哪種焦炭適合高碳鉻鐵的冶煉

【專家解說】：　　鐵合金的定義、用途及分類 　　1．1.1．鐵合金的定義 　　鐵合金是由一種或兩種以上的金屬或非金屬元素與鐵元素組成的，并作為鋼鐵和鑄造業(yè)的脫氧劑、脫硫劑和合金添加劑等的合金。例如硅鐵是硅與鐵的合金；錳鐵是錳與鐵的合金；硅鈣合金是硅與鈣組成的合金。就生產(chǎn)方法與用途而言，鐵合金還包括含鐵極低的錳、鉻、釩及工業(yè)硅等合金金屬。 　　1．1．2鐵合金的用途 　　鐵合金是鋼鐵工業(yè)和機械鑄造行業(yè)必不可少的重要原料之一，其主要用途：一是作為脫氧劑，消除鋼液中過量的氧；二是作為合金元素添加劑，改善鋼的質(zhì)量與性能。隨著我國鋼鐵工業(yè)持續(xù)、快速地發(fā)展，鋼的品種、質(zhì)量的不斷擴大和提高，對鐵合金產(chǎn)品提出了更高要求，鐵合金工業(yè)日益成為鋼鐵工業(yè)的相關(guān)技術(shù)和配套工程。下面概述它們的用途： 　　(1)用作脫氧劑。煉鋼過程是用吹氧或加入氧化劑的方法使鐵水進行脫碳及去除磷、硫等有害雜質(zhì)的過程。這一過程的進行，雖然使生鐵煉成鋼，但鋼液中的含量增加了。[O]在鋼液中一般以[FeO]的形式存在。如果不將殘留在鋼中多余的氧去除，就不能澆鑄成合格的鋼坯，得不到力學(xué)性能良好的鋼材。為此，需要添加一些與氧結(jié)合力比鐵更強，并且其氧化物易于從鋼液中排除進入爐渣的元素，把鋼液中的[O]去掉，這個過程叫脫氧。用于脫氧的合金叫脫氧劑。 　　鋼水中各種元素對氧的結(jié)合強度，即脫氧能力，從弱到強的順序如下：鉻、錳、碳、硅、鋼、鈦、硼、鋁、鋯、鈣。因而，一般煉鋼脫氧常用的是由硅、錳、鋁、鈣組成的鐵合金。 　　(2)用作合金劑。合金鋼中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能。鋼中合金元劑。常用的合金劑有硅、猛、鉻、鉬、鋼、鎢、鈦、鈷、鎳、硼、鈮、鋯等鐵合金。 　　(3)用作鑄造晶核孕育劑。改善鑄鐵和鑄鋼的性能的措施之一是改變鑄件的凝固條件。為了改變凝固條件，往往在澆鑄前加入某些鐵合金作為晶核，形成晶粒中心，使形式成的石墨變得細小發(fā)散。晶粒細化，從而提高鑄件的性能。 　　(4)用作還原劑。硅鐵可用作生產(chǎn)鉬鐵、釩鐵等其他鐵合金時的還原劑；硅鉻合金、錳硅合金分別用作中低碳鉻鐵和中低碳猛鐵生產(chǎn)的還原劑。 　　(5)其他方面的用途。在有色冶金和化學(xué)工業(yè)中，鐵合金也越來越被廣泛地使用。例如，中低碳猛鐵用于生產(chǎn)電焊條；硅鋁合金用于生產(chǎn)硅鋁明中間合金；鉻鐵用作生產(chǎn)鉻化物和鍍鉻的陽極材料，有些鐵合金用作生產(chǎn)耐高溫材料。 　　1．1．3鐵合金產(chǎn)品的分類 　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個行業(yè)對鋼材的品種、性能的要求越來越高，從而對鐵合金也提出了更高的要求。鐵合金的品種在不斷地擴大。鐵合金的品種繁多，分類方法也多。一般按下方法分類； 　　(1)按鐵合金中主元素分類，主要有硅、錳、鉻、釩、鈦、鎢、鉬等系列鐵合金。 　　(2)按鐵合金中含碳量分類，有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品種。 　　(3) 按生產(chǎn)方法分類，有高爐鐵合金，包括:高爐高碳猛鐵、低硅猛合金、低硅鐵等；電爐鐵合金，包括高碳猛鐵、高碳鉻鐵、硅鐵、猛硅合金、硅鉻合金、硅鋁合金、硅鈣合金、磷鐵、中低碳和微碳鉻鐵、中低碳猛鐵、精煉釩鐵等；爐外法（金屬熱法）鐵合金，金屬鉻、鉬鐵、鈦鐵、硼鐵、釩鐵、鋯鐵、高釩鐵等；真空固態(tài)還原法鐵合金，包括超微碳真空鉻鐵、氮化鉻鐵、氮化猛鐵等；轉(zhuǎn)爐鐵合金，包括轉(zhuǎn)爐中碳鉻鐵、轉(zhuǎn)爐低碳鉻鐵、轉(zhuǎn)爐中碳猛鐵等；電解法鐵合金，電解金屬鉻、電解金屬猛等。此外，還有氧化物壓塊與發(fā)熱鐵合金等特殊鐵合金。 　　(4) 含有兩種或兩種以上合金元素的多元鐵合金，主要品種有硅鋁合金、硅鈣合金、猛硅鋁合金、硅鈣鋁合金、硅鈣鋇合金、硅鋁鋇鈣合金等。 　　1.2鐵合金生產(chǎn)的主要方法 　　鐵合金的生產(chǎn)法很多，其中大部分鐵合金產(chǎn)品是采用火法冶金生產(chǎn)的。根據(jù)使用的冶煉設(shè)備、操作方法和熱量來源，主要有以下幾種（詳見表1-1 所示）。 　　1.2.1.1高爐法 　　高爐法所使用的主體設(shè)備為記爐。高爐法是最早采用的鐵合金生產(chǎn)方法。高爐法冶煉鐵合金和高爐冶煉生鐵基本相同。目前主要是生產(chǎn)高爐高碳錳鐵。高爐錳鐵生產(chǎn)主要原料為錳礦、焦碳和熔劑以及助燃的空氣或富氧。把原料從爐頂裝入爐內(nèi)，高溫空氣或富氧經(jīng)風口鼓入爐內(nèi)，使焦炭燒獲得高溫及還原氣體對礦石進行還原反應(yīng)，熔化了的爐渣、金屬積聚在爐底通過渣口、鐵口定時出渣出鐵。隨著爐料的熔化、反應(yīng)和排出，再不斷加入新爐料，生產(chǎn)是邊連續(xù)進行的。 　　用高爐法生產(chǎn)鐵合金，具有勞動生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點。但鑒于高爐爐缸溫度的局限性，以及高爐冶煉條件下金屬被碳充分飽和，因此高爐法一般只用于生產(chǎn)易還原元素鐵合金和低品位鐵合金，如高碳錳鐵、低硅鐵、低錳硅、鎳鐵及富錳渣等。 　　1.2.1.2 電爐法 電爐法是生產(chǎn)鐵合金的主要方法，其產(chǎn)量約占全部鐵合金產(chǎn)量的4/5，所使用的主體設(shè)備為電爐。電爐主要分為還原電爐（礦熱爐）和精煉爐兩種： 　　(1) 還原電爐（礦熱爐）法。還原電爐法是以碳作還原劑還原礦石生產(chǎn)鐵合金的。爐料加入爐內(nèi)并將電極插埋于爐料中，依靠電弧和電流通過爐料而產(chǎn)生的電陰電弧熱，進行埋弧還原冶煉操作。熔化的金屬和熔渣集聚在爐底并通過出鐵口定時出鐵出渣，生產(chǎn)過程是連續(xù)進行的。用此方法生產(chǎn)的品種主要有硅鐵、硅鈣合金、工業(yè)硅、高碳錳鐵、錳硅合金、高碳鉻鐵、硅鉻合金等。 　　(2) 精煉爐（電弧爐）法。精煉爐法是用硅（硅質(zhì)合金）作還原劑生產(chǎn)含碳量低的鐵合金產(chǎn)品的，依靠電弧熱和硅氧和硅氧反應(yīng)熱進行冶煉。爐料從爐頂或爐門加入爐內(nèi)，整個冶煉過程分為引弧、加料、熔化、精煉和出鐵等五道工序，生產(chǎn)是間歇進行的。主要生產(chǎn)品種有：中、低碳錳鐵，中、低微碳鉻鐵及釩鐵等。 　　1.2.1.3 爐外法（金屬熱法） 　　爐外法是用硅、鋁或鋁鎂合金作還原劑，依靠還原反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)熱來進行冶煉的，所使用的主體設(shè)備為筒式熔爐。使用的原料有精礦、還原劑、熔劑、發(fā)熱劑以及鋼屑、鐵礦石等。生產(chǎn)的主要品種有鉬鐵、鈦鐵、硼鐵、鈮鐵、高釩鐵及金屬鉻等。 　　1.2.1.4氧氣轉(zhuǎn)爐法 　　氧氣轉(zhuǎn)爐法使用的主體設(shè)備為轉(zhuǎn)爐，按其供氧方式，有頂、底、側(cè)吹和頂?shù)讖?fù)合吹煉法。使用的原料是液態(tài)高碳鐵合金、純氧、冷卻劑及造渣料等。將液態(tài)高碳鐵合金對入轉(zhuǎn)爐，高壓氣氧氣經(jīng)氧槍通入爐內(nèi)吹煉，依靠氧化反應(yīng)放出的熱量脫碳，生產(chǎn)是間歇進行的。生產(chǎn)的主要品種有中低碳鉻鐵、中低碳錳鐵等。 　　1.2.1.5 真空電陰爐法 　　生產(chǎn)含碳量極低的微碳鉻鐵、氮化鉻鐵、氮化錳鐵等產(chǎn)品時采用真空電陰爐法，其主體設(shè)備為真空電陰爐。真空爐法的脫碳反應(yīng)是在真空固態(tài)條件下進行的，冶煉時將壓制成形的塊料裝入爐內(nèi)，依靠電流通過電極時的電陰熱加熱，同時真空抽氣，生產(chǎn)是間歇進行的。 　　1.2.2按熱量來源分類, 根據(jù)熱量來源的不同分為碳熱法、電熱法、電硅熱法、金屬熱法： 　?。?）碳熱法。碳熱法的冶煉過程的熱源主要是焦炭的燃燒熱，使用焦炭作還原劑還原礦石中的氧化物，采用此方法的生產(chǎn)是在高爐中連續(xù)進行的。 　　(2)電熱法。電熱法的冶煉過程的熱源主要是電能，使用碳質(zhì)還原劑還原礦石中的氧化物，采用連續(xù)式的操作工藝并在還原電爐中進行。 　　(3 )電硅熱法。電硅熱法的冶煉過程的熱源主要是電能，其余為硅氧化時放出的熱量，使用硅（如硅鐵、中間產(chǎn)品錳硅合金及硅鉻合金）作為還原劑還原礦石中的氧化物。生產(chǎn)是在精煉電爐中進行間歇式作業(yè)。 　　(4)金屬熱法。金屬熱法的冶煉過程的熱源主要是由硅、鋁等金屬還原劑還原精礦中氧化物時放出的熱量，生產(chǎn)采用間歇式在筒式熔煉爐中進行。 　　1.2.3 按操作方法和工藝分類 　　根據(jù)生產(chǎn)操作工藝特點不同分為熔劑法、無熔劑法，無渣法、有渣法以及連續(xù)式和間歇工等冶煉方法： 　　（1）熔劑法。熔劑法冶煉鐵合金是采用碳質(zhì)材料、硅或其他金屬作還原劑，生產(chǎn)時要加造渣材料調(diào)節(jié)爐渣成分和性質(zhì)。如采用堿性渣操作，生產(chǎn)高碳錳鐵。 　?。?）無熔劑法。無熔劑法生產(chǎn)鐵合金一般多用碳質(zhì)材料作還原劑，生產(chǎn)時不用加造渣材料調(diào)節(jié)爐渣成分和性質(zhì)。如使用優(yōu)質(zhì)錳礦，采用酸性渣操作，生產(chǎn)高碳錳鐵，同時獲得低磷富錳渣。 　?。?）無渣法。無渣法冶煉鐵合金是采用碳質(zhì)還原劑、硅石或再制合金為原料，在還原電爐中連續(xù)冶煉的，產(chǎn)品如硅鐵、工業(yè)硅、硅鉻合金等。 　?。?）有渣法。有渣法冶煉鐵合金是在還原電爐或精煉電爐中，選用合理的渣型制度和堿度生產(chǎn)鐵合金，其渣鐵比受沒品種和相應(yīng)采用的原料條件等因素影響，一般為0.8~1.5。產(chǎn)品如高碳錳鐵、錳硅合金、高碳鉻鐵等。 　?。?）連續(xù)式冶煉法。連續(xù)式冶煉法，是根據(jù)爐口料面的下降情況，不間斷地向爐內(nèi)加料，而爐內(nèi)熔池積聚的合金熔渣定期排出。采用埋弧還原冶煉，操作功率幾乎是均衡穩(wěn)定的。 　　（6）間歇式冶煉法。間歇式冶煉法是將爐料集中或分批加入爐內(nèi)，冶煉過程一般分為熔化和精煉兩個時期，在熔化期電極是埋入爐料中的；而精煉期電弧是暴露的，精煉完畢，排出合金和熔渣，再裝入新料繼續(xù)進行下一爐熔煉。由于間歇式冶煉法是一個周期一個周期地進行，因而也稱周期冶煉法。鑒于冶煉各個時期的操作工藝特點不同，操作功率也不同。冶煉中、低碳錳鐵，中、低、微碳鉻鐵等采用間歇式冶煉法。