錳系合金的發(fā)展現(xiàn)狀

嚴(yán)旺生

(湖南省冶金行業(yè)管理辦公室，湖南 長沙　410002)

錳系合金的發(fā)展現(xiàn)狀

嚴(yán)旺生

(湖南省冶金行業(yè)管理辦公室，湖南 長沙410002)

摘要：以近年來大量詳實的數(shù)據(jù)描述了錳系鐵合金及錳基合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，分析了錳系合金產(chǎn)品產(chǎn)能、產(chǎn)量、出口及行業(yè)發(fā)展動態(tài)，綜述了錳氮合金和錳鋁合金的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：錳系鐵合金；錳基合金；發(fā)展現(xiàn)狀

錳加工產(chǎn)業(yè)是以從事錳的冶煉、加工等工業(yè)生產(chǎn)活動為主的工業(yè)行業(yè)，錳及錳系列產(chǎn)品涉及民生必需和經(jīng)濟社會眾多領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要的基礎(chǔ)性原材料。錳加工產(chǎn)業(yè)涉錳產(chǎn)品多，內(nèi)容量大，本文將著重討論錳系合金的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。

1世界錳系鐵合金市場

1.1　世界產(chǎn)量及貿(mào)易量

截至2013年底，世界錳系鐵合金年生產(chǎn)能力約2 850萬t/a。其中，中國產(chǎn)能約1 800萬t/a，其他國家產(chǎn)能合計約1 050萬t/a。根據(jù)中國鐵合金工業(yè)協(xié)會、國際錳協(xié)(IMnI)、美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)，日本鐵合金協(xié)會及日本JFE測算數(shù)據(jù)匯總整理資料，近幾年世界主要錳系鐵合金產(chǎn)量和品種見表1~3。

近幾年來，除2009年受世界金融危機的影響，世界錳系鐵合金進(jìn)出口貿(mào)易量大幅下降外，其他年份基本上保持在每年近500萬t，見表4。

1.2　中國錳系鐵合金市場及發(fā)展動態(tài)

我國錳系鐵合金工業(yè)是隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展壯大的。六十多年來，經(jīng)過幾代人的艱苦

奮斗，特別是2005年以來在國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部的領(lǐng)導(dǎo)下，通過開展行業(yè)準(zhǔn)入管理，加大淘汰落后產(chǎn)能力度，錳系鐵合金行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得了積極成效。

據(jù)初步統(tǒng)計，截至2013年底全國錳系鐵合金企業(yè)650家左右，生產(chǎn)能力約1 800萬t/a，主要分布在廣西、湖南、貴州、四川、云南、內(nèi)蒙古、山西、吉林、遼寧、甘肅、寧夏、陜西、重慶、河南、福建、新疆、河北、湖北、天津、安徽等省(市、自治區(qū))。

1.2.1產(chǎn)量情況

近幾年來受國內(nèi)粗鋼產(chǎn)量大幅增長的拉動，我國錳系鐵合金產(chǎn)量大幅增長，即使受世界金融危機沖擊的2008-2009年，我國錳系鐵合金產(chǎn)量增幅仍然達(dá)到8.26%和5.34%。2013年我國錳系鐵合金產(chǎn)量再度超越千萬噸，達(dá)到了1 149.50萬t，其中錳硅787萬t。中國錳系鐵合金產(chǎn)能及產(chǎn)量排名第1的是廣西鐵合金有限責(zé)任公司，2013年該企業(yè)錳系鐵合金產(chǎn)量29.4萬t，其中錳硅21.7萬t。近9年我國錳系鐵合金分品種的產(chǎn)量情況見圖1[1-3]。

高硅錳硅合金作為普通錳硅合金的延深加工產(chǎn)品，因其有害元素及雜質(zhì)含量低，尤其是低微碳、低磷、低硫產(chǎn)品，日益受到用戶青睞。高硅錳硅主要用于鉻錳不銹鋼、低微碳錳鐵和電爐金屬錳冶煉。

國內(nèi)外一些鋼廠使用高硅錳硅替代電解金屬錳、硅鐵和低碳錳鐵，如鋼廠利用高硅錳硅生產(chǎn)焊絲鋼、Q195鋼可大幅度降低成本，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。2013年國內(nèi)高硅錳硅市場規(guī)模約55萬t，其中200系不銹鋼采用一部分高硅錳硅，約有15萬t的電解金屬錳市場已被高硅錳硅替代。預(yù)計國內(nèi)鋼企為提高產(chǎn)品質(zhì)量、純凈鋼種冶煉和降低煉鋼成本，在高硅錳硅性價比優(yōu)勢明顯的情況下，可能逐步加大高硅錳硅的使用量。

冶煉高硅錳硅比冶煉普通錳硅對入爐原料的要求更高，需要更多使用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)富錳礦和富錳渣。從錳硅合金生成的熱力學(xué)條件可知，硅含量愈高，還原反應(yīng)的溫度愈高，因此生產(chǎn)高硅錳硅應(yīng)保持比生產(chǎn)普通錳硅更高的爐溫。生產(chǎn)含硅14%的錳硅和28%的錳硅，二氧化硅開始的還原溫度分別為1 475，1 510℃，還原溫度高則冶煉電耗亦高，通常高硅錳硅單位產(chǎn)品冶煉電耗達(dá)5 500~6 000 kW·h。因此電價偏高的地區(qū)并不適宜生產(chǎn)高硅錳硅，也沒有成本競爭力。

1.2.2出口情況

2007年前我國錳系鐵合金產(chǎn)品，在國際市場上有較強的競爭力，出口量逐年大幅增長，見表5[1-3]。但是，自2005年以后國家實行限制鐵合金出口政策，先取消出口退稅，后又不斷加征出口關(guān)稅到20%。目前，由于我國實行限制鐵合金出口的政策，以及節(jié)能減排環(huán)保、美元匯率變化、人民幣升值、勞動力成本上升等眾多交互因素影響，目前我國錳系鐵合金產(chǎn)品的出口競爭力嚴(yán)重下降，已沒有走出國門的優(yōu)勢。

1.2.3發(fā)展動態(tài)

我國錳系鐵合金工業(yè)在60年的發(fā)展過程中，不斷探索研發(fā)和推廣先進(jìn)工藝技術(shù)裝備。20世紀(jì)80年代以后，幾個大型鐵合金廠陸續(xù)引進(jìn)或與外國合作制造，建成了1臺30 000 kV·A、1臺31 500 kV·A全封閉式錳硅合金礦熱電爐和電爐煙氣凈化回收系統(tǒng)，以及加料搗爐機、澆鑄機、產(chǎn)品破碎機等專用附屬裝置，使我國錳系鐵合金電爐順利邁向大型化。

隨后，許多大中型鐵合金廠在技術(shù)改造中消化吸收和創(chuàng)新，分別采用了先進(jìn)的電爐設(shè)備或結(jié)構(gòu)部件，礦熱電爐功率補償技術(shù)以及直流、低頻礦熱電爐的開發(fā)應(yīng)用也有相當(dāng)成效。通過實施行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰落后產(chǎn)能，我國錳系鐵合金電爐的容量與裝備水平明顯提高。目前6 300 kV·A以上至25 000 kV·A礦熱爐已占大多數(shù)，25 000 kV·A及以上的大型礦熱爐大約55臺，而且已經(jīng)出現(xiàn)了50 000 kV·A(有功功率)、49 500 kV·A全封閉式大型錳硅合金礦熱電爐。

近幾年來，我國錳系鐵合金企業(yè)還積極采用節(jié)能型電氣裝備與節(jié)能措施，同時，增配錳礦的燒結(jié)或球團、干燥、預(yù)熱、預(yù)還原等精料措施，革新冶煉工藝操作，采用熱裝熱兌聯(lián)合工藝與爐外精煉，并繼續(xù)研究新工藝、新技術(shù)。應(yīng)用在控制電極壓放、調(diào)節(jié)電爐功率，以及自動化配料的基礎(chǔ)上，已經(jīng)開始開發(fā)應(yīng)用礦熱爐控管一體化工業(yè)計算機系統(tǒng)。錳系鐵合金電爐相繼配套煙氣凈化設(shè)施，并回收余熱和煤氣綜合利用，廣西鐵合金有限責(zé)任公司已分別取得錳硅合金電爐余熱發(fā)電突破。各種冶煉爐渣分別回收利用，有的直接返回生產(chǎn)使用，有的沖水淬渣作水泥摻合料，有的作灰渣磚等。

此外，我國已經(jīng)成功開發(fā)生產(chǎn)了高硅低碳錳硅合金等新產(chǎn)品，摸索出一套比較成熟的先進(jìn)工藝技術(shù)。有的重點企業(yè)錳系鐵合金產(chǎn)品的原料與電力消耗指標(biāo)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2中國錳基合金發(fā)展現(xiàn)狀

含錳的錳基合金是中間基礎(chǔ)合金，廣泛用于鋼鐵、有色金屬、機械、鑄造、國防軍工、航空航天等領(lǐng)域。其實錳系鐵合金中的錳硅合金、錳鐵也屬錳基合金的范疇，這里所指的錳基合金主要是附加值高、成熟度高和應(yīng)用廣泛的錳氮合金(氮化錳鐵、氮化金屬錳)和錳鋁合金。其他的錳基合金由于專一性用途強、應(yīng)用領(lǐng)域狹窄和市場容量很小，近期很難具有產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。

2.1　錳氮合金

錳氮合金分為氮化錳鐵、氮化金屬錳兩類，主要用于高強低合金鋼、特殊合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼等鋼種，尤其是在天燃?xì)?、大口徑石油輸送管以及造船和汽車用高強鋼等方面，具有良好的?yīng)用前景。氮能提高鋼的強度、韌性和蠕變抗力。在不銹鋼中，氮屬強烈的奧氏體形成元素，錳、氮聯(lián)合具有促進(jìn)形成和擴大奧氏體的作用。因此錳氮合金也主要用于奧氏體不銹鋼—鉻錳不銹鋼(200系)、鉻鎳不銹鋼(300系)，錳、氮結(jié)合既可代鎳、節(jié)鎳，又可合金化、細(xì)化晶粒，穩(wěn)定奧氏體金相組織。

目前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的錳氮合金，氮含量在4%以上，個別企業(yè)已經(jīng)將氮含量提高到7%左右，如山西交城義望鐵合金有限責(zé)任公司和安陽恒泰冶金耐材有限公司等企業(yè)。國際上，此類產(chǎn)品氮含量平均值為5%左右。湘西自治州豐達(dá)合金科技有限公司2013年生產(chǎn)氮化金屬錳4 500 t，產(chǎn)品中的氮含量8%左右，在同類企業(yè)中有較強的競爭優(yōu)勢。

鑒于我國鎳資源緊缺，鎳礦大量進(jìn)口和精鎳價格高，開發(fā)節(jié)鎳、低鎳型的不銹鋼種已成為趨勢，氮、錳元素的運用會更加頻繁，錳氮合金產(chǎn)品有潛在廣闊的市場空間，國際市場的需求量在逐年增加。目前錳氮合金產(chǎn)品在國內(nèi)市場用量很少，主要原因：我國含氮系列不銹鋼冶煉多采用加入氮氣進(jìn)行氮合金化的工藝，與錳氮合金工藝相比，氮氣合金化工藝具有可靈活用氣、無外加熱熱源、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品氮含量高、氮含量易控制的顯著優(yōu)點，可實現(xiàn)氮成分的精度控制。其他的含氮鋼如高氮鋼、高強鋼、不銹鋼鋼種可以采用氮氣合金化工藝，也可以選用釩氮合金或氮化鉻鐵。

2.2　錳鋁合金

錳是煉鋼的主要的合金化和重要的脫氧元素，鋁是強脫氧元素。因此，錳鋁合金在煉鋼生產(chǎn)中既是合金劑也是強脫氧劑。錳鋁合金的比重大于鋁錠，作為鋼水的脫氧劑使用，可以提高鋁收得率約20%，減少鋁消耗、降低煉鋼成本。錳鋁合金在鋼水中容易下沉，脫氧形成固相及液相的氧化鋁和氧化錳產(chǎn)物容易上浮到鋼液表面排除，減少鋼中夾雜，提高鋼的純凈度。

錳鋁合金作為輕金屬合金材料的鋁中間合金錠，主要是用于鋁合金、鎂合金，其作用是固溶強化，調(diào)整成分，增加合金的強度，主要用來生產(chǎn)材質(zhì)為3003、3004、3005、3105等牌號的錳鋁合金鋁板、帶材等。我國工業(yè)化生產(chǎn)錳鋁合金有兩種方法，即重熔熔合法(合金重熔熔合法、前包熔兌法)和粉末成型法。

我國電解金屬錳生產(chǎn)企業(yè)戶數(shù)多，產(chǎn)量大，國內(nèi)許多電解金屬錳和鐵合金企業(yè)，特別是電解金屬錳主產(chǎn)區(qū)的企業(yè)，大多都配置有中頻電爐重熔電解金屬錳，生產(chǎn)低微碳錳鐵和金屬錳，其中有不少的企業(yè)也可以生產(chǎn)錳鋁合金，主要分布在湖南、廣西、重慶、貴州等地區(qū)，全國這類工廠至少有幾十家。

目前我國生產(chǎn)的錳鋁合金主要是用來出口，國內(nèi)錳鋁合金市場規(guī)模取決于鋼鐵企業(yè)的煉鋼需求、錳鋁合金產(chǎn)品性價比及替代競爭力，因此我國企業(yè)生產(chǎn)錳鋁合金具有很大的不確定性。而鋁合金、鎂合金等輕合金材料中，只有幾個高強牌號的品種需使用錳鋁合金，其錳鋁合金用量不過數(shù)千噸。

參考文獻(xiàn)：

[1]高海亮，嚴(yán)旺生. 后危機時期錳系鐵合金的可持續(xù)發(fā)展[J]. 中國錳業(yè), 2010, 28(2)：6-11.

[2]全國錳業(yè)技術(shù)委員會，中國鐵合金工業(yè)協(xié)會. 中國錳系鐵合金市場及重點企業(yè)研究報告[R]. 湖南：長沙，2011.

[3]中國鐵合金工業(yè)協(xié)會. 我國鐵合金工業(yè)(錳系)可持續(xù)發(fā)展政策研究[R]. 北京，2013.

Development Status of Mn-alloy Series

YAN Wangsheng

(HunanMetallurgyIndustryManagementOffice,Changsha,Hunan410002,China)

Abstract:In recent years, large and detailed data has shown a wide content and information in depth to describe the development situation of Mn-ferroalloy and Mn-alloy industry. This article has its full depth to analyze production capacity, including export and industry development on Mn-nitrogen alloy and Mn-aluminum in development status.

Key words:Manganese series ferroalloys; Manganese base; Development

中圖分類號：TG145

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.001

作者簡介：嚴(yán)旺生(1957-)，男，湖南津市人，高級工程師，副處長，全國錳業(yè)技術(shù)委員會副秘書長，研究方向：冶金工程與技術(shù)、錳產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)研究，手機：13548543596，E-mail：yws9876@163.com.

收稿日期：2014-10-16