走向稀土大國的創(chuàng)新之路
——包鋼稀土一廠的復產與擴建(1964—1977)

霍知節(jié)

(海南師范大學，?？?570100)

1 引言

包鋼稀土一廠(下簡稱“一廠”)是我國稀土合金生產和稀土工業(yè)的開端，1958—1963年為初建階段，先后建成稀土合金試驗廠和稀土選礦試驗廠；1964—1977年為恢復、擴建及發(fā)展階段，建設項目有“704- 65”工程及配套工程、硅鐵原料配套工程及合金破碎間工程。初建期亦是一廠自主研發(fā)的試生產階段，主要產品稀土硅鐵合金，用作生產軍工鋼的添加劑，效果雖良好，但因技術瓶頸而停產。國家科委、經委召集全國14個部的140多個單位，1963年舉辦“4·15”會議，“打了一場包頭礦(白云鄂博礦)綜合利用的群眾性大會戰(zhàn)”[1]。在包頭冶金研究所(下簡稱“包冶所”)帶動下，與一廠共同研發(fā)稀土合金許多新工藝、新品種，在一廠擴大試驗并轉入工業(yè)生產。該廠是怎樣恢復生產并進入擴建發(fā)展階段，如何進行生產技術創(chuàng)新？有哪些創(chuàng)新產品問世，又產生了哪些影響？即為文章重點探求的內容。

2 國家科技政策下的復產及創(chuàng)新

2.1 國家科技政策的引領

1964年3月，“包頭稀土鐵礦資源綜合利用”列入國家“1963—1972年科學技術發(fā)展規(guī)劃”。4月9日，國務院副總理鄧小平、北京市長彭真等，在內蒙古自治區(qū)政府主席烏蘭夫陪同下視察了包鋼，11日登上白云鄂博礦山頂(圖1(1)包頭稀土鋼鐵公司廠檔案館提供，樣片登記卡底片號：無。)。鄧小平同志聽取了白云鄂博鐵礦匯報后指示：“白云鄂博是座寶山，我們要很好地開發(fā)利用。我們要搞鋼鐵，也要搞稀土，要綜合利用寶貴的礦山資源。”([2]，頁20—21)確定了白云鄂博發(fā)展稀土的方針。1965年3月，國家科委、經委將“包頭鋼鐵基地資源綜合利用”列入全國31項技術革命項目。4月15—24日，國家科委和經委、冶金部在包頭聯(lián)合召開了“包頭礦綜合利用和稀土應用工作會議”(第二次“4·15”會議)，確定開發(fā)白云鄂博礦要貫徹“以鐵為主，綜合利用”的方針，要求集中優(yōu)勢兵力，打好科研工作的5個“殲滅戰(zhàn)”(2)解決五個問題：一是做好地質工作，搞清稀有、稀土資源的儲量及分布情況，這是貫徹綜合利用方針的前提條件；二是綜合選礦；三是多流程、多品種的提取冶煉；四是稀土、鈮的應用；五是包頭礦工業(yè)生產的防護。，以盡快闖過科研關，使白云鄂博礦綜合利用迅速走上工業(yè)化的道路。同年12月8—14日，內蒙古自治區(qū)科委、經委在包頭召開“全區(qū)稀土應用和推廣會議”，全面貫徹落實“4·15”會議精神，進一步在全區(qū)把稀土應用工作廣泛地開展起來([2]，頁22)。來自國家上層的正確決策極大地調動和鼓舞了包鋼廣大建設者的熱情，稀土科研工作者奮起攻關，一廠開始恢復生產并進入擴建及技術創(chuàng)新階段。

圖1 鄧小平視察白云鄂博礦山

2.2 恢復生產及科技創(chuàng)新

1963年，一廠改稱“冶金工業(yè)部包頭冶金研究所合金試驗廠”，包冶所是其上級部門和技術研發(fā)機構，其科研創(chuàng)新成果直接決定著一廠的生產項目及技術水平。國家科委和冶金部指示，要盡快滿足國防和民用對稀土合金品種的迫切需要。1964年恢復生產后，包冶所第三研究室與一廠技術組，為穩(wěn)定和提高稀土合金的質量、產品標準化、降低成本而進行聯(lián)合技術攻關，即稀土硅鐵合金(1#合金)“殲滅戰(zhàn)”，生產出的350噸合金很快銷售一空，為全國提供試驗和生產稀土鋼、稀土鑄鐵之用([4]，頁9)。此外，據1965年包冶所的《稀土中間合金多品種殲滅戰(zhàn)工作總結》，取得三項科研成果：

(1)試制成功5個新品種，即低鈦稀土合金、高稀土合金、鎂稀土合金、鋁稀土合金、高鈣稀土合金，其中已有3個品種轉入工業(yè)生產。(2)精礦可以直接入爐。(3)精礦煉得的產品合金粉化嚴重。正在開展防合金粉化的研究實驗工作。([2]，頁22)

一廠試制成功投入實際生產的3個新產品：稀土低鈦合金即2#合金(RE 20%—25%，Ti 2%)；稀土高鈣合金即3#合金(RE 20%—25%，Ca 5%)；稀土硅鐵鎂合金即4#合金(RE 17%—20%，Mg7%—12%)，其中4#合金因廣泛用于球墨鑄鐵而一直大量生產([5]，頁207)。包冶所給一廠下達年度生產任務，稀土合金600噸([6]，頁18)，1965年實際產量達到645噸([4]，頁9)。從數據上分析(表1)，該廠超額完成任務，達到建廠以來的最好水平。一廠在包冶所技術創(chuàng)新帶動下，新品種增加、生產效益顯著提升，生產及科研進入新的發(fā)展階段。

表1 包鋼稀土一廠歷年主要技術經濟指標一覽表

數據來源：包鋼稀土一廠檔案館.包鋼稀土一廠簡志[B].稀土一廠廠志.1987:無頁碼.包頭鋼鐵公司檔案館，檔案號49- 1- 149．

一廠以高爐渣硅熱法制備稀土硅鐵合金科技成果獲1965年國家發(fā)明獎([8]，頁100)。該成果比蘇聯(lián)早6年，比美國早9年，屬世界首創(chuàng)。包冶所將上述稀土硅鐵系列合金研究成果匯總整理后，提交了《關于稀土鎂合金工業(yè)性試驗總結》《稀土硅鈣合金試驗總結》《高稀土硅鐵合金的半工業(yè)性試驗總結》和《稀土鋁合金的試驗》等多篇技術報告，足見當時我國的稀土硅鐵合金科研理論及生產技術均處于世界領先水平。

3 “硬件”建設及原料創(chuàng)新

3.1 “704- 65”及配套工程

隨著稀土合金在冶金、機械鑄業(yè)的推廣及民用市場的逐步打開，需求量猛增，供不應求。加之第二次“4·15”會議提出“擴大稀土合金的品種，提高合金產量”[7]，1965年冶金部下發(fā)了(65)冶設字第2027號文件和(65)冶科字第2282號文件，決定擴建一廠，達到年產稀土合金7000—8000噸的能力，即“704- 65”工程。具體包括([9]，頁187—188)：

1.將合金試驗廠反射爐車間廠房延長70米，在24米跨內建設2臺5噸電弧爐(3)冶煉車間2#、3#電爐，試驗車間挪至冶煉車間的5t爐即1#爐，后建不可傾動的為4#爐沒過幾年拆除，這臺5t爐型號ДC- 5M(蘇制式)。據王立夫先生解釋，2018- 8- 9。王立夫：生于1946年11月，1970年畢業(yè)于北京鋼院(現北京科技大學)冶金專業(yè)，1970—2006年在包鋼稀土一廠工作，先后擔任過爐長、車間主任、科長、副總工程師等，曾榮獲國家專利兩項，環(huán)保部優(yōu)秀論文證書。；

2.將廠內原有的C- 5型電爐搬遷到反射爐車間；

3.在C- 5型電爐原有的位置上建設1座0.5噸小電爐，供試驗使用。

1965年4月開工新建兩臺5噸電弧爐，1966年3月竣工8月投產。1966年產鐵合金2886噸([5]，頁11)(表1)，從此一廠被列為正式生產廠。C- 5型電爐型搬遷工程，1968年9月完成，HGM- 0.5型電弧爐1969年建成?！?04- 65”工程前后4年完成，總投資為86萬元。該工程投產后，生產能力大幅提高。為滿足冶煉合金所需的白灰量，1968年5月新建Ф2.3m×19m混料式石灰窯兩座，每座日產能力40噸，建設投資15萬元；1969年在2號電爐北側，自行設計建造1臺5噸固定式電弧爐，投資14萬元(1973年報廢拆除)；1970年完成冶煉車間稀土富渣高道及渣料槽工程，完善了冶煉車間兩條原料供給線，可貯料80噸，投資43萬元[10]；以上為三項配套工程建設。

綜上所述，1965—1970年間，“704- 65”及配套工程順利完工。一廠新建生產設備電弧爐及配套設施白灰窯等，極大地提升了一廠的“硬件”生產能力，只是在生產技術尤其是原料及還原劑等“軟件”方面亟需創(chuàng)新。

3.2 改渣換料——開辟“二流程”

一廠自1959年生產稀土硅鐵合金以來，都以包鋼高爐渣(含稀土氧化物6—8%)為原料，產品的稀土品位僅為17—25%，鈦含量2—4%([7]，頁37)。隨著科技的發(fā)展，高爐渣為原料生產的產品已完全不能滿足用戶的新需求。此外，冶煉指標差，如生產每噸合金渣耗8—10噸，稀土收率僅為40%左右，不僅產量和生產效率低，且產品價格昂貴，直接影響冶金和民用，為此迫切需要解決高品位稀土原料([9]，頁100)，故改變高爐渣更換原料即“改渣換料”的技術創(chuàng)新勢在必行。

1964—1965年間，包冶所與一廠積極進行技術攻關與科研合作，在5噸電爐上進行了白云鄂博中貧礦脫鐵、脫磷制取稀土富渣，用以冶煉稀土硅鐵合金的試驗。其中90%以上稀土富集在爐渣中，稀土品位10—15%([2]，頁22)。但由于電爐成本高又不宜大規(guī)模生產，所以還是嚴重制約著稀土硅鐵合金的生產發(fā)展。

1966年，包冶所技術科研人員經刻苦鉆研后提出技術創(chuàng)新思路，打破了中貧鐵礦入高爐中不能順行和易發(fā)生爆炸的觀點([11]，頁235)，直接采用中貧礦(主要組分見表2)不經選礦，直接入高爐，脫鐵、脫磷、除鈮后得稀土富渣(成份和結構見表3)和高磷含鈮生鐵，將富渣用于冶煉稀土合金。換言之，中貧礦在高爐中脫鐵脫磷后，稀土渣冶煉稀土合金，從鐵水中回收鈮、磷、錳等元素并已生產出鈮鐵、磷鐵、錳鐵，這一綜合利用工藝流程簡稱“二流程”([3]，頁100；[12]，頁38)。其中，技術創(chuàng)新有三點：一生產原料不經選礦工藝流程直接入爐，省時省力，實現原料利用最大化；二采用生產設備為高爐而非電爐，擴大生產規(guī)模和提高生產效率；三稀土和鈮的回收率提高。

表2 中貧礦主要組分的平均含量([13]，頁264)

表3 稀土富渣的成分[13]

圖2 高爐生產稀土富渣的工藝流程示意圖[7]

中貧鐵礦的稀土元素是以氟碳鈰礦和獨居石的形式存在，礦石中稀土含量直接決定了富渣中的稀土含量。在高爐冶煉的過程中，鈮和磷進入鐵中，而稀土礦物分解后以鈰鈣硅石形態(tài)進入渣相(富渣礦相組成見表4)，這樣就實現了稀土的分離和富集，稀土富渣制備工藝流程如圖2(4)高爐生產稀土富渣的工藝流程示意圖中“煉鐵高爐渣”應改為中貧礦(白云礦)，當初生產時配加部分高爐渣，后改為以中貧礦為主。王立夫先生解釋2018- 8- 9。：

上圖中經篩分流程進入高爐中原料的具體組成及粒度要求見表5，爐中加入焦炭充分還原鈮、錳、鈦進入鐵，石灰石不僅助熔且益于稀土提煉，還可使爐渣的全堿度(CaO/SiO2)達到2，提高爐渣的流動性，減少了風口、渣口破損。因爐渣含氟高(F>10%)，爐底和爐襯均以碳磚砌筑且爐腹用冷卻壁水冷，以增強爐襯抗侵蝕性。一般大高爐為保證鐵產量都采用人造富礦，渣中已基本不含稀土[13]。故中貧礦煉制稀土富渣選擇小高爐，通常生產中使用80或55立方米的高爐。包冶所、一廠、包鋼設計院共同合作，在該所0.4立方米高爐和上海鐵合金廠15.8立方米高爐試驗基礎上，在包鋼稀土二廠55立方米高爐上進行中貧礦脫鐵、脫磷試驗，日產稀土富渣(稀土氧化物≧12%)100噸([12]，頁37—38)，從而保證了一廠正常生產。

表4 稀土富渣礦相組成[13]

表5 高爐原料的組成與粒度[11]

高爐冶煉中貧礦制備稀土富渣的工藝為我國獨創(chuàng)，由于富渣的稀土含量比高爐渣高2～3倍，1967年3月，冶金部和內蒙古冶金廳決定包頭市東風鋼鐵廠(圖3)用80立方米高爐定點生產稀土富渣(圖4)。該渣中稀土氧化物>12%，氧化錳<2%，堿度>1，年產稀土富渣20671噸([9]，頁100)。為一廠和其他稀土合金廠提供了絕大部分原料，使國內稀土硅鐵合金增產至萬噸以上。一廠全年累計生產合金5975噸，產品成本由1964年的4800元/噸降到2600元/噸([6]，頁210)。顯見，一廠改渣換料后，生產效率、經濟效益顯著提升，更重要是改善了生產高品位稀土合金的原料條件，使產品的結構發(fā)生了較大變化，且增加了新品種，使我國稀土合金的生產步入新階段。

圖3 東風鋼鋼鐵廠之夜[14]

圖4 生產稀土富渣的二號高爐正在進行渣鐵分離

4 稀土鎂硅鐵合金的研發(fā)

4.1 低稀土鎂硅鐵合金(即6#合金)

一廠應湖北省第二汽車制造廠、河南洛陽第一拖拉機制造廠、南京汽車制造廠等單位的要求，自行研發(fā)稀土硅鐵合金新品種。一廠技術人員盧在漳、劉光銀成功研發(fā)出低稀土鎂硅鐵合金(即6#合金)(5)6#合金亦是一廠產品，當時主要是1#和4#(稀土鎂合金，RE18%)，為區(qū)別4#合金，將RE低于18%的，用戶大量需用的，稀土3#、5#、7#的鎂合金統(tǒng)稱6#合金。其實皆是稀土鎂硅鐵合金。王立夫先生解釋2018- 7- 27。，采用稀土富渣、75硅鐵、石灰、金屬鎂為原料，在5噸電弧爐上大規(guī)模生產并推廣應用。合金化學成份為RE 5—7%，Mg7—9%，Mg>RE，Si<45%，其余成份與4#合金近似[15]。其冶煉分兩步：先生產出相應成分的稀土硅鐵合金，后進行爐外配鎂(圖5(6)包頭稀土鋼鐵公司廠檔案館提供，樣片登記卡底片號：000529。圖中配鎂工藝就是電爐冶煉成稀土硅鐵沖配鎂錠。王立夫先生解釋2018- 7- 28。、圖6(7)包頭稀土鋼鐵公司廠檔案館提供，樣片登記卡底片號：004778。圖為中頻爐熔配鎂合金，把稀土、鎂、硅鐵、鐵屑廢鋼同時加入中頻爐熔配而成。王立夫先生解釋2018- 7- 28。)([12]，頁317)。

爐外配鎂最具技術含量，常用兩種方法：沖鎂法和壓鎂法。沖鎂法用合金液將鎂沖化后鑄錠；壓鎂法將鎂錠壓入合金液熔化后鑄錠，此法鎂的燒損率低且合金中氧化鎂夾雜少。配鎂合金的溫度很關鍵，1250～1280℃為最佳，既使鎂錠全部熔化，又確保配鎂后合金有良好的流動性，同時鎂的燒損率也降到最低。不可超過1300℃，因合金溫度愈高，鎂燒損率愈大。此外，配鎂合金中Fe的含量也很關鍵，合金含鐵愈高，鎂燒損率愈大。因Mg與Fe不互溶，若Fe含量高則合金中游離Si優(yōu)先與Fe結合形成FeSi或FeSi2，就無充足的游離Si與Mg結合生成MgSi，則Mg不能壓入合金氣化而燒損大。再有，配鎂合金量也很關鍵，通常不少于1500kg，因合金量愈多熱容量愈大，配鎂后合金的溫差少，配鎂前的合金溫度可在低線，鎂的燒損率低。配鎂量可按合金含鎂范圍的中間值計算[13]：

式中：m—鎂錠量，kg；Mg—合金含量鎂的中間值，%；MgO—鎂的純度，如果純度大于99%，取MgO=1；q—以純鎂為基數鎂的燒損率，%；C—稀土硅鐵合金量，kg。

上式中鎂的燒損率q是經驗數，隨配鎂的條件改變。一廠生產的低稀土鎂硅鐵合金占總產量60%以上，由此逐漸延伸形成了完整的稀土鎂硅鐵系列合金，主要作為球化劑用于我國球鐵生產，對球鐵工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。

1967年8月10日，冶金部將一廠劃歸包鋼領導，1968年正式并入改稱包鋼七○四廠。1969年9月又改稱包鋼有色一廠，年產稀土合金4635噸，上繳利潤59.24萬元(見表6)。1970年稀土合金年產量已達8568噸，創(chuàng)歷史最高，總產值達1963.89萬元，上繳利潤208.7萬元[4]。由上分析可知，隨著一廠裝備建設、冶煉工藝不斷完善，生產和管理水平的穩(wěn)步提升，保證了產品質量、產量和效益不斷提高。尤其改渣換料后，生產效益在逐步好轉。盡管時處文革且一廠的領導權屢有變更，廠名也在變換，對企業(yè)的生產和科研有很大干擾和影響，但一廠研制成功低稀土鎂硅鐵合金，科技創(chuàng)新還是在積極推動著生產發(fā)展。

表6 包鋼稀土一廠歷年主要技術經濟指標一覽表

續(xù)表6

數據來源：包鋼稀土一廠檔案館.包鋼稀土一廠簡志[B].稀土一廠廠志.1987:無頁碼.包頭鋼鐵公司檔案館，檔案號49- 1- 149．

圖5 5噸電弧爐出合金后兌鎂[17]

圖6 稀土一廠鎂合金兌鎂[18]

4.2 低稀土鎂硅鐵合金(M6合金(8)所謂M6合金是一廠在1965—1975年期間，對應自己產品排隊的排號，沒用幾年，搞企標一行標，最后歸入國標，M6就已不用了。)

一廠在生產低稀土鎂硅鐵合金過程中，因鎂金屬價格高，為節(jié)約金屬鎂，努力尋求無鎂或低鎂的新型球化劑。1971年，一廠采用硅一步法以燒結白云石(CaCO3·MgCO3)、稀土富渣、75硅鐵、石灰為原料，在0.5噸電弧爐上冶煉低稀土鎂硅鐵合金。其優(yōu)點是以白云石為鎂的原料，這在鎂金屬短缺的情況下更有特殊的意義([12]，頁318)。由一廠技術員盧在漳、劉光銀研發(fā)并取得了初步成效，盧在漳為之命名，國內稱為M6合金。M6合金經鄭州機械研究所、無錫柴油機廠等單位試用，認可作球化劑、變質劑、孕育劑，這也是一廠首次不用金屬鎂制取該合金的成功嘗試。新品種成功研發(fā)，年產稀土合金6142噸，完成工業(yè)總產值1436萬噸，上繳利潤84.9萬元([5]，頁11)(見表6)。但一廠生產建設各項指標較上一年(1970年)有所下滑，主要是“文革”大環(huán)境對生產及管理的影響所致。

4.3 低稀土鎂硅合金再創(chuàng)新

稀土球墨鑄鐵不斷推廣，低稀土鎂合金需用量增加，鎂合金才得以擴大產量。1973年8月，稀土一廠利用簡易400千伏安礦熱爐(圖8)，進行了炭熱法直接生產低稀土鎂硅鐵合金的試驗。以焦炭為還原劑，稀土富渣、硅石、鋼屑為原料(圖9)，再進行爐外配鎂，制得低稀土鎂硅合金，其成分如下表所示。

表7 低稀土鎂硅合金組成表[15]

該合金生產工藝流程如下圖：

圖7 礦熱爐生產低稀土硅鐵鎂合金的工藝流程示意圖[7]

圖8 稀土一廠的礦熱爐(9)包頭稀土鋼鐵公司廠檔案館提供，樣片登記卡底片號：003611。

圖9 稀土一廠冶煉車間上料(10)包頭稀土鋼鐵公司廠檔案館提供，樣片登記卡底片號：002281。

400千伏安礦熱爐炭熱法冶煉稀土合金與硅熱法相比，省去單獨生產硅鐵合金工藝流程，其冶煉中產生FeSi主要階段的反應為[11]：

Fe+SiC=FeSi+C C+SiO2=SiO↑+CO↑

此外，該工藝的主要經濟技術指標(見表8)，在當時完全可與硅熱法生產相媲美。不僅減少能耗、降低成本屬創(chuàng)新之舉，開辟FeSi生產的新途徑更拓寬了合金的生產工藝。此工藝先后被大同鐵合金廠、安徽省蚌埠鐵合金廠等8家單位所采用。該科技成果由一廠技術人員盧在漳、段尚元完成，1977年10月獲得包鋼科技成果獎。

盡管一廠在生產技術上不斷創(chuàng)新，畢竟時處“文革”，合金生產及經濟效益極不穩(wěn)定。當時生產管理差，產量時高時低，產品質量也不盡人意，給用戶造成很多困難。加之，合金推廣應用和科研停滯，造成產品積壓資金周轉困難的被動局面。將表9中一廠五年生產業(yè)績數據比較分析后，就更顯而易見。

表9 包鋼稀土一廠歷年主要技術經濟指標一覽表

數據來源：包鋼稀土一廠檔案館.包鋼稀土一廠簡志[B]. 稀土一廠廠志. 1987: 無頁碼. 包頭鋼鐵公司檔案館， 檔案號49- 1- 149．

5 稀土硅鐵系列合金的研發(fā)及技術創(chuàng)新

5.1 硅鐵原料及配套建設

一廠冶煉合金初期，所用硅鐵來自吉林鐵合金廠，成本造價一直很高。隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展對硅鐵需求量不斷增加，尤其是改渣換料后，3臺5噸電弧爐年產能力已達萬噸，硅鐵年用量增到八千噸仍供不應求。為了滿足生產的實際需要，技術改造和工藝創(chuàng)新迫在眉睫。1971年冶金部下達(71)冶鋼字第155號文件，決定在一廠建設7座1800千伏安礦熱爐，設計規(guī)模為75硅鐵9600噸，設備總重400噸，總投資600萬元([5]，頁11)。配套工程有1800千伏安礦熱爐車間，硅石原料間，50變電所等。施工期間，一廠經公司批準后自行設計新建一座合金破碎車間，屬技術改造項目。

如上所述，一廠自行設計建設硅鐵原料配套生產工程，主要為解決生產中的現實困難，進行技術創(chuàng)新和工藝突破，工程建設就是生產設備和生產工藝的延伸，為生產技術創(chuàng)新鋪路架橋。一廠生產硅鐵就是自給自足解決生產原料的實際問題。

5.2 首產硅鐵

圖10 礦熱爐生產硅鐵工藝流程圖示[7]

1975年7月1日，一廠硅鐵車間1800千伏安礦熱爐部分投產，在礦熱爐中電能加熱爐料，由碳還原硅石中的硅，硅與鐵結合成硅鐵，年產硅鐵138.859噸(表10)，結束了包鋼不能生產硅鐵的歷史。其生產工藝流程如圖：

據表10中一廠年產量、利潤等數據分析，1975—1977這三年間，一廠稀土、硅鐵合金年產量、總產值、利潤都在逐年上升，經濟效益在不斷好轉，主要原因是：首先，1975年國家召開了“全國稀土推廣應用會議”(即“8·25”會議)，會議重申了白云鄂博資源“以鐵為主，綜合利用”的方針，并成立了“全國稀土推廣應用領導小組”，制訂了五年和十年規(guī)劃，推動了稀土科研、生產和推廣應用工作；其次，1976年粉碎了“四人幫”，一廠生產管理逐步恢復正常；更重要的是，由于硅鐵實現自產，大幅降低了生產成本，促進了新產品的不斷研發(fā)。

表10 包鋼稀土一廠歷年主要技術經濟指標一覽表

數據來源：包鋼稀土一廠檔案館. 包鋼稀土一廠簡志[B]. 稀土一廠廠志. 1987: 無頁碼. 包頭鋼鐵公司檔案館， 檔案號49- 1- 149．

5.3 稀土鈣鎂鐵合金的研發(fā)

1977年下半年，一廠應第一機械工業(yè)部稀土推廣應用辦公室的要求，采用稀土爐渣、石灰、75硅鐵、金屬鎂為原料，在0.5噸電弧爐上研制成功稀土鈣鎂硅鐵合金。其化學成分為：RE 13—15%，Mg 3—5%，Si 46—48%，Fe 18—21%，Mn<2%，Ti<12%[7]。經廣東省湛江農機廠應用后，認為不僅可做球化劑，還可做鑄鐵的蠕化劑。該科技項目由一廠技術員盧在漳完成，他撰寫的《稀土鈣鎂合金的研制及其應用》技術報告刊發(fā)于《包頭科技》，1980年獲包頭市科技成果獎。

5.4 強化還原技術的創(chuàng)新

“攪拌”技術在冶金技術中稱為“強化還原技術”，文中仍用“攪拌”代指。攪拌在稀土合金冶煉中有著非常特殊和重要的作用，攪拌可使還原劑硅鐵與被還原物質稀土熔渣充分接觸，擴大接觸面，增加反應物質的碰撞和生成物離開機會，強化反應，減少冶煉時間[11]。簡言之，提高反應速度、效率、有價元素收得率。

圖11 攪拌與合金中各元素的變化[13]

在稀土合金生產實踐中，攪拌的溫度很關鍵要恰到好處，通常在較低的還原溫度(1250—1300℃)，攪拌對反應的作用并不明顯；在適中的還原溫度(1300—1350℃)，對爐液進行強力攪拌，能夠起到強化冶煉過程的作用。攪拌的時間節(jié)點也很關鍵，要恰逢其時，爐料基本熔化后加入硅鐵約30分鐘，在硅鐵熔化的過程中反應速度是相當快的，如圖11所示。在此期間稀土含量幾乎接近出爐合金品位的一半，合金中鈣速增加后，因其參與還原稀土氧化物的反應量銳減(圖11)。攪拌要逐步加強，尤其是還原期的最后時間內，更需多次攪拌，稀土含量才能達到出爐合金品位的另一半。攪拌的力度更是關鍵要恰逢其量，以空氣攪拌為例，在冶煉過程中爐溫偏低時風量可開得較大，反之則風量較小。量的臨界值：達到熔體沸騰但不跑爐(外溢)，攪拌可使反應快速達到平衡。時間控制量：8—12分鐘。若平衡后仍繼續(xù)攪拌，合金中稀土品位就會降低。過猶不及的原因是：攪拌過度增加了合金暴露在空氣中的機會，反而使硅、稀土等元素氧化，即過攪Si濃度會降低，SiO2濃度則增加；一定的溫度下平衡常數為定值，故Si濃度降低必致使熔體中RE的濃度降低，而REXOY的濃度上升，最終造成稀土回收率降低，特別是堿度不高時，合金中稀土含量會降得更快，所以一定要掌握好攪拌的時間和次數。

一廠電弧爐生產稀土硅鐵合金初期，車間工人的攪拌操作勞動強度非常大。以1966年的生產實際情況為例，每爐裝7—8噸料，全部人工用鐵鍬由爐門加入，要求工人扔鍬的技術要高，以減少推料次數(指將未熔料推于爐心并破碎大塊凝固爐料加以攪拌)。在冶煉合金的還原期，需5—6個工人用30公斤重的長柄鐵耙，齊力且快速在爐中往返攪動，直到熔體沸騰。每爐需要5—8個鐵耙，每次攪動約15—20分鐘，這就是“人工拖耙子攪拌”。由于勞動強度非常大，技術含量高，爐前工每班編制12人，而且班前后都需開會布置和總結現場工作。1967年8月，一廠將人工拌料進行技術創(chuàng)新。在反射爐試煉合金過程中，采用“蒸汽吹料”新技術，用蒸汽將堆在爐膛中的爐料吹散開助熔，生產效率顯著提高。于是在5噸電弧爐冶煉稀土硅鐵合金還原期也借鑒蒸汽攪拌，擴大和加速爐料界面的還原反應，減輕了冶煉操作的勞動強度。在生產實踐中的弊端是蒸汽易冷凝為水，有時會發(fā)生小爆炸。此外，通蒸汽的膠管因長期受熱會變質，與鐵管接頭處易破裂。再有，高溫蒸汽還易燙傷操作工人。盡管如此，因省力，仍小心謹慎地使用，但在技術上是急需改進的。此后，經不斷技術攻關，直至1971年，采用壓縮空氣代替了蒸汽。壓縮空氣攪拌技術不僅避免了小爆炸和燙傷事故，更是稀土合金生產工藝的重大創(chuàng)新。(1991年使用氮氣取代壓縮空氣，成為攪拌操作工藝上的第三次技術改進。)

6 結語

上世紀60年代，包鋼稀土一廠在“以鐵為主，綜合利用”的科技政策指導下加快建設，包頭冶金研究所率先打響“稀土硅鐵合金殲滅戰(zhàn)”，引領稀土一廠進行技術創(chuàng)新，研發(fā)新品種，經濟效益猛增，科研、生產生龍活虎，別開生面。但繼之而來的“文革”改變了這一發(fā)展勢頭。這段歷史的經驗和教訓值得深入總結。

60年前，一廠擴建不僅注重“硬件”設施，而且注重稀土合金技術的自主研發(fā)；不局限于試制稀土合金新品種，更有生產原料大膽的更新——精料入爐，技術創(chuàng)新重點在設計新工藝、制造新品種。自力更生擴建石灰窯，打破傳統(tǒng)思維模式，“改渣換料”，開啟生產稀土富渣的新時代，建成還原劑硅鐵生產線并擴大產量，不斷實現技術創(chuàng)新和工藝突破，解決了生產中出現的一個又一個難題。所以說，技術創(chuàng)新、更新生產原料是一個工廠興衰的命脈。當然，為市場、為訂單而改進技術同樣重要，為客戶的實際需求將原料推陳出新，也推動了產品的更新?lián)Q代。一廠的稀土鎂硅合金產量大增，得力于鑄造球墨鑄鐵產量的增長，得到了用戶的好評。任何優(yōu)秀的產品都是升級換代的成果，在產品不斷的更新中造就技術創(chuàng)新的輝煌。

從當年國際稀土產業(yè)的技術水平來看，包鋼稀土一廠已經躋身世界前列。由于稀土資源稀缺，當時許多重大應用(特別是軍事應用)尚未有足夠認識，稀土生產尚處于起步階段，世界各國并未形成產業(yè)規(guī)范，普及應用不夠。包鋼工程師和廣大工人以他們的創(chuàng)新精神，依據自己僅有的條件，發(fā)揮科學精神，以打硬仗的姿態(tài)，土法上馬，土洋并舉，闖出了一條頗有成效的稀土之路。

概言之，包鋼稀土一廠從無到有、從小到大的成長歷程，就是企業(yè)技術創(chuàng)新的艱辛發(fā)展史。正是由于技術的不斷創(chuàng)新，稀土合金成本遠低于國外，不僅滿足了國內鋼鐵生產及軍民的需要，更受到國外用戶的歡迎。上世紀60年代后期出口越南、美國，70—80年代在歐美、日本最受青睞。改革開放后，國內外市場對稀土合金產品標準要求更高、種類更多、需求更大。據報道，美國唯一稀土企業(yè)MP材料公司CEO邁克爾·羅森塔爾今年8月下旬在臺灣說：“目前我們的產品只是稀土‘礦’，還沒有辦法分離成稀土元素。我們九成以上的稀土礦都要送到中國大陸加工……”而一廠在1964—1977年間恢復生產和擴建開創(chuàng)了全新局面，為包鋼進入稀土生產黃金期奠定了基礎，更為我國走向稀土大國邁出了堅實的一步。

致 謝本文的生產工藝及技術細節(jié)得到包鋼稀土一廠副總工程師王立夫先生的熱心指導和幫助，特此致謝!