铁合金1.ppt

铁合金生产 选用的教材 铁合金冶炼工艺学 徐传才主编冶金工业出版社任课教师 闫永旺职称 讲师 参考教材 铁合金生产 刘卫主编 冶金工业出版社 铁合金 周进华主编 冶金工业出版社 铁合金生产实用技术手册 赵乃成张启轩主编 冶金工业出版社 铁合金生产节能及精炼技术 栾心汉唐琳编著 西北工业大学出版社 绪论 2小时 1 铁合金冶炼的基本原理 4小时 2 电极和炉衬 2小时 3 矿热炉基本参数及车间概况 6小时 4 硅系合金的冶炼 4小时 5 锰系合金的冶炼 4小时 6 铬系合金的冶炼 2小时 绪论 一 铁合金的定义 用途及分类 1 铁合金的定义凡是用来使所生产的铁的性能符合技术要求的中间合金 不论其含铁量多少 都称为铁合金 或者铁合金是一种或两种以上的金属或非金属元素融合在一起的合金 例如 硅铁 锰铁 硅钙合金 就生产方法与用途而言 铁合金还包括含铁极低的锰 铬 钒及工业硅等合金金属 2 铁合金的用途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 对铁合金提出了更高的要求 1 用作脱氧剂 炼钢是用氧化法对铁水进行脱c及去除p s等有害杂质的过程 把钢液中的 o 去掉 这个过程就叫脱氧 用于脱氧的合金叫脱氧剂 脱氧能力 钢水中各种元素对氧的结合强度 其从弱到强为 铬 锰 碳 硅 钒 钛 硼 铝 锆 钙 一般炼钢脱氧常用的是由硅 锰 铝 钙组成的铁合金 0 6535 1 0124 1 28 1 82 2 2 2 72 3 49 4 67 4 892 亿吨 时间 年 2 用作合金剂用于调整钢的化学成分使钢合金化的元素或合金称合金剂 合金钢中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能 1 低合金高强度钢 16mn 含锰1 2 1 6 碳0 12 0 2 硅0 2 0 6 2 轴承钢 碳0 95 1 05 铬1 3 1 05 硅0 15 0 35 锰0 2 0 4 3 硅钢 硅2 0 4 5 碳 0 1 4 高速工具钢 钨17 5 19 0 碳0 7 0 8 钒1 0 1 4 铬3 8 4 4 5 不锈钢 含铬13 以上 碳小于0 45 常用的合金剂有硅 锰 铬 钼 钒 钨 钛 钴 镍 硼硼 铌 锆等铁合金 3 改善铸造工艺和铸件性能为了改变铸件凝固条件 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 用作还原剂硅铁可用作生产钼铁 钒铁等其他铁合金时的还原剂 硅铬合金 锰硅合金分别用作中低碳铬铁和中低碳锰铁生产的还原剂 5 其他方面的用途在有色冶金和化学工业中 铁合金也越来越被广泛地使用 例如 作为有色金属的添加剂 中低碳用于生产电焊条 铬铁用作生产铬化物和镀铬的阳极材料 有些铁合金用作生产耐高温材料 铁合金的用途 主要用于炼钢的脱氧剂和合金元素添加剂 在钢中添加一定数量的硅 能显著提高钢的强度 硬度和弹性 如结构钢 含si0 4 1 75 工具钢 含si0 3 1 8 弹簧钢 含si0 4 2 8 在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂 在铁合金生产中用作还原剂 用于单晶硅的原料 炼钢 铸造和铁合金工业是硅铁的最大用户 大约消耗90 以上的硅铁 应用最广的是75 硅铁 在炼钢工业中 每生产一吨钢约消耗3 5kg75 硅铁 铁合金质量对钢质量的影响 钢的质量取决于冶炼 浇注和其它工序的工艺水平 铁合金在钢的脱氧 调整成分及合金化 降低夹杂含量 控制夹杂形态等有重要影响 使用低杂质含量的铁合金 是冶炼优质洁净钢的前提 深冲冷轧板 要求碳含量 0 004 只能使用微碳铁合金生产 低硫钢生产 要求铁合金的s要低 低磷钢生产 要求铁合金的p要低 等等 普通铁合金 特种铁合金 si系铁合金 fe si ca si 工业si mn系铁合金 高 中 低cfe mn mn si 金属mn cr系铁合金 高 中 低cfe cr cr si 金属cr 其它铁合金 fe p fe w fe ni fe ti fe mo fe v fe nb fe b等 fe zr n 化铁合金 mn系 cr系 发热铁合金 高 低cfe cr fe nb 氧化物压块 moo3 wo3 钙系复合脱氧剂 ca si mn al复合合金 3 铁合金产品的分类 铁合金的品种繁多 分类方法也多 一般按下列方法分类 1 按铁合金中主要元素分类 有硅 锰 铬 钼 钨 钛 钒等系列铁合金 2 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 3 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 3 铁合金产品的分类 铁合金的生产方法 高炉法 利用高炉的高温和还原气氛使合金矿石还原生产铁合金 如高碳锰铁 低硅锰合金 低硅铁等 电热法 铁合金生产的主要方法 用碳作还原剂 缺点是很多金属都易与碳形成碳化物 不能生产低碳铁合金 电硅热法 用硅还原矿石 石灰作溶剂生产铁合金 可以生产低碳合金 金属热法 利用还原反应产生的化学热加热合金与炉渣 使反应自动进行 常用还原剂有铝 硅铁 铝镁合金等 生产极低碳合金 转炉法 将高碳合金吹氧脱碳 生产中 低碳合金 包括中碳铬铁 低碳铬铁 中碳锰铁等 电炉铁合金 包括高碳锰铁 高碳铬铁 硅铁 锰硅合金 硅铬合金 硅铝合金 硅钙合金 磷铁 中低碳和微碳铬铁 中低碳锰铁 精炼钒铁等 炉外法 金属热法 铁合金 包括金属铬 钼铁 钛铁 硼铁 钒铁 锆铁 高钒铁等 真空固态还原法铁合金 包括转炉中碳铬铁 转炉低碳铬铁 转炉中碳锰铁等 电解法铁合金 包括电解金属铬 电解金属锰等 4 含有两种或两种以上合金元素的多元铁合金 主要品种有硅铝合金 硅钙合金 锰硅铝合金 硅钙铝合金 硅钙钡合金 硅铝钡钙合金等 钛 钒等系列铁合金 二 铁合金生产的主要方法 一 按使用的设备分类1 高炉法2 电炉法3 炉外法4 氧气转炉法5 真空电阻炉法 二 铁合金生产的主要方法 一 按使用的设备分类1 高炉法高炉法是最早采用的铁合金生产方法 高炉法冶炼铁合金和高炉冶炼生铁基本相同 目前主要是生产高炉高碳锰铁 优点 具有劳动生产率高 成本低 缺点 高炉炉缸温度有局限性 高炉冶炼条件下金属被碳充分饱和 高炉法一般只用于生产易还原元素铁合金和低品位铁合金 如高碳锰铁 低硅铁 低锰硅 镍铁及富锰渣等 2 电炉 1 还原电炉 矿热炉 法 2 精炼炉 电弧炉 法 还原电炉 矿热炉 法与精炼炉 电弧炉 法区别 二 铁合金的生产的主要方法 一 按使用的设备分类3 炉外法 金属热法 还原剂 用硅 铝或铝镁合金作还原剂 热量来源 依靠还原反应产生的化学热来进行冶炼 主体设备 筒式熔炉 使用的原料 精矿 还原剂 熔剂 发热剂以及钢屑 铁矿石等 生产的主要品种 钼铁 钛铁 硼铁 铌铁 高钒铁及金属铬等 3 炉外法 3 炉外法 二 铁合金的生产的主要方法 一 按使用的设备分类4 氧气转炉法分类 转炉按供氧方式 有顶底侧顶底复合吹炼法 原料 液态高碳铁合金 纯氧 冷却剂及造渣料等 产品 中低碳铬铁 中低碳锰铁等 5 真空电阻炉法工艺 真空炉法的脱碳反应是在真空固态条件下冶炼时将压制成形的块料装入炉内 依靠电流通过电极时的电阻热加热 同时抽气 二 铁合金的生产的主要方法 二 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 碳热法使用设备 高炉 热量来源 焦炭的燃烧热 用焦炭作还原剂还原矿石中的氧化物 二 铁合金的生产的主要方法2 电热法使用设备 还原电炉 热量来源 电能 使用碳质还原剂还原矿石中的氧化物 生产方式 连续进行的 3 电硅热法使用设备 精炼电炉 热量来源 主要是电能 其余为硅氧化时放出的热量 使用硅 如硅铁 中间产品锰硅合金及硅铬合金 作为还原剂还原矿石中的氧化物 生产方式 间歇式作业 二 铁合金的生产的主要方法 二 按热量来源分类4 金属热法使用设备 筒式熔炼炉 热量来源 由硅 铝等金属还原剂还原精矿中氧化物时放出的热量 生产方式 间歇式作业 三 按操作方法和工艺分类根据生产操作和工艺特点不同分为熔剂法 无熔剂法 无渣法 有渣法以及连续式和间歇式等冶炼方法 铁合金生产方法的分类表 三 铁合金的加入方式 1 冶炼钢种的不同 铁合金的加入数量和加入方式也不相同 2 直接加入炉内 钢包中 如硅铁 锰铁 硅铝铁等 3 喷吹的方式加入钢包中 利用气体做载体 将合金粉剂直接喷射到钢液的深部 可以避免粉剂与空气或熔渣接触 扩大反应界面 加速传质过程 是提高合金收得率极有效的手段 如硅钙合金等 4 采用喂丝的方式加入钢包 中间包或结晶器中 易氧化的合金包覆成线 插入钢包等容器的深部 精确控制成分 提高合金的使用效率 铁合金质量对钢质量的影响 钢的质量取决于冶炼 浇注和其它工序的工艺水平 铁合金在钢的脱氧 调整成分及合金化 降低夹杂含量 控制夹杂形态等有重要影响 使用低杂质含量的铁合金 是冶炼优质洁净钢的前提 深冲冷轧板 要求碳含量 0 004 只能使用微碳铁合金生产 低硫钢生产 要求铁合金的s要低 低磷钢生产 要求铁合金的p要低 等等 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 一 铁合金工业生产的起源铁合金的工业生产始于19世纪中期 1860年左右 贝尔努利用钨酸同铸铁起反应制得钨铁 1875年 法国普尔塞尔成功地在高炉中制得了含硅10 18地硅铁 同一年他和高蒂尔同时在高炉中首次制得了锰铁 跨出向大规模工业生产锰铁地关键性一步 19世纪末 世界上开始采用还原电炉冶炼铁合金 1890年 法国西蒙首先采用电热法 使用氧化锰和萤石的混合料 获得了含mn84 fe8 c7 1 si0 2 的电炉锰铁 1893年 开始采用电弧炉生产钨铁 这一年 穆瓦桑也在电炉中制得了高碳硼铁 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 一 铁合金工业生产的起源1894年 穆瓦桑发明在电炉中还原氧化钒法 1897年 戈德施米特发明铝热法后 钒被用于冶金工业 1899年 美国在西弗吉尼亚州得霍尔库姆罗克厂的电炉中 第一个炼制了含si25 50 的硅铁 1900年 始于法国的高碳铬铁电热法生产转入工业规模生产 这一年 法国还首先制得了钼铁 1901年 罗西发明电铝热法还原富钛渣生产钛铁 1905年 利姆提出用欠量的碳还原硼酸铁 以制取低碳锰铁 1907年 开始采用金属热法制铌 1908年 用两步法生产含碳1 2 的中碳锰铁 1910年以后 还原电炉冶炼各种铁合金获得了迅速发展 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 二 铁合金工业发展经历的三个时期从铁合金冶炼方法 发展规模和技术装备水平等方面研究 世界铁合金工业发展大致可分为三个发展时期 1 高炉冶炼时期1860 1908年间为高炉生产占绝对优势的发展时期 1900年世界钢产量约2800万t 铁合金产量约17万t 其高炉铁合金约16万t 而电炉铁合金产量仅1万t左右 2 高炉与电炉大规模的发展时期1908 1960年间 高炉与电炉都在迅猛发展 但电炉的发展更快 其产量逐渐赶上高炉产品的产量 到1960年 世界产钢达3 4亿t 铁合金产量达560万t 此时电炉铁合金产量和高炉产量各约为280万t 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 二 铁合金工业发展经历的三个时期3 铁合金工业走向现代化时期1960年至今 电炉逐步取代高炉并占绝对优势 1960年以后 电炉铁合金产量首次超过高炉铁合金产量 且继续高速发展 1995年世界钢产量约为7 7亿t 铁合金总产量约1600万t 其中 电炉铁合金产量达80 以上 同时电炉设备技术加快了大型化 全封闭化 半封闭 机械化和过程控制等现代化步伐 电炉炉气净化和余热回收利用达到实用阶段 出现了无公害的铁合金厂 电子计算机控制生产过程得到应用和推广 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 三 国外铁合金工业的生产现状至20世纪 世界约有50多个国家生产铁合金 钢铁工业发达的前苏联 美国 日本 法国等铁合金工业也很发达 具有丰富矿物资源和能源的南非 挪威 巴西等国近些年在电炉铁合金工业方面发展得十分迅速 其产品大量涌进国际市场 加拿大及一些发展中国家 如印度 墨西哥 津巴布韦 菲律宾 伊朗等也兴建起了铁合金企业 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 三 国外铁合金工业的生产现状世界上最大的硅铁和高碳铬铁电炉为105000kv a 最大的高碳锰铁电炉为1o2000kv a 最大的锰硅合金电炉为88000kv a 最大的硅钙合金电炉为48000kv a 最大的工业硅电炉为55000kv a 最大的镍铁电炉为840o0kv a 在炉型上 新建的锰铁和铬铁电炉多采用全封闭式及湿法煤气除尘 并向干式除尘技术迈进 硅铁电炉多采用矮烟罩半封闭式及干法袋式烟气除尘 挪威研制成功了全封闭干法除尘的硅铁电炉 世界上最大的铁合金厂是俄罗斯车里雅宾斯克铁合金厂 年产硅铁 铬铁及锰硅合金共90万t 最大的锰铁厂是乌克兰尼科伯尔铁合金厂 年产锰系产品120万t 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 四 我国铁合金工业的飞跃发展1894年在汉阳铁厂28 4m3高炉中炼制出锰合金 20世纪30年代末至40年代末期 我国曾进行过多种铁合金的试制和小批量生产 当时只有几座小电炉生产硅铁 锰铁 年产量仅百吨 50年代初引进苏联铁合金技术 建设成我国第一座大型铁合金厂 吉林铁合金厂 60年代至70年代期间 随着钢铁工业的发展与布局的需要 建成了一批较大型的铁合金电炉车间及钨铁 钼铁 钒铁 钛铁等多品种的铁合金车间 随着世界还原电炉大型化 机械化和自动化的进展 80年代中期至90年代间 除建设或技术改造一批新的63o0kv a 12500kv a 16500kv a半封闭及全封闭式还原电炉车间外 还建成了具有当今世界技术和装备水平25000kv a 30000kv a 31500kv a及50000kv a的大型现代化还原电炉车间 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 四 我国铁合金工业的飞跃发展届时我国有重点铁合金企业18家 地方中 小型骨干企业57家以及小型企业千余家 形成多个品种 多种容量 规模 多种生产方法的大 中 小型相结合的行业格局 年设备生产能力约500万t 雄居世界首位 又迈上了大型铁合金电炉技术的新台阶 我国铁合金产品已做到自给有余 不仅出口产品 而且还向菲律宾 伊朗 巴基斯坦等国出口成套铁合金工程和设备技术 20世纪末 我国铁合金产能约达700万t 实产约达500万t 其中出口约占1 3 至此 我国不仅是铁合金生产大国 同时又是产品出口贸易大国 五 铁合金生产技术的发展趋向近二十多年来 随着钢铁工业的发展和科学技术的进步 世界铁合金工业生产在品种 冶炼工艺 技术装备 节能降耗 环境保护 能量回收和资源综合利用等技术方面都有迅速的发展和突破 铁合金生产技术的发展有以下几个方面 1 铁合金产品发生结构型的变化 品种面向多元化总发展趋势 增加品种 充分利用合金元素 合理利用资源 产品向复合或多元化方向发展 降低合金中有害杂质物 向纯净化方向发展 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 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向2 精料技术精料是电炉铁合金增产节电的重要环节 a采用优质组合碳质还原剂采用优质组合碳质还原剂 搭配气煤焦和烟煤 代替一部分冶金焦 这是国内外的一项成熟操作技术 b改善入炉矿石的制备技术国内外已应用了多种造块技术 以有效地利用粉矿和精矿 并获得较好的冶炼指标 对含铁料 除普遍应用碳素钢屑外 人们越来越关注铁精矿球团 铁鳞及铁鳞球团的使用 尤其是大型硅铁电炉为实现机械化原料输送和自动化加料操作必须优先选用 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向3 采用高效率的大型还原电炉 提高技术装备水平a还原电炉的大型化 连续作业近20多年来 国外新建的用于生产硅铁 高碳锰铁 锰硅合金及高碳铬铁 四种大宗产品 的电炉容量普遍增大 目前世界上最大的硅铁和高碳铬铁电炉容量分别为96000kv a和105000kv a 我国铁合金还原电炉常用的炉型为6300 12500 16500及25000kv a 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向3 采用高效率的大型还原电炉 提高技术装备水平b采用全封闭式还原电炉并回收煤气冶炼高碳锰铁 锰硅合金和高碳铬铁的大 中型还原电炉大都应选用全封闭式电炉或将敞开炉改造为全封闭式电炉 回收煤气并对污水进行处理 将回收的煤气 c060 80 热值8 10kj m3 标态 产气量约900 1200m3 t 标态 用于干燥或用来预热还原矿石 致使冶炼电耗下降 并实现二次能源的综合利用 我国自60年代开始先后自主开发了9000 12500 16500及25000kv a全封闭式电炉技术 其中大都设置了煤气回收和污水处理设施 回收煤气已用于焙烧 干燥矿石等 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向3 采用高效率的大型还原电炉 提高技术装备水平c新建或改建半封闭式还原电炉对难于采用全封闭式电炉生产的品种 则建造或将敞口炉改造为带余热回收的半封闭式 矮烟罩 电炉 国外回收利用炉气余热主要有两种方式 一种是利用热水或蒸汽 另一种为蒸汽再发电 它们可回收能量分别相当于其输入电能的80 和20 基于半封闭式电炉烟气量较小 炉气经过余热锅炉降温后 便于采用干法袋式除尘器除尘 我国唐钢铁合金厂1800kv a硅铁电炉也已成功地采用余热锅炉回收利用蒸汽 甘肃民和镁厂4 6300kv a工业硅电炉余热回收系统于1994年投入运行 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向3 采用高效率的大型还原电炉 提高技术装备水平d应用电子计算机控制电炉冶炼过程国外应用计算机控制电炉生产过程 如配料 上料及加料 电炉电极压放 功率调节 冷却水及烟气 煤气 净化系统等控制功能 可提高电炉工作负荷和作业率 避免操作失误所引起的炉况波动和设备事故 获得产品单位电耗降低5 10 的显著效果 我国某铁合金厂较早地在l6500kv a全封闭式电炉上应用计算机 并于80年代引进的25o00kv a 30000kv a 3l500kv a及50000kv a电炉技术都分别设置了计算机控制系统 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向4 采月连续法冶炼硅钙合金的新技术目前 世界上生产硅钙合金的先进工艺是连续冶炼技术 法国波兹尔 bozel 电冶金公司和意大利oet公司的硅钙合金生产均属于此法 这种工艺是选用石灰石 焦炭及烟煤为炉料 在较大型还原电炉内进行连续冶炼 其冶炼周期 炉役寿命 达5年以上 产品含ca 30 产品电耗11000kw h t 比我国现行的硅钙合金生产工艺可节电2000 300okw h t 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向5 采用一步法冶炼硅铬合金6 采用热兑法 波伦法 生产中低碳锰铁7 采同热兑法 波伦法 生产微碳铬铁8 铁合金直流还原电炉技术 含中空电极技术 9 铁合金熔融还原新技术10 等离子炉冶炼新技术 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向11 铁合金产品加工 制粉及芯线技木国外铁合金产品 一般将供货块度分为块状 10mm 粒状 2 10mm 及粉状 0 2mm 并以定量包装出厂 为满足喷射冶金和炼钢炉外精炼的需要 将块状产品再深加工 以提供粉剂产品 随着炼钢连铸比的增大 以及其他方面的需求 铁合金芯线技术将有很大发展 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向12 大中型还原电炉采用新型结构的电极无持器技术a组合式电极把持器此种把持器是挪威埃肯公司的专利技术 我国化工行业曾引进多台25000kv a电石炉均采用组合式把持器 组合式把持器的主要特点是可用于任何直径的电极 加速电极焙烧 电极壳不会变形 电极下放时不会失控 减少电极断损 设各质量轻 运行事故少 作业率高 但缺点是对冶炼含铁成分有严格要求的产品不宜采用或转炼 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向12 大中型还原电炉采用新型结构的电极无持器技术b波纹管压力环式把持器特点是波纹管一对一顶紧铜瓦 做到水路及电路合一结构 它可有效地提高电炉作业率 减少设备维修工作量 并提高综合经济效益 对大中型电炉应优先应用 c水冷电缆技术水冷电缆具有良好的冷却效果 许用电流密度大 3a mm2 是管式短网的配套技术 具有贡量轻 投资省 运行可靠 结构紧凑与布置排列优化等优点 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向13 炉口 炉前机械化设备a车式加料拨料捣炉机车式拨料捣炉机是大 中型半封闭式还原电炉的炉口操作必备辅助设备 尤其是硅铁生产中 采用它可实现炉口机械化操作 这样可大大改善操作条件 提高电炉作业率 80年代中期 我国某几家铁合金厂先后引进8台加料拨料捣炉机 使用效果较好 四 铁合金生产的历史 现状及其发展趋势 五 铁合金生产技术的发展趋向13 炉口 炉前机械化设备b开堵铁口机开堵铁口机是出炉操作的重要设备 它可代替人工开堵铁口 大大改善操作条件 国外大中型还原电炉普遍配备开堵铁口设备 我国铁合金电户采甲开堵铁口设备的为数不多 大都是手工开堵铁口 近10多年来 我国某厂已研