的利用,是可持续发展目标的具体实践和对科学发展观的贯彻落实,对我国钢铁经济发展有重要作用,也可以为其他行业的良性发展、经济效益的提升提供经验参考。

1粉末冶金技术应用于钢铁循环经济的意义

1.1提升资源利用率

粉末冶金是制取金属粉末或用含有金属的混合粉末作为原料,通过化学方法、物理方式进行加工,制造金属材料、复合材料以及其他各种类型制品的一种生产、加工技术。在钢铁工业的生产活动中,会产生许多金属粉末和混合粉末,对其进行二次加工可以有效提升铁资源的利用率[1]。

1.2提升经济效益

钢铁循环经济的重要追求之一即是对经济效益的提升,而粉末冶金技术则是钢铁循环经济的重要组成部分,其可以通过对金属粉末的二次利用达到提升企业经济效益的目的[2]。

2粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用

2.1含铁粉末产生的环节

一般来说,钢铁企业的含铁粉末主要是来自于两个生产环节,即炼铁原料系统和出铁口系统,以武汉钢铁集团为例,其部分产生含铁二次资源的统计如表1所示。

2.2制取铁粉的方式和要求

2.2.1利用固体碳制取铁粉

固体碳还原法是目前使用较为广泛的铁粉制取方法,其具有操作简单、技术成熟、经验丰富的优势,其基本原理是将还原剂、脱硫剂加入含铁粉末中,再进行粉碎筛选,直到所获铁粉达到合格要求,具体流程是,在各生产车间放置收集设备,对含铁粉末进行收集,之后对其进行简单加热,使粉末中的水分蒸发,放入反应容器中,加入固体碳还原剂,初步将铁粉和其他杂质脱离,再加入脱硫剂,去除铁粉中的硫化物,之后通过磁化设备进行精选,得到质量较高的铁粉后,通过专业设备进行检测,如果其质量达标,则属于合格产品,可以用于正常使用,如果质量不达标,则需进行二次制取,重新筛选,直到合格为止,利用固体碳回收的铁粉,其品质较高,利用粉末冶金技术,可以将其加工成复合材料和金属材料,用于相关领域[3]。

2.2.2固体碳回收法对含铁粉末的要求

一般来说,含铁粉末是在加工过程或者出铁时产生,由于加工技术、钢铁用途的差异,含铁粉末往往也不尽相同,比如含硫量、其他杂质含量的不同等。主要标准为粉末的铁含量,铁含量在70%以上的混合粉末回收价值较大,由于我国目前对含铁粉末二次加工的技术并不是特别先进,如果混合粉末中铁含量较低,那么加工所需花费和消耗将大于回收的铁粉的价值,二次利用就没有意义了,通常来说,如果混合粉末中铁粉含量低于20%,就不适合通过固体碳方式进行回收,同时,如果混合粉末中盐酸等不溶物的含量大于1%、硫含量大于0.5%,也要考虑更合适的回收方式,比如磁化装置回收法。

2.2.3磁化装置回收法

磁化装置回收法是最简单的铁粉回收法,其基本原理是利用铁元素同极相斥、异极相吸的原理,通过对较大型的装置进行磁化,使其将铁粉从混合粉末中分离出来。磁化装置回收法的基本流程是,在车间、出铁口周围安置混合粉末回收装置,大量收集混合粉末,之后提取部分粉末送检,研究其铁含量,如果铁含量较高,则可以通过固体碳等方式回收,如果其铁含量在30%以下,则表明这部分混合粉末适合通过磁化装置回收法进行回收[4]。

2.3铁粉的压制

通过固体碳、磁化装置等方式完成铁粉收集工作后,需要对铁粉进行压制处理,将其加工成具有一定规格和形状的铁坯,压制处理的方式通常为加压式,即通过物理方法向铁粉增加压力,将颗粒之间的空气挤压出去,使其最终成型[5]。

2.4铁坯的烧结

烧结是压制过后的进行粉末冶金的关键技术。压制成型后的铁坯,往往依然含有较多的杂质、碳化物、硫化物等,通过烧结,可以使铁坯在高温中发生变化,最终将杂质去除。通常来说,烧结分为元烧结和多元烧结,一些特殊的领域也会采用熔浸、热压等烧结方法。烧结环节需要重点注意的是温度,其基本流程是,将铁坯输入烧结设备中,如果采取的是固相烧结,需保持烧结温度低于铁坯的熔点,铁坯只发生纯金属的组织变化,同时铁粉颗粒间黏结、致密化,金属组织间的不会出现溶解,也不出现合金等新型金属。烧结过后的铁坯,基本上可以满足各行业所需,其杂质等经过铁粉制取、烧结已经基本被清除,此时可以根据所要加工的工件对铁坯进行热处理、电镀、轧制等,将其制成工件或者使其符合下一步加工的要求[6]。

2.5回收铁粉的应用

调查显示,利用回收的铁粉进行机械加工,材料利用率往往在90%以上,而直接使用金属材料进行加工,利用率只有50%左右,一个值得注意的现象是,大部分的回收铁粉都被应用于汽车制造行业,日本80%的回收铁粉应用于汽车零部件制造,其行业利润也远大于我国,如何将回收铁粉应用于汽车制造领域或者其他领域,是目前我国相关行业需要考虑的问题。

3总结

对资源进行二次利用,是社会进步的体现,也是时代发展的要求,在钢铁循环经济中应用粉末冶金技术,充分了解铁粉回收、铁坯压制、铁坯烧结等关键环节并对其进行有效把控,有利于粉末冶金技术的发展、进步,也有利于其在钢铁循环经济中的进一步应用。

作者:胡沙 潘友发 单位:商丘阳光铝材有限公司

参考文献

[1]郭志猛,杨薇薇,曹慧钦.粉末冶金技术在新能源材料中的应用[J].粉末冶金工业,2013,(3):10-20.

[2]江涛,吕巧飞,张维娜,等.粉末冶金技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论[J].人力资源管理,2014,(4):182-183.

[3]任朋立.浅析粉末冶金材料及冶金技术的发展[J].新材料产业,2014,(9):17-20.

[4]陈晓华,贾成厂,刘向兵.粉末冶金技术在银基触点材料中的应用[J].粉末冶金工业,2009,(4):41-47.

[5]亓家钟.粉末冶金技术的最新进展[J].粉末冶金材料科学与工程,1999,(2):113-117.

[6]邱智海,曾维平.粉末冶金技术在航空发动机中的应用[J].科技创新导报,2016,(7):10-12.

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