铁合金

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什么是铁合金[1]

  铁合金是指铁与硅、锰、铬、钛等元素组成的合金的总称。它不能用来直接铸造机件,只能用作铸造或炼钢过程中的还原剂或添加剂。铸造常用的铁合金有硅铁和锰铁。

铁合金的分类[2]

  随着现代科学技术的发展,铁合金的品种在不断扩大。铁合金的品种繁多,分类方法也多,一般按下列方法分类。

  (1)单一铁合金。只含一种合金元素的合金叫做单一铁合金。其主要品种有硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钛铁、钨铁、工业硅、硼铁、钒铁、金属锰等。

  (2)复合铁合金。含有两种或两种以上合金元素的称为多元铁合金,主要品种有硅钙合金、锰硅合金、硅铬合金、硅钙铝合金、锰硅铝合金、硅钙钡合金、硅铝钡合金等。

  (3)按铁合金中含碳量分类。有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品种。

  (4)按生产方法分类。有高炉铁合金、电炉铁合金、炉外法(金属热法)铁合金、真空固态还原法铁合金、转炉铁合金、电解法铁合金等。

  (5)氮化制品。用锰铁或铬铁粉末,在高温条件下经渗氮等方法生产的氮化产品。其主要品种有氮化锰铁、氮化铬铁等。

  (6)氧化物团块。易被铁还原的氧化物团块也可以作为合金剂直接加入钢液中。例如氧化钼团块等。

铁合金的用途[3]

  铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一。其主要用途:一是作为脱氧剂,除去钢液中过量的氧;二是作为合金元素添加剂,改善钢的质量与性能。随着我国钢铁工业持续、快速地发展,钢的品种、质量的不断扩大和提高,对铁合金产品提出了更高要求,铁合金工业日益成为钢铁工业的相关行业和配套工程。铁合金的主要用途如下:

  (1)用作脱氧剂。炼钢过程是用吹氧或加入氧化剂的方法使铁水进行脱碳及去除磷、硫等有害杂质的过程。这一过程的进行,虽然使生铁炼成钢,但钢液中的[O]含量增加了。[O]在钢液中一般以[FeO]的形式存在。如果不将残留在钢中多余的氧去除,就不能浇铸成合格的钢坯,得不到力学性能良好的钢材。为此,需要添加一些与氧结合力比铁更强,并且其氧化物易于从钢液中排除进入炉渣的元素,从而把钢液中的[O]去掉,这个过程叫脱氧。用于脱氧的合金叫脱氧剂。钢水中各种元素对氧的结合强度,即脱氧能力,从弱到强的顺序如下:铬、锰、碳、硅,钒、钛,硼、铝、锆,钙。因而,一般炼钢脱氧常用的是由硅、锰、铝、钙组成的铁合金。

  (2)用作合金剂。合金钢中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能。钢中合金元素的含量是通过加入铁合金的方法来调整的。用于调整钢中合金元素含量的铁合金叫合金剂。常用的合金剂有含硅、锰、铬、钼、钒、钨、钛、钻、镍、硼、铌、锆等元素的铁合金,

  (3)用作铸造晶核孕育剂。改善铸铁和铸钢的性能的措施之一是改变铸件的凝固条件。为了改变凝固条件,往往在浇铸前加入某些铁合金作为晶核,形成晶粒中心,使形成的石墨变得细小分散,晶粒细化,从而提高铸件的性能。

  (4)其他方面的用途。在冶金和化学工业中,铁合金也越来越被广泛地用作选矿时的介质,作为制取某些产品和超纯物质(元素或化合物)的原料等。

铁合金的生产方法[2]

  铁合金的生产方法很多,主要有以下几种。

  1、按热量来源分类

  根据热量来源不同分为碳热法、电热法、电硅热法和金属热法。

  (1)碳热法。碳热法其冶炼过程的热量来源主要是焦炭的燃烧放热,用焦炭作还原剂还原矿石中的氧化物,生产在高炉中进行。

  (2)电热法。电热法其冶炼过程的热量来源主要是电能,使用碳质还原剂还原矿石中的氧化物,采用连续式的操作工艺,在还原电炉中进行。

  (3)电硅热法。电硅热法其冶炼过程的热量来源主要是电能,其余为硅氧化放出的热量,使用硅(如硅铁或中间产品硅锰合金、硅铬合金)作还原剂还原矿石中的氧化物,生产时在精炼电炉中进行间歇式作业。

  (4)金属热法。金属热法其热量来源主要是由硅、铝等金属还原剂还原精矿中氧化物时放出的热量,生产采用间歇式,在筒式熔炼炉中进行。

  2、按操作方法和工艺分类

  根据生产工艺特点不同分为熔剂法和无熔剂法、连续式和间歇式、无渣法和有渣法等冶炼方法。

  (1)熔剂法。熔剂法生产铁合金是采用碳质材料、硅或其他金属作还原剂,生产时加造渣材料调节炉渣成分和性质(炉渣的酸、碱性)。

  (2)无熔剂法。无熔剂法生产铁合金一般多用碳质材料作还原剂,生产时不加造渣材料调节炉渣成分和性质。

  (3)连续式冶炼法。连续式冶炼法一方面根据炉口料面下降情况,不断地向炉内加料,另一方面将炉内熔池积聚的合金和炉渣定期排除。采用埋弧还原冶炼,操作功率几乎是均衡稳定的。

  (4)间歇式冶炼法。间歇式冶炼法是将炉料集中或分批加入炉内,冶炼过程一般分为熔化和精炼两个时期,熔化期电极埋在炉料中,精炼完毕,排出合金和炉渣,再装入新料,进行下一炉冶炼。由于冶炼各个时期的工艺特点不同,操作功率也不同。

  (5)无渣法。无渣法冶炼铁合金采用碳质还原剂、硅石或再制合金为原料,在还原电炉中连续冶炼。

  (6)有渣法。有渣法冶炼铁合金是在还原电炉或精炼电炉中,选用合理的造渣制度生产铁合金,其渣铁比受冶炼品种和采用的原料条件等因素影响。

铁合金生产技术的发展趋势[2]

  随着钢铁工业的发展和科学技术的进步,铁合金生产品种、冶炼工艺、技术装备、节能降耗、环境保护、资源综合利用等方面都有一定的发展和进步。

  (1)产品结构发生变化,品种面向多元化。合理利用资源、增加产品品种、充分利用合金元素、产品向复合或多元化方向发展是铁合金生产的发展趋势。

  (2)采用精料技术。精料技术是铁合金生产增产降耗的重要环节。如采用优质组合的碳质还原剂,搭配气煤焦和烟煤,代替一部分冶金焦;采用烧结矿、球团矿、铁精矿球团、铁鳞球团等,改善入炉矿石的制备技术和入炉条件,从而提高生产效率

  (3)采用高效率的大型还原电炉,提高技术装备。包括还原电炉的大型化、连续作业;根据冶炼品种,采用全封闭式电炉或敞口炉改造为全封闭式电炉、新建或改建半封闭式电炉;采用新型结构的电极把持器、车式加料拨料捣炉机、开堵铁口机等。

  (4)采用先进的生产工艺。采用连续法冶炼硅钙合金、一步法冶炼硅铬合金、热兑法(波伦法)生产中低碳锰铁及微碳铬铁等生产工艺,缩短工艺流程,降低能耗,提高生产效率,进而降低生产消耗和成本

  (5)应用电子计算机控制电炉冶炼过程。用计算机控制电炉生产全过程,如配料、上料及加料、电极压放、电炉功率调节、冷却水及烟气净化系统的控制等,可提高电炉工作负荷和作业率,避免操作失误引起的炉况波动和设备事故

  (6)采用铁合金生产新技术。铁合金生产新技术包括铁合金直流还原电炉技术(含中空电极技术)、铁合金熔融还原技术、等离子炉冶炼新技术、采用顶底复合吹炼转炉冶炼中(低)碳铬铁及中碳锰铁技术、铁合金产品的深加工及芯线技术等。

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参考文献

  1. 上海市棉纺公司供销科编.第十二章 金属材料 棉纺织实用物资手册.
  2. 2.0 2.1 2.2 包燕平,冯捷主编.第七章 铁合金的生产 钢铁冶金学教程.冶金工业出版社,2008.7.
  3. 郭鸿发主编;储慕东,史学谦副主编.第二章 钢铁冶炼 冶金工程设计 第1册 设计基础.冶金工业出版社,2006年06月第1版.
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