解決業(yè)界“頭疼”的殘余元素問題實現(xiàn)再生鋼鐵原料高質(zhì)化利用
汽車鋼這類高端產(chǎn)品過去須用長流程工藝生產(chǎn),而面對大幅降低全生命周期碳排放量的需求,長流程卻無法實現(xiàn)。在原料結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、流程簡約高效3條減碳路徑中,相對容易調(diào)整的還是原料結(jié)構(gòu)。
“為此,使用低碳屬性優(yōu)異的再生鋼鐵原料生產(chǎn)低碳的高端產(chǎn)品,就成為迫在眉睫的技術(shù)選擇。實現(xiàn)再生鋼鐵原料的高質(zhì)化利用,殘余元素的問題必須解決。”毛新平表示。
殘余元素主要來源于兩方面。一類是在初次冶煉過程中就沒有完全剔除掉的、與生俱來的一些元素;另一類是在后續(xù)加工過程中,為了調(diào)整組織性能加入的元素,這些元素在二次或者多次使用過程中就成為殘余元素。目前,這些殘余元素大約有Cu、Ni、Cr、Mo等19種,容易導(dǎo)致偏析偏聚、熱塑性低、銅脆等問題,惡化材料性能及其加工性。
毛新平表示:“過去再生鋼鐵原料主要用于生產(chǎn)建筑用鋼等一般性產(chǎn)品,往往通過原料配比、稀釋的方式調(diào)整殘余元素,但在未來,再生鋼鐵原料成為鋼鐵生產(chǎn)的主要原材料之后,這條路徑將不再可行。”
他坦言,再生鋼鐵原料的高質(zhì)化利用是一項世界級難題。2020年,德國科學基金會與中國教育部啟動“鋼鐵循環(huán)—面向碳中和的鋼鐵循環(huán)”合作項目,開展再生鋼鐵原料高質(zhì)化利用的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究;2021年,英國基金會設(shè)置研究機構(gòu),開展鋼鐵資源高效循環(huán)利用研究,目的是為英國鋼鐵資源高質(zhì)化利用和鋼鐵工業(yè)碳中和提供最前沿的科學支撐。
毛新平分享了自己對于解決這項世界級難題路徑的思考。他認為,在原料層面,要強化原料的分類管理,盡可能提高廢鋼智能分選的技術(shù)含量。“從基于外形、尺寸等的評級和分析發(fā)展到從化學成分的角度進行分類分級,這必然是未來的發(fā)展趨勢。”他指出。
在冶煉層面,要盡可能剔除相應(yīng)的殘余元素,實現(xiàn)潔凈化冶煉。“特別是大量使用廢鋼、采用電爐工藝時,會產(chǎn)生氮含量高的問題,這對生產(chǎn)汽車鋼等材料是致命的。如何解決這一問題,也是全球的技術(shù)難題。”毛新平指出。
同時,在連鑄層面,建立殘余元素熱力學數(shù)據(jù)庫,明確殘余元素的作用機制,形成殘余元素無害化連鑄集成技術(shù);在制備加工層面,揭示殘余元素對制備加工過程產(chǎn)品質(zhì)量的影響機制,通過成分設(shè)計和工藝優(yōu)化形成無害化加工技術(shù)。
在產(chǎn)品端,還需要研究殘余元素賦存狀態(tài)對材料服役性能的影響規(guī)律和作用機制,比如對成形性能、疲勞性能、氫致延遲開裂和焊接性能等的影響,進而研發(fā)出改善材料服役性能的殘余元素調(diào)控技術(shù)。
“解決了這些問題,就基本能夠生產(chǎn)出符合質(zhì)量標準的合格產(chǎn)品。”毛新平表示,“還可以通過采用新的工藝技術(shù),實現(xiàn)殘余元素從有害到無害的轉(zhuǎn)變,生產(chǎn)出高性能的鋼鐵材料。”例如,利用近終形制造快速凝固和直接軋制的技術(shù)特點,可以解決殘余元素的偏析、偏聚的問題,提高容忍極限;充分發(fā)揮近終形特點和部分殘余元素對材料強度、耐蝕性能的有益作用,研發(fā)出高性能的鋼鐵材料。
毛新平表示,基于行業(yè)發(fā)展需求,他們承接了國家自然科學基金委員會重大項目——“變革性低碳鋼鐵制造流程理論與技術(shù)”,開展一些基礎(chǔ)研究工作,其中便設(shè)立了殘余元素潔凈脫除、殘余元素耦合作用機理等相關(guān)課題。“只有把相關(guān)的基礎(chǔ)科學問題和關(guān)鍵技術(shù)問題解決好,未來廢鋼的使用領(lǐng)域才會更廣闊,廢鋼產(chǎn)業(yè)才能發(fā)展好。”毛新平強調(diào)。
【版權(quán)聲明】本網(wǎng)為公益類網(wǎng)站,本網(wǎng)站刊載的所有內(nèi)容,均已署名來源和作者,僅供訪問者個人學習、研究或欣賞之用,如有侵權(quán)請權(quán)利人予以告知,本站將立即做刪除處理(QQ:51999076)。