铁合金

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　　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。

　　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。

　　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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