合金元素添加剂在钢铁行业的发展和应用
思瀚产业研究院 润际新材    2023-10-16

在钢铁行业，不同于铝的低熔点，金属铁熔点较高（1,538℃），在一般钢铁的冶炼中，元素添加普遍使用铁合金（铁基中间合金），常见的铁合金有锰铁、铬铁、硅铁、硅锰等，而在对纯净度等要求较高的高端钢铁冶炼中，通常采用直接添加纯金属的方式添加合金元素。

铁合金制备方法与铝基中间合金类似，即将合金元素矿石与铁屑等一种或多种合金元素熔炼制成的一种待用合金产品，在钢铁冶炼时，将该产品再次投入熔炉中进行熔化，达到钢材合金元素添加的目的。铁合金的优点在于其价格较低，但其金属元素收得率低、杂质含量高，不利于提升钢铁品质。同时，铁合金本身的制备工艺粗放、能耗物耗高、并产生大量烟尘、废渣、废气，环境污染严重。

纯金属加入的优点在于其浓度高、应用简便、部分金属熔化性好，有利于提升钢铁品质；缺点在于纯金属收得率偏低，且对部分金属而言，如为了加快熔化速度直接将金属研磨成粉末状加入，导致合金元素在熔体烧损量多，材料耗损大，且高温下产生各类氧化物、氮化物、氢化物等杂质，对钢铁纯净度产生影响，如以金属锭的方式加入则导致合金元素在熔体中熔化速度慢、熔化不均匀，亦影响制备效率和钢铁品质。

钢铁行业合金元素添加剂技术发展的历程

目前国内外铝合金行业从事合金元素添加剂业务的其他主要公司的锰剂产品尚未实现在高浓度下低温快速熔化的技术突破，上述企业未在钢铁行业推出类似功能的产品。

钢铁企业关注的要点是其自身的产品质量和实现的经济效益。目前对纯净度要求高的特种钢中锰元素的添加主要使用电解锰纯金属，但电解锰在熔体烧损量多，材料耗损大，收得率偏低且不稳定，电解锰的收得率低导致下游钢铁客户用锰成本增加，影响经济效益。为提升收得率，部分电解锰厂商将电解锰熔炼成金属锰锭，尽管收得率有所提升（最高一般达到 90%左右）,但其氮含量大幅提高，且在熔体中熔化速度慢、熔化不均匀，亦影响制备效率和钢铁品质。

钢铁行业产品技术方案涉及多学科交叉融合，具有较高的技术门槛

由于钢铁和铝合金在生产工艺、生产条件及工况、对锰添加剂的要求均有较大差异，钢铁行业锰剂产品并非对铝合金行业合金元素添加剂技术的简单复制，产品涉及多学科多领域的交叉融合和技术创新：

A.冶金：熟悉钢铁行业的生产工艺、生产条件及工况、对锰元素添加的要求，在不改变下游钢铁冶炼工艺流程、不重新添置设备的前提下，实现锰剂产品高收得率、快速熔化等效果；

B.材料学：针对电解锰氮含量形成的原因，自主研发的“烧结脱氮技术”，使锰剂产品较电解锰、金属锰锭等产品含氮量大幅降低，满足高纯净度钢种制备对低氮含量的要求；

C.物理、化学：综合使用物理、化学方法对产品比表面积调整和控制，提升锰收得率和熔化性能；

D．粉末冶金：运用粉末冶金技术实现不同松装比的材料在产品中均匀分布，同时将产品的密度调整至适宜在钢水中熔化的指标；

E.热动力学：结合锰元素不同粒径下的熔化性能，运用热动力学原理调整锰剂产品内部微结构，实现其在熔体中快速熔化并达到合金化过程中均匀分布的目标。

目前提供合金元素添加剂解决方案的公司仍主要集中在铝合金行业

如前所述，合金元素添加剂技术在钢铁行业的应用，并非是对铝合金行业技术的简单复制，而是在针对钢铁行业特点进行多学科交叉融合的技术创新与研发。高浓度合金元素添加剂制备技术在钢铁行业的应用具有较强的先发优势。

目前国内外铝合金行业从事合金元素添加剂业务的主要公司的锰剂产品尚未实现高浓度下低温快速熔化的突破，以国际知名同行业公司 AMG、Hoesch、Bostlan 为例，AMG、Hoesch 锰剂产品浓度最高为 85%，Bostlan 最高为 90%。

目前国内外从事合金元素添加剂的公司 AMG、Hoesch、Bostlan、哈尔滨东盛、 四川兰德等产品仍主要集中在铝合金行业，均未在钢铁行业推出类似功能的产 品。