铁合金生产工艺讲解

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1、铁合金生产工艺铁合金生产工艺 目录目录 一. 铁合金的定义 二.铁合金的用途 三.铁合金的分类 四.铁合金的生产方法 五.硅铁的定义 六.硅铁的用途 七.硅铁的冶炼原理及工艺 铁合金的定义铁合金的定义 铁合金是由一种或两种以上的金属或非金属元 素与铁元素组成的，并作为钢铁和铸造业的脱 氧剂、脱硫剂和合金添加剂等的合金。例如硅 铁是硅与铁的合金；锰铁是锰与铁的合金；硅 钙合金是硅与钙组成的合金。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。 铁合金的用途铁合金的用途 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，消除钢液中

2、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 的相关技术和配套工程。 铁合金的用途铁合金的用途 （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

3、，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。 铁合金的用途铁合金的用途 （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 用的合金剂有硅、锰、铬、钼、钒、钨、钛、 钴、镍、硼、铌、锆等铁合金 。 铁合金的用途铁合金的用途 （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

4、条件。 为了改变凝固条件，通常在浇注前加入某些铁 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。硅合金分别用作生产钼 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锰铁生产的还原 剂。 铁合金产品的分类铁合金产品的分类 随着现代科学技术的发展，各个行业对钢材的品种、性能的 要求越来越高，从而对铁合金也 8 提出了更高的要求。铁合 金的品种在不断地扩大，铁合金的品种繁多，分类方法也 多。 一般按下列方法分类： （l）按铁合金中主元素分类，主要有硅、锰、铬、钒、钛、 钨、钼等系列铁合金。 （2）按铁合金中含碳量分类，

5、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。此外，还有氧化物压块与发热铁合金 等特殊铁合金。 （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、硅钙铝合金、硅钙钡合金、锰硅 铝合金、硅铝钡钙合金。 铁合金产品的分类铁合金产品的分类 硅铁合金锰铁合金铬铁合金 钒铁合金钼铁合金 铁合金生产的主要方法铁合金生产的主要方法 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。 电热法铁合金生产的主要方法。用碳作还原 剂，缺点是很多

6、金属都易与碳形成碳化物，不 能生产低碳铁合金。 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。 高炉法高炉法 高炉法所使用的主体设备为高炉。高炉法是最 早采用的铁合金生产方法。目前主要是生产高炉高 碳锰铁。高炉锰铁生产主要原料为锰矿、焦炭和熔 剂以及助燃的空气或富氧。把原料从炉顶装入炉内 ，高温空气或富氧经风口鼓入炉内，使焦炭燃烧获 得高温及还原气体对矿石进行还原反应，熔化了的 炉渣、金属积聚在炉底，通过渣口、出铁口定时出 渣、出铁。随着炉料的熔化、反应和排出，再不断 加入新

7、炉料，生产是连续进行的。 高炉法生产铁合金，具有劳动生产率高，成本 低等优点。但鉴于高炉炉缸温度的局限性。以及高 炉冶炼条件下金属被碳充分饱和。因此高炉法一般 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、低硅锰、镍铁及富锰渣。 高炉法高炉法 高炉法高炉法 电炉法电炉法 电炉法是生产铁合金的主要方法，其产量约占全部铁合金产 量的4/5，所使用的主体设备为电炉。 电炉主要分为还原电炉（矿热炉）和精炼炉两种： （l）还原电炉（矿热炉）法。还原电炉法是以碳作还原剂还 原矿石生产铁合金的。炉料加入炉内并将电极插埋于炉料中， 依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻电弧热，进行理弧还原 冶炼

8、操作。熔化的金属和熔渣集聚在炉底并通过出铁口定时出 铁出渣，生产过程是连续进行的。用此方法生产的品种主要有 硅铁、硅钙合金、工业硅、高碳锰铁、硅锰合金、高碳铬铁、 硅铬合金等。 （2）精炼炉（电弧炉）法。精炼炉法是用硅（硅质合金）合金 产品的，依靠电弧热和硅氧反应热进行冶炼。炉料从炉顶或炉 门加入炉内，整个冶炼过程分为引弧、加料、熔化、精炼和出 铁等五道工序，生产是间歇进行的。主要生产品种有：中、低 碳锰铁，中、低、微碳铬铁及钒铁等。 电炉法电炉法 矿热炉 1-加料装置；2-气动装置；3-短网；4-水冷系统；5-电极升降装置；6-电极压放装置； 7-液压系统；8-电极把持装置；9-炉盖；10-

9、电极；11-炉体 电炉法电炉法 电弧炉 炉外法（金属热法）炉外法（金属热法） 炉外法是用硅、铝或铝镁合金作还原剂，依靠 还原反应产生的化学热来进行冶炼的，所使用 的主体设备为筒式熔炉。 使用的原料有精矿、还原剂、熔剂、发热剂以 及钢屑、铁矿石等。 生产的主要品种有钼铁、钛铁、硼铁、铌铁、 钨铁、高钒铁及金属铬等。 炉外法（金属热法）炉外法（金属热法） 氧气转炉法氧气转炉法 氧气转炉法使用的主体设备为转炉，按其供 氧方式，有顶、底、侧吹和顶底复合吹炼法。使 用的原料是液态高碳铁合金、纯氧、冷却剂及造 渣材料等。将液态高碳铁合金对入转炉，高压氧 气经氧枪通入炉内吹炼，依靠氧化反应放出的热 量脱碳，

10、生产是间歇进行的。生产的主要品种有 中低碳铬铁、中低碳锰铁等。 氧气转炉法氧气转炉法 氧气转炉法氧气转炉法 硅铁的定义硅铁的定义 硅铁就是铁和硅组成的铁合金。 硅铁是以兰炭、 钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的 硅铁合金。根据硅含量的不同，我国市场上存在 45%、65%、75%和90%多个品级，其中最常用的 是75硅铁，含硅量越高，其熔点越高，75#硅铁的 熔点为1300。 u纯硅呈钢灰色，有金属光泽的晶体物质，质硬而脆，属于 非金属。硅的原子量28.08，密度2300kg/m3，熔点1683K ；铁具有银白色金属光泽，有良好的延展性、导电、导热 性、密度为7.86kg/cm3，熔点

11、1435K。 u硅与铁能按任意比例互溶，可以生成FeSi2、FeSi、Fe5Si3 、Fe2Si等硅化物，其中以FeSi最稳定，熔点为1683K，融 化时不分解，能以FeSi新式存在与液态合金中，其余的硅 化物当加热时在固态即分解。 u硅铁是铁和硅组成的铁合金。硅铁的熔点随含硅量增加而 升高，标准硅铁的熔点低于1634K。 u硅与铁的合金容易产生偏析，合金锭上部和下部的含硅量 之差达20%以上。合金锭厚度越大，冷却时间越长，则偏 析也越严重。因此，通常要求硅铁锭的洗铸厚度不能大于 100mm。 硅铁合金的物理性质硅铁合金的物理性质 硅铁的用途硅铁的用途 （1)在炼钢工业中用作脱氧剂和合金剂。为

12、了获得化学成分合 格的钢和保证钢的质量，在炼钢的最后阶段必须进行脱氧，硅 和氧之间的化学亲和力很大，因而硅铁是炼钢较强的脱氧剂用 于沉淀和扩散脱氧。在钢中添加一定数量的硅，能显著的提高 钢的强度、硬度和弹性，因而在冶炼结构钢（含硅0.4-1.75) 、工具钢(含Si0.3-1.8%)、弹簧钢(含Si0.4-2.8)和变压器用硅钢 （含硅2.81-4.8%)时，也把硅铁作为合金剂使用。 此外，在炼钢工业中，利用硅铁粉在高温下烯烧能放出大量 热这一特点，常作为钢锭帽发热剂使用以提高钢锭的质量和回 收率。 (2)在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。铸铁是现代工业中一 种重要的金属材料，它比钢便宜，容易熔

13、化冶炼，具有优良的 铸造性能和比钢好得多的抗震能力。特别是球墨铸铁，其机械 性能达到或接近钢的机械性能。在铸铁中加入一定量的硅铁能 阻止铁中形成碳化物、促进石墨的析出和球化，因而在球墨铸 铁生产中，硅铁是一种重要的孕育剂（帮助析出石墨）和球化 剂。 硅铁的用途硅铁的用途 (3)铁合金生产中用作还原剂。不仅硅与氧之间化 学亲和力很大，而且高硅硅铁的含碳量很低。因此 高硅硅铁（或硅质合金）是铁合金工业中生产低碳 铁合金时比较常用的一种还原剂。 (4)在其他方面的用途。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

14、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。 硅铁的产业分布硅铁的产业分布 由于硅铁的冶炼是一个高耗能的过程，西方 国家近年来在电力资源紧张和硅石资源匮乏的情 况下，而且硅铁生产污染大、处于产业链条的底 层而产品附加值低，硅铁生产正逐渐转移到中国 ，目前中国已成为世界硅铁的主要生产地和世界 硅铁的主要供应地。 国内主要产区为西北（甘肃、青海、宁夏 ）、内蒙、西南（四川、贵州），其中宁夏产能 为全国第二，占全国总产能的25%左右，仅次于 内蒙。 硅铁冶炼原料硅铁冶炼原料 冶炼硅铁的主要

15、原料是硅石、碳质还原剂和钢 屑。 在硅铁的冶炼过程中，电力消耗成本占总成 本的近70%，小型电炉生产1t硅铁耗电约 10000kWh，大型电炉生产1t硅铁耗电约 8500kWh。另外，1t硅铁需耗1.81.9t硅石、 11.1t焦炭以及0.320.33t钢屑。 硅石硅石 u硅石中SiO2含量要求大于98%。 u硅石中杂质含量要低。硅石中杂质主要指AI2O3、 MgO、CaO、P2O5、这些杂质都是成渣物质，不利 于硅铁生产的顺行。因此，为确保产品质量和生产顺 行，要求硅石中AI2O3含量必须小于0.5%，MgO和 CaO含量之和小于1%。 u硅石表面不得有泥土等杂志，入炉前尽量经过水洗。 u硅

16、石要有良好的抗爆性能。硅石在升温过程中，因晶 体型转变大及失水，可能出现碎裂，将严重恶化料面 的透气性 。 u硅石入炉时要有一定的粒度。硅石粒度过小，会含有 较多杂质，也会严重影响面料的透气性；硅石粒度过 大，易造成炉料分层，延缓炉料的溶化和还原反应速 度。一般要求12500kv.A矿热炉中入炉硅石粒度为80- 120mm。 兰炭兰炭 兰炭利用陕西榆林神府煤田盛产的优质侏罗精 煤块烧制而成的，作为一种新型的炭素材料，以 其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份 低、铝低、硫低、磷低的特性，已 逐步取代冶 金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅 等产品的生产，成为一种不可替代的炭素材料。 兰炭可代替焦炭（冶金焦）而广泛用于化工、冶 炼、造气等行业。 质量标准：固定碳82%,挥发分4%，灰分6% ，硫0.3%，水分10%,粒度：15-25mm，最大不 超过30mm。 钢屑钢屑 （1）化学成份含铁量不低于97 （2）应是普通碳素钢销，不得混有合金钢屑 ，有色金属屑和生铁屑等