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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TiO2形式存在于原辅料中，见表一。表一、 冶炼高
2、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 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
3、并进入合金，其反应如下： SiO2+2C=Si+2CO (1) TiO2+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
4、的还原度随着温度的升高而增加，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
5、低熔点熔渣，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
6、度条件下，TiO2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 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+
7、 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- )+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
8、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/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 Ti 前 62.
9、51 0.10 8.0 0.073 0.032 后 62.12 0.05 5.960.080 0.025 前 63.04 0.70 7.480.082 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 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
10、时，含钛未出现明显的下降趋势。在高氧位条件下，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 () FeO CaO Al2O
11、3 SiO2 MgO MnO 单价 备注 48 33 6 - 少许 少许 1400 供方 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%)/ (O/FeO*FeO%+3*O/Cr2O3*Cr2O3%) 石灰=铬矿*0.5 该工艺可使合金中的含钛量下降至0.01以下，合金含碳约在5-6之间，铬的回收率大于90。四、结论利用现有的生产条件，通过对低钛高碳铬铁电炉冶炼的原理、纯氧顶吹工艺和炉外精炼方式可行性的分析，采用不同冶炼方式探讨如何抑制高碳铬铁中钛的含量，虽然尚属工艺试验阶段，但从铁合金新品开发角度分析，打破了原有工艺的框架，对进一步掌握铬铁中钛的行为十分有利。_
