冶金工程概论-5铁合金生产.ppt

1、5 铁合金生产,冶金工程概论5,主要内容,了解什么是铁合金 铁合金的类别 铁合金的炼钢生产中的作用 铁合金生产方法,铁合金的定义,铁与一种或几种元素组成的中间合金。 主要用于钢铁冶炼。 在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙合金），都称为“铁合金”。 习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内。,铁合金的用途, 合金添加剂。按钢种成分要求，添加合金元素到钢内以改善钢的性能。 铁合金的主体元素一般熔点较高，或者它的氧化物难于还原，难于炼出纯金属，如与铁在一起则较易还原冶炼。在钢铁冶炼中使用铁合金,其中含铁非但无害,而因为易熔于钢水反较有利。因此，炼钢过程中脱氧和添

2、加合金,大多以铁合金的形式加入。铁合金一般很脆,不能作为金属材料使用。,脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。 孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中，改善铸件的结晶组织。此外，还用作以金属热还原法生产其他铁合金和有色金属的还原剂；有色合金的合金添加剂；还少量用于化学工业和其他工业,铁合金的品种和分类,品种用途 作为炼钢脱氧剂，应用最广泛的是锰铁和硅铁。强烈的脱氧剂为铝(铝铁)、硅钙、硅锆等（见钢的脱氧反应）。 用作合金添加剂的常用品种有：锰铁、铬铁、硅铁、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁、镍铁、铌(钽)铁、稀土铁合金、硼铁、磷铁等。,各种铁合金又根据炼钢需要，按合金元

3、素含量或含碳高低规定许多等级，并严格限定杂质含量。 含有两种或多种合金元素的铁合金叫做复合铁合金，使用这类铁合金可同时加入脱氧或合金化元素，对炼钢工艺有利，且能较经济合理地综合利用共生矿石资源。常用的有：锰硅、硅钙、硅锆、硅锰铝、硅锰钙和稀土硅铁等。,铁合金的生产方法,铁合金根据产品品种和质量要求采用不同的冶炼方法，生产方法主要有： 碳还原法（高炉、电炉）、金属热还原法和电解法；精炼方法主要有： 脱硅精炼、吹氧、真空固态脱碳等 某些合金元素在矿石中含量很低，必须先进行富集，包括选矿和湿法冶金或火法冶金处理，提取纯净的氧化物或其他中间产品，再行冶炼。,高炉冶炼 产品 锰铁 镜铁（含锰30以下的锰

4、铁） 低硅硅铁（含硅1015） 镍铁等等,电炉还原冶炼 铁合金产品绝大部分用还原电炉冶炼。 产品主要有 硅铁 碳素锰铁 锰硅合金 碳素铬铁 钨铁 硅铬合金 硅钙合金 磷铁,在还原电炉内用矿石配加焦炭或其他碳质还原剂依靠电能加热进行冶炼。运行时电极插入炉料，除电极端部和焦炭颗粒之间产生电弧外，主要通过炉料和炉渣的电阻热加热。还原时锰和铬等元素同时与碳结合成碳化物,因此冶炼锰铁、铬铁时,得到的是含碳高的产品。炼得的铁合金熔液和熔渣每隔一定时间从出铁口放出。熔点特高的铁合金（如钨铁）不能放出，则用取铁法或结块法生产。,为了保持电极合理深插、炉况稳定，必须控制好炉膛电阻。炉膛电阻受炉料组成、还原用炭的

5、种类及其粒度和数量、炉渣的化学成分、炉膛尺寸和电极间距、炉内温度分布等因素的影响。,用作还原剂的焦炭同时是炉料中传导电能并对炉膛电阻起主要影响的因素。焦炭颗粒较细有利于在炉料中均匀分布而且具有较高的电阻率。电阻率较高的焦炭，例如低温焦、煤气焦，或配加煤、木炭、木片，可以提高炉膛电阻，有利于电极深插。,金属热还原法,用铝或硅作还原剂进行金属氧化物的还原。由于反应激烈、集中，释放出大量热能，产生高温，在一定条件下还原反应可自动进行，使金属和炉渣全部熔化，炼得铁合金产品。,铝热法 用铝作还原剂,反应一般都能自动进行,用不加热的反应器冶炼，所以又称炉外法。常用于钛铁、钼铁、高钒铁、硼铁和金属铬等的生产

6、。铝热法冶炼设备是简单的铁制圆筒形熔炼反应器，由两个半筒或几部分组成。便于拆卸更换。反应器（也称炉筒）可安放在预先做好的砂窝上，或放在可移动的、铺有耐火材料的小车上。反应器和砂窝都要预先干燥，以防爆炸。冶炼设备要有排烟装置。铝热法的冶炼操作有两种方式：上部点火，如用于冶炼钼铁。下部点火，如用于冶炼钒铁。,电硅热法 用硅（一般为75硅铁）作还原剂进行金属热法冶炼时，因热量不足，采用电炉冶炼，通过电能补充加热。一般在还原冶炼之后，随即添加氧化物或矿石进行脱硅精炼，得到低碳、低硅的产品，常用于钒铁、钨铁的生产。,铁合金的精炼 电炉精炼 高碳的锰、铬铁合金在电炉内进行氧化脱碳精炼，因碳化物比较稳定，难

7、于得到低碳产品，所以生产中通常采用脱硅精炼法，以低碳含硅合金（如硅铬、锰硅）配加石灰、矿石在电炉内进行脱硅精炼。,热兑法 通过液态金属冲兑入液态熔渣进行脱硅精炼的方法，按发明人姓氏(R.Perrin)又称为佩兰法。主要用于铬铁的精炼，近年也用于锰铁的精炼。采用两个盛桶逆流冲兑，由于热兑时形成充分搅拌，反应激烈而脱硅效果好。,吹氧法 向熔融金属吹入工业纯氧，使粗炼合金中的碳、硅等元素氧化而获得中、低碳产品。此法现用于生产中、低碳铬铁和中、低碳锰铁。,真空固态脱碳 含碳高的铁合金在真空固态条件下进行脱碳反应,制得微碳产品的方法,主要用于制取含碳特低的微碳铬铁。,湿法冶金处理 在铁合金生产中对合金元

8、素含量低的矿石，一般采用湿法冶金处理进行富集，为还原冶炼提供纯度较高的半成品。为电解生产制备合格的溶液也属于湿法冶金范畴。湿法处理的工艺过程一般包括：原料处理、浸取、液固分离和净化、金属提取等工序。采用湿法冶金处理的铁合金主要有钒铁、铌铁、金属铬、金属锰等。,主要系列铁合金-硅系铁合金,铁和硅组成的铁合金。硅铁主要作为炼钢的脱氧剂和合金添加剂，还用于铸造、选矿、焊条、轻金属工业和作为冶炼某些金属的还原剂。 冶炼硅铁的主要原料是二氧化硅矿石（石英、硅石），矿石中的SiO2一般要求高于96、冶炼高硅硅铁时高于98，矿石中的P2O5一般不应超过0.02，Al2O3不应超过1.5。硅铁常用的品种含硅为

9、45、75和90。,硅系铁合金冶炼 低硅硅铁（含硅1015）可在高炉中用铁矿石配加硅石冶炼。需要较高的焦比和风温。运行中炉顶温度高，煤气含尘多，多产操作困难，70年代几乎都改用电炉生产。 高硅硅铁，在碳质炉衬的还原电炉中冶炼，采用硅石、钢屑（或铁鳞）、焦炭作原料。电炉硅铁是无渣法冶炼，原料必须干净，不得混有泥砂和其他杂质，炉料中配加木片和煤，可改善炉料性能。,冶炼进程中，料面易结壳、“刺火”（料面喷火），必须经常“捣炉”。炉子每隔24小时出一次硅铁，在锭模中铸成厚度小于 100毫米的锭块。炼制硅铁一般采用敞口式电炉。近年来，为了防止环境污染，多采用“矮烟罩”或“半封闭”式电炉，便于回收热能和消

10、烟除尘；生产高硅硅铁（含硅75以上），大多采用旋转电炉以减少捣炉。为满足电工钢对硅铁的含铝量不得过高的要求，近年发展出吹氧或吹氯等精炼方法。,硅铁粉化 硅铁于储运过程中，在一定条件下容易粉化。这是因为含硅34左右和含硅5060的FeSi和FeSi2的相变引起体积膨胀所造成的。杂质中的磷、硫、钙、铝以及潮湿的大气会促使硅铁粉化，硅铁锭缓冷时由于偏析也易导致粉化。硅铁粉化时放出氢气、磷化氢和砷化氢等气体，可引起爆炸，后两种气体有毒，所以硅铁储运必须通风良好，防止受潮。,硅铁的用途：,(1)在炼钢工业中用作脱氧剂和合金剂。 (2)在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。 (3)铁合金生产中用作还原剂。 (4

11、)在其他方面的用途。磨细或雾化处理过的硅铁粉，在选矿工业中可作为悬浮相。在焊条制造业中可作为焊条的涂料。高硅硅铁在化学工业中可用于制造硅酮等产品。,在这些用途中，炼钢工业、铸造工业和铁合金工业是硅铁的最大用户。它们共消耗约90%以上的硅铁。在各种不同牌号的硅铁中，目前应用最广的是75%硅铁。在炼钢工业中，每生产1t钢大约消耗3-5kg75%硅铁。 硅铁牌号和化学成份,锰系铁合金：,锰和铁组成的铁合金。在炼钢中，用作脱氧剂和合金添加剂，是用量最多的铁合金。 一般采用1000米3以下的高炉,设备和生产工艺大体与炼铁高炉相同。,铬铁,铬和铁组成的铁合金，是炼钢的重要合金添加剂。 过去都在炼钢的精炼后期加入。冶炼不锈钢等低碳钢种，必须使用低、微碳铬铁，因而精炼铬铁生产一度得到较大规模的发展。 铬铁用还原电炉冶炼，采用焦炭作还原剂，硅石或铝土矿作熔剂。,钨系铁合金,钨和铁组成的铁合金，用作炼钢的合金添加剂。常用的钨铁有含钨70和80两种。钨铁用电炉冶炼，由于熔点高，不能液态放出，所以采用结块法或取铁法生产。 中国江西、湖南、广东一带有大量钨矿，储量占世界6070。,钼铁,钼和铁组成的铁合金，一般含钼5060，用作炼钢的合金添加剂。 钼铁冶炼一般采用炉外法。炉子是一个放置在砂基上的圆筒，内砌粘土砖衬，用含硅75的硅铁和少量铝粒作还原剂。炉料一次加入炉