此次揭牌落成的余永富院士工作站,是昆钢粉末冶金科技厂在“综合利用攀枝花钒钛磁铁矿生产VTF微合金铁粉并高效回收钒钛资源”项目取得阶段性成果的基础上,继续坚持以科技创新为驱动和导向,进一步提升研发能力和技术储备的结果。众所周知,我国攀枝花地区钒钛磁铁矿资源丰富,已探明的铁、钛、钒储量均居世界前列。但其铁矿石品位低且与钒钛等多种元素伴生,分选、冶炼困难,综合利用难度大,目前仍未开发出高效稳定的工艺实现铁、钛、钒资源的综合回收利用,造成了资源的极大浪费。
昆钢集团粉末冶金科技厂创造性地将催化还原磨选技术与传统的粉末冶金工艺结合,利用难选冶的攀枝花钒钛磁铁矿生产出铁含量高达99.5%的VTF合金铁粉,属于中国首创、世界唯一。项目预期将建成10000吨/年规模的VTF微合金铁粉产业化示范生产线,使天然微合金铁粉制作高密度、高强度机械零件研究工作取得实质性突破,形成1-2个定型的拳头产品。项目关键技术的突破和产业化项目的建成,将成功实现选矿与冶金两大工艺的结合,实现火法冶金与湿法冶金技术的结合,实现传统钢铁利用为主到铁钒钛综合利用的巨大转变,标志着我国在钒钛磁铁矿综合利用技术上又取得了重大突破。
以此为标志,昆钢集团着力打造的具有自身特色的粉末冶金产业将成功实现规模化生产,成为昆钢在转型发展中新材料产业板块的又一亮丽的风景。
科技创新驱动 打造拳头产品
天然微合金铁粉——中国首创、世界唯一
铁粉是生产铁基粉末冶金制品的基础原料,目前通常采用的雾化法、还原法在生产铁粉时对原料铁矿的品位要求高,世界上还没有一家企业能够使用品位不足60%的铁矿石生产出铁含量大于99.5%的粉末冶金铁粉,也没有一家企业能把矿石铁粉的盐酸不溶物含量稳定地控制到0.3%以内,如今昆钢粉末冶金科技厂实现了此项技术突破。
更为重要的是,综合利用攀枝花钒钛磁铁矿中的Fe、V、Ti资源,实现低品位攀枝花地区钒钛磁铁矿的工业利用,历来受到包括党和国家领导人在内的各级领导的高度重视,也是困扰业界几十年的技术难题。如今昆钢人攻克了这一技术难关。他们不仅利用低品位的攀枝花钒钛磁铁矿生产出了优质的粉末冶金铁粉,而且在充分利用铁矿内的V、Ti资源方面取得了实质性的突破。一方面,昆钢生产的粉末冶金铁粉天然地固溶有母矿内的V、Ti、Ni、Co、Cr等合金元素,这赋予了它优异的力学性能及工艺性能,“天然微合金铁粉”由此得名。另一方面,昆钢已实现了对生产铁粉产生的尾矿富钒钛料进行综合回收利用的技术突破,能够真正实现攀枝花地区铁矿石内Fe、V、Ti资源的综合回收利用。
上述的成绩来之不易,是昆钢人长期不懈的努力和艰苦付出的结果。自2009年起,昆钢即致力于攀枝花钒钛磁铁矿综合利用技术的研究开发,在前期小型实验室试验、扩大化试验的基础之上,昆钢集团经过反复研究、比较,决定有效整合公司资源板块、新材料板块和研究开发板块的优势,于2012年8月在粉末冶金科技厂开展综合利用攀枝花钒钛磁铁矿生产VTF微合金铁粉工业性试验。经过近两年的探索,终于实现了钒钛磁铁矿催化还原磨选工艺原理与传统粉末冶金工艺装备的结合,建成了5000吨/年规模的产业化示范生产线,利用低品位的原料,采用全新的工艺,生产出全新的“天然微合金铁粉”,最大限度地实现Fe、V、Ti的综合利用,为昆钢的转型升级、开拓新产品和钒钛磁铁矿的综合利用探索新的路径。
昆钢采用的选冶结合和催化还原磨选工艺,不但能生产出优质的粉末冶金铁粉,而且能够最大限度实现V、Ti的综合利用,是钒钛磁铁矿综合利用技术的“升级版”。它避开了传统工艺路线,另辟蹊径地开发出一种兼具雾化法和还原法生产铁粉的工艺路线,符合国内外粉末冶金铁粉制造技术的发展方向,能更好地满足终端客户的需求。
对生产合金铁粉而言,如何让合金元素均匀地固溶于铁基体内,充分发挥合金元素对制品性能的改善和强化作用,是国内外合金铁粉生产技术的一个难题。而昆钢VTF微合金铁粉生产创造性地采用催化还原结合磨选工艺,铁粉天然固溶有母矿内的Ti、V、Co、Ni、Cu、Cr等元素,这些元素无需额外添加且分布更加均匀、弥散,不仅降低了成本,而且能够更加充分地发挥这些合金元素的固溶强化和弥散强化效应,显示出得天独厚的优势。
“昆钢天然微合金铁粉”以优异的品质在多个行业得到了推广应用,受到了业界好评。以“昆钢天然微合金铁粉”为主要原料生产的金刚石工具胎体,可以有效减少Cu、Sn等有色粉末的添加量,降低工具生产成本;其固溶的V、Ti、Ni、Co、Cr等“亲碳元素”,能够在胎体和金刚石颗粒之间形成独特的“胶质层”,避免了金刚石在烧结时被Fe元素溶蚀,增强了金刚石和胎体之间的浸润性和亲和性,改善了胎体金属对金刚石的固定效果,受到用户广泛好评。以“昆钢天然微合金铁粉”为主要原料生产的金刚石合成触媒,能够显著提高金刚石的产率,金刚石晶型更加完整,粒度分布更集中,目前已与多家金刚石合成厂家形成了稳定的供销关系。微合金铁粉的市场前景广阔。
粉末锻造汽车连杆——高起点自主研发,填补国内空白
粉末冶金预制坯精密锻造成形连杆是汽车连杆的先进制造技术,是代表当今世界粉末冶金工艺高端技术的典型产品。在北美市场,粉末锻造汽车连杆已占据了汽车连杆市场份额的60%,并有进一步扩大的趋势。近年来,我国汽车市场迅猛发展,粉末锻造汽车连杆市场容量和发展潜力巨大。但由于各种原因,粉锻汽车连杆产品目前在国内粉末冶金行业还属空白,开发一种稳定的粉末锻造技术、打破国外的技术封锁和垄断就显得日趋紧迫。
高起点自主研发,是昆钢攻克粉锻汽车连杆这一粉末冶金界技术难点、打破国外技术封锁的主体思路,也以此有效规避国内粉冶产品的低水平重复和低端产品产能过剩问题。2012年,昆钢粉末冶金科技厂联合武汉桂坤科技有限公司、山东金石集团、云南西仪股份有限公司和昆明理工大学构建五方协作研发团队,致力于该产品的研发。经过历时近3年研究开发,现昆钢粉末冶金科技厂已经在模具设计、材料成分优化、粉末压制和锻造工艺优化等方面取得了重大突破,成功试制出可以和国外粉锻连杆性能媲美的产品。锻件表面光洁,无裂纹、折叠、折痕,连杆大小头及外形填充饱满,无凹坑;密度分布均匀且接近全致密,硬度、拉伸等力学性能良好,金相组织为典型的珠光体-铁素体结构,锻件易切削加工,具有较好的淬断性能。
粉锻汽车连杆项目的实施为昆钢粉末冶金科技厂抢占粉末冶金产品的制高点、提高产品附加值、促进产品结构转型提供了切实可行的途径,这一技术的突破也成功填补了国内空白,为昆钢逐步做强做大粉末冶金产业创造了条件。目前,合作团队已经对国内外的设备进行了选型考察,年产400万件粉锻连杆生产线即将建成投产。