低钛高碳铬铁生产方式的探讨

1、 低钛高碳铬铁生产方式的探讨 冶炼轴承钢时高碳铬铁作为主要的合金添加剂，而轴承钢中含有少量的钛元素后，由于氧化物系的夹杂物较硬，易在钢材表面产生“轧制缺陷”，影响轴承钢的产品质量。从国内外高碳铬铁标准检索可知，均未将钛元素列入化学成份表中，个别标准仅在附加其它元素含量表中反映，如瑞典标准钛含量低于0.05，美国标准钛含量低于0.5和0.10两个级别。因此，高碳铬铁中含有一定的钛含量。    高碳铬铁生产是以碳质还原剂与铬矿中Cr2O3、FeO及少量的SiO2发生还原反应，生成各种形态的铁、铬复合碳化物。铬矿与碳质还原剂中含有一定比例的钛的氧化物，一般以T

2、iO2形式存在于原辅料中，见表一。 表一、 冶炼高碳铬铁原辅料中TiO2的含量（）          名称 巴矿   印粉   印块   伊块   伊粉   澳矿 焦碳 硅石TiO2 0.18   0.13   0.11   0.08   0.09   0.28 0.08 0.02 

3、60;   从上表可知，铬矿含TiO2的比例较高，且铬矿属自然资源，存在一定的分布不均匀性，同时与铬矿中简单氧化物的组份差异有关，这样铬矿中TiO2的比例会有所不同。一般情况下，铬矿中镁、铁、铬的离子较多时，该矿的TiO2比例较少。铬的熔点较高，粘度大，为使铬铁顺利地从坩埚内流出，必须提高炉温，一般情况下冶炼温度达到1883-1923K。随着冶炼温度的上升和还原剂用量的增加，炉料中的SiO2和TiO2与碳反应生成Si和Ti以及TiC并进入合金，其反应如下：    SiO2+2C=Si+2CO (1)    TiO2

4、+2C=Ti+2CO (2)    TiO2+3C=TiC+2CO  (3)由于TiC的熔点约为2273K以上，因此高碳铬铁冶炼中会有一定的Si和Ti含量。正常生产情况下，高碳铬铁成份区间为，Cr60-65，Si0.8-1.8，C7.5-10，P0.02-0.03，S0.02-0.05，Ti0.2-0.3。本文仅对低钛高碳铬铁生产方式的探讨，分析和掌握高碳铬铁中钛的行为，形成多渠道生产方式。 一、电炉冶炼低钛铬铁原理分析、选择性还原铬矿中的主要氧化物基本上同时被还原，其它氧化物由于还原度的不同，氧化物被还原的数量是不相同的，而氧化物的还原度随着

5、温度的升高而增加，这样温度愈低，选择还原的效果就愈明显。氧化物稳定性大小依次为CaO、MgO、Al2O3、TiO2、SiO2、Cr2O3、FeO，为了有效地控制钛的含量，必须降低SiO2的还原度，减少碳质还原剂的用量。结合理论与实际数据的对比，碳质还原剂用量控制可参照纯碳量比值，一般情况其比值为0.4。随着碳质还原剂用量的确定，可抑制TiO2的还原比例。碳质还原剂量值与矿的物化性能存在一定的关系，一般情况下与粒度、MgO/Al2O3、Cr/Fe等因素存在正比关系。入炉镁铝比上升后，渣型控制上(SiO2)宜在33-34之间，纯碳比值控制在0.42的水平。随着镁铝比的下降，该料组易形成低熔点熔渣，

6、坩埚区温度较低，此时还原温度明显高于熔化温度，高温区上移，在料柱上水平形成的熔渣逐渐上移，引起“翻渣”现象，导致料层表面积块，形成不规则的气腔，在渣金相间的残矿层厚度变薄或处于不均匀状态，缩小了氧化气氛区域。渣型控制上可将(SiO2)调整至30左右，纯碳比值控制在0.38的水平。、氧化去钛抑制TiO2的比例从实际操作角度分析，存在一定的局限性，会引起一系列的炉况波动，甚至对技术经济指标带来较大的影响。高碳铬铁冶炼时，在渣金接触层之间会形成残矿层区域，该区域能富集一定量的有游氧，与钛的还原产物相互结合，重新生成钛的氧化物进入渣相。同时从氧化物稳定性角度分析，以TiO2为基准，在一定温度条件下，T

7、iO2较SiO2、Cr2O3、FeO等氧化物来得稳定，在1600时，SiO2与Ti共存时可自发地进行反应，该反应是不可逆的。由氧化物离子间作用力的大小可知，碱性氧化物的作用强度(I)越小，阳离子对O2- 的吸引力越小，越容易贡献出O2- ，见表二。 表二、 氧化物的作用强度值 氧化物   CaO    MnO    FeO    MgO   TiO2 SiO2 P2O5 (I)     0.7    0.83 

8、60; 0.87   0.95  1.89 2.44 3.31     提高炉料中MgO、CaO、FeO、MnO含量，坩埚内O2- 浓度会增加，同时这些氧化物的离子半径大，且作用强度较小，一般易形成Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+ 、Mn2+ 及O2- 简单的阴阳离子结构，而TiO2的作用强度较大，Ti2+ 与O2- 的吸引力大，越容易与O2- 结合，形成稳定的TiO2。从边界层效应分析，随着残矿层O2- 的弥散，可能存在如下反应。Ti+O2- (TiO2)+M+     P+O2- (PO4-

9、 )+M+     Ti+(SiO2)(TiO2)+Si    Ti+(Cr2O3)(TiO2)+Cr不管上述反应如何进行，由于扩大了料层结构O2- 的散布率，增强了残矿层的氧化气氛，促进该区域O2- 与酸性氧化物的还原产物相互结合，生成稳定的氧化物或复杂氧化物进入渣相。 二、纯氧顶吹低钛铬铁工艺分析从氧势图可知，Ti优先于Si氧化，Ti在高氧位气氛下易与纯氧结合生成TiO2，随着纯氧浓度的增加，Cr、C等元素的氧化量急剧上升，必须确定一个含钛符合要求的终点值，以减少有益元素的进一步氧化。将3.2吨液态高碳铬铁，按20立方/

10、吨组织吹炼，吹炼前的含钛量从0.17下降至0.065，其平均降钛速度为0.015/分，按此值计算含钛控制在0.03所需要的吨耗氧为33立方。下面对吹炼不同含钛量的高碳铬铁工艺进行对比分析。、吹炼含钛0.03的高碳铬铁随着入炉高碳铬铁含钛浓度的下降，其平均降钛速度有所减缓，也就是说当纯氧浓度增加后，钛的氧化较为缓慢，此时铬和碳的氧化急剧上升，见表三。 表三、吹炼含钛0.03高碳铬铁成份对比()    成份   Cr   Si  C    S     

11、;Ti          前 62.51   0.10 8.0  0.073  0.032        后   62.12 0.05 5.96 0.080 0.025                 前 63.04   0.70 7.48 0.08

12、2 0.032           后 60.37 0.125.34  0.10    0.028      、吹炼含钛0.06的高碳铬铁当入炉高碳铬铁含钛浓度的上升，经吹氧后其降钛幅度较大，而铬和碳的氧化基本未受到较大的影响，见表四。 表四、吹炼含钛0.06高碳铬铁成份对比()    成份   Cr   Si  C    S 

13、    Ti          吹炼前   61.54    0.51 8.14 0.050  0.057        吹炼后   61.17    0.10 6.29 0.054  0.030    纯氧顶吹低钛铬铁，从工艺上是可行的。采用无渣法吹炼时，含钛未出现明显的下降趋势。在高氧

14、位条件下，炉内形成液气状态，而生成的TiO2大部份呈液态，缺乏了渣金之间的相互传质，降钛效果不够明显。鉴于纯氧顶吹低钛铬铁工艺分析，纯氧顶吹降钛的工艺关键是扩大渣金的传质速度，加快TiO2等氧化物向渣相转移。 三、炉外精炼低钛铬铁可行性分析、预熔渣我们将炼钢用的预熔渣运用至高碳铬铁降钛，因为预熔渣内配有一定量的氧化铁、氧化钙等氧化物，且熔点约为1200左右，见表五。预熔渣成渣速度快，而钛与氧的亲和力大，在一定的温度条件下，易与预熔渣内的氧结合，通过改善动力学条件，扩大渣金之间的界面，使合金中的钛不断向渣面运动。 表五、     预熔渣成份 ()

15、   FeO      CaO    Al2O3    SiO2   MgO   MnO    单价 备注    48      33      6       -     少许  少许   1400 供方  

16、 53.54    28     8.69    3.8     1.3   0.77   1400 公司 由于预熔渣与铁液的绝对比例相差较大，形成的渣量偏小。该熔渣可能含有一定量的碳酸钙，相互作用后铁液温降较为明显，反应不够充分，减缓了Ti与O2-的结合力。、铬铁精炼将电炉冶炼制得的高碳铬铁放在熔炼炉内，用CaO-Cr2O3系熔剂精炼，待铁与熔剂熔化后，Ti和Si达到新的平衡。CaO-Cr2O3系熔剂，主要来自于铬矿与石灰，该工艺的关键是氧化剂中能产生一定量的氧离子比例，将基准氧量比确定为1.4。据此为计算条件，实际每吨铁形成CaO-Cr2O3系熔剂所消耗的矿和石灰量为：铬矿=基准氧量比*吨金属*(2*O/Si*Si%+2*O/Ti*Ti%)/