鐵合金

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目錄

什麼是鐵合金[1]

  鐵合金是指鐵與硅、錳、鉻、鈦等元素組成的合金的總稱。它不能用來直接鑄造機件,只能用作鑄造或煉鋼過程中的還原劑或添加劑。鑄造常用的鐵合金有硅鐵和錳鐵。

鐵合金的分類[2]

  隨著現代科學技術的發展,鐵合金的品種在不斷擴大。鐵合金的品種繁多,分類方法也多,一般按下列方法分類。

  (1)單一鐵合金。只含一種合金元素的合金叫做單一鐵合金。其主要品種有硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、鈦鐵、鎢鐵、工業硅、硼鐵、釩鐵、金屬錳等。

  (2)複合鐵合金。含有兩種或兩種以上合金元素的稱為多元鐵合金,主要品種有硅鈣合金、錳硅合金、硅鉻合金、硅鈣鋁合金、錳硅鋁合金、硅鈣鋇合金、硅鋁鋇合金等。

  (3)按鐵合金中含碳量分類。有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品種。

  (4)按生產方法分類。有高爐鐵合金、電爐鐵合金、爐外法(金屬熱法)鐵合金、真空固態還原法鐵合金、轉爐鐵合金、電解法鐵合金等。

  (5)氮化製品。用錳鐵或鉻鐵粉末,在高溫條件下經滲氮等方法生產的氮化產品。其主要品種有氮化錳鐵、氮化鉻鐵等。

  (6)氧化物團塊。易被鐵還原的氧化物團塊也可以作為合金劑直接加入鋼液中。例如氧化鉬團塊等。

鐵合金的用途[3]

  鐵合金是鋼鐵工業和機械鑄造行業必不可少的重要原料之一。其主要用途:一是作為脫氧劑,除去鋼液中過量的氧;二是作為合金元素添加劑,改善鋼的質量與性能。隨著我國鋼鐵工業持續、快速地發展,鋼的品種、質量的不斷擴大和提高,對鐵合金產品提出了更高要求,鐵合金工業日益成為鋼鐵工業的相關行業和配套工程。鐵合金的主要用途如下:

  (1)用作脫氧劑。煉鋼過程是用吹氧或加入氧化劑的方法使鐵水進行脫碳及去除磷、硫等有害雜質的過程。這一過程的進行,雖然使生鐵煉成鋼,但鋼液中的[O]含量增加了。[O]在鋼液中一般以[FeO]的形式存在。如果不將殘留在鋼中多餘的氧去除,就不能澆鑄成合格的鋼坯,得不到力學性能良好的鋼材。為此,需要添加一些與氧結合力比鐵更強,並且其氧化物易於從鋼液中排除進入爐渣的元素,從而把鋼液中的[O]去掉,這個過程叫脫氧。用於脫氧的合金叫脫氧劑。鋼水中各種元素對氧的結合強度,即脫氧能力,從弱到強的順序如下:鉻、錳、碳、硅,釩、鈦,硼、鋁、鋯,鈣。因而,一般煉鋼脫氧常用的是由硅、錳、鋁、鈣組成的鐵合金。

  (2)用作合金劑。合金鋼中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能。鋼中合金元素的含量是通過加入鐵合金的方法來調整的。用於調整鋼中合金元素含量的鐵合金叫合金劑。常用的合金劑有含硅、錳、鉻、鉬、釩、鎢、鈦、鑽、鎳、硼、鈮、鋯等元素的鐵合金,

  (3)用作鑄造晶核孕育劑。改善鑄鐵和鑄鋼的性能的措施之一是改變鑄件的凝固條件。為了改變凝固條件,往往在澆鑄前加入某些鐵合金作為晶核,形成晶粒中心,使形成的石墨變得細小分散,晶粒細化,從而提高鑄件的性能。

  (4)其他方面的用途。在冶金和化學工業中,鐵合金也越來越被廣泛地用作選礦時的介質,作為制取某些產品和超純物質(元素或化合物)的原料等。

鐵合金的生產方法[2]

  鐵合金的生產方法很多,主要有以下幾種。

  1、按熱量來源分類

  根據熱量來源不同分為碳熱法、電熱法、電硅熱法和金屬熱法。

  (1)碳熱法。碳熱法其冶煉過程的熱量來源主要是焦炭的燃燒放熱,用焦炭作還原劑還原礦石中的氧化物,生產在高爐中進行。

  (2)電熱法。電熱法其冶煉過程的熱量來源主要是電能,使用碳質還原劑還原礦石中的氧化物,採用連續式的操作工藝,在還原電爐中進行。

  (3)電硅熱法。電硅熱法其冶煉過程的熱量來源主要是電能,其餘為硅氧化放出的熱量,使用硅(如硅鐵或中間產品硅錳合金、硅鉻合金)作還原劑還原礦石中的氧化物,生產時在精煉電爐中進行間歇式作業。

  (4)金屬熱法。金屬熱法其熱量來源主要是由硅、鋁等金屬還原劑還原精礦中氧化物時放出的熱量,生產採用間歇式,在筒式熔煉爐中進行。

  2、按操作方法和工藝分類

  根據生產工藝特點不同分為熔劑法和無熔劑法、連續式和間歇式、無渣法和有渣法等冶煉方法。

  (1)熔劑法。熔劑法生產鐵合金是採用碳質材料、硅或其他金屬作還原劑,生產時加造渣材料調節爐渣成分和性質(爐渣的酸、鹼性)。

  (2)無熔劑法。無熔劑法生產鐵合金一般多用碳質材料作還原劑,生產時不加造渣材料調節爐渣成分和性質。

  (3)連續式冶煉法。連續式冶煉法一方面根據爐口料面下降情況,不斷地向爐內加料,另一方面將爐內熔池積聚的合金和爐渣定期排除。採用埋弧還原冶煉,操作功率幾乎是均衡穩定的。

  (4)間歇式冶煉法。間歇式冶煉法是將爐料集中或分批加入爐內,冶煉過程一般分為熔化和精煉兩個時期,熔化期電極埋在爐料中,精煉完畢,排出合金和爐渣,再裝入新料,進行下一爐冶煉。由於冶煉各個時期的工藝特點不同,操作功率也不同。

  (5)無渣法。無渣法冶煉鐵合金採用碳質還原劑、硅石或再制合金為原料,在還原電爐中連續冶煉。

  (6)有渣法。有渣法冶煉鐵合金是在還原電爐或精煉電爐中,選用合理的造渣制度生產鐵合金,其渣鐵比受冶煉品種和採用的原料條件等因素影響。

鐵合金生產技術的發展趨勢[2]

  隨著鋼鐵工業的發展和科學技術的進步,鐵合金生產品種、冶煉工藝、技術裝備、節能降耗、環境保護、資源綜合利用等方面都有一定的發展和進步。

  (1)產品結構發生變化,品種面向多元化。合理利用資源、增加產品品種、充分利用合金元素、產品向複合或多元化方向發展是鐵合金生產的發展趨勢。

  (2)採用精料技術。精料技術是鐵合金生產增產降耗的重要環節。如採用優質組合的碳質還原劑,搭配氣煤焦和煙煤,代替一部分冶金焦;採用燒結礦、球團礦、鐵精礦球團、鐵鱗球團等,改善入爐礦石的製備技術和入爐條件,從而提高生產效率

  (3)採用高效率的大型還原電爐,提高技術裝備。包括還原電爐的大型化、連續作業;根據冶煉品種,採用全封閉式電爐或敞口爐改造為全封閉式電爐、新建或改建半封閉式電爐;採用新型結構的電極把持器、車式加料撥料搗爐機、開堵鐵口機等。

  (4)採用先進的生產工藝。採用連續法冶煉硅鈣合金、一步法冶煉硅鉻合金、熱兌法(波倫法)生產中低碳錳鐵及微碳鉻鐵等生產工藝,縮短工藝流程,降低能耗,提高生產效率,進而降低生產消耗和成本

  (5)應用電子電腦控制電爐冶煉過程。用電腦控制電爐生產全過程,如配料、上料及加料、電極壓放、電爐功率調節、冷卻水及煙氣凈化系統的控制等,可提高電爐工作負荷和作業率,避免操作失誤引起的爐況波動和設備事故

  (6)採用鐵合金生產新技術。鐵合金生產新技術包括鐵合金直流還原電爐技術(含中空電極技術)、鐵合金熔融還原技術、等離子爐冶煉新技術、採用頂底複合吹煉轉爐冶煉中(低)碳鉻鐵及中碳錳鐵技術、鐵合金產品的深加工及芯線技術等。

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參考文獻

  1. 上海市棉紡公司供銷科編.第十二章 金屬材料 棉紡織實用物資手冊.
  2. 2.0 2.1 2.2 包燕平,馮捷主編.第七章 鐵合金的生產 鋼鐵冶金學教程.冶金工業出版社,2008.7.
  3. 郭鴻發主編;儲慕東,史學謙副主編.第二章 鋼鐵冶煉 冶金工程設計 第1冊 設計基礎.冶金工業出版社,2006年06月第1版.
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