鐵合金生產(chǎn)過程

    鐵合金生產(chǎn)過程就是爐料、還原劑、渣料、成分調(diào)節(jié)劑在高溫下經(jīng)過物理化學(xué)變化生成合金、爐渣、爐氣的過程。要保證其變化按需要的方向進(jìn)行，必須要有一定的冶煉設(shè)備、正確的操作和

鐵合金概述

提供必要的熱量。鐵合金的品種多，原料復(fù)雜，所提取的合金元素物理化學(xué)性質(zhì)差別大，因此采用的生產(chǎn)方法也各異。

鐵合金的生產(chǎn)方法

  按使用的設(shè)備分類

  按使用的設(shè)備不同可分為高爐法、礦熱爐法、電弧爐法、爐外法、真空電阻爐法和氧氣轉(zhuǎn)爐法等。

  (1)高爐法。高爐法是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)鐵合金最早采用的方法。用高爐法冶煉鐵合金產(chǎn)量高、成本低。用焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行冶煉。焦炭不但是燃料同時(shí)也是還原劑。

    錳鐵高爐爐體結(jié)構(gòu)如圖1—1所示。冶煉時(shí)把錳礦、焦炭和熔劑從爐頂分別裝入爐內(nèi)，高溫空氣或富氧經(jīng)風(fēng)口鼓入，使焦炭燃燒獲得高溫進(jìn)行還原反應(yīng)，熔化的金屬和爐渣集中在爐缸中，通過渣日、鐵口定時(shí)放渣、出鐵，隨著爐料熔化下沉從爐頂不斷地加入新料，生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。

    由于爐缸溫度低，合金滲碳較多，高爐法主要用于生產(chǎn)高碳錳鐵。近年來采用富氧高溫等工藝，在高爐內(nèi)冶煉低牌號硅錳合金獲得成功，在電力不足的地區(qū)可采用此工藝方法。

    (2)礦熱爐法。用炭作還原劑生產(chǎn)鐵合金所用電爐常用礦石還原爐(簡稱礦熱爐)。礦熱爐法是鐵合金生產(chǎn)的主要方法。鐵合金產(chǎn)量中約72％是用此法生產(chǎn)的。冶煉過程中熱量的來源為電能，用炭作還原劑。圖1—2為礦熱爐剖面圖。

    冶煉時(shí)從爐口加入混合好的原料．三根電極埋在爐料中，依靠電弧和電流通過爐料而產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行加熱，通過出鐵口定時(shí)出鐵放渣。隨著爐料下沉從爐口不斷加入新料，生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。

    根據(jù)冶煉的品種不同，使用的爐料也不相同。例如。冶煉硅鐵所用的原料主要有硅石、焦炭和鋼屑；冶煉高碳錳鐵等有渣法冶煉，所用的原料除礦石和還原劑焦炭外，還需要添加熔劑caO等。冶煉的品種有硅鐵、硅鈣合金、工業(yè)硅、高碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅錳合金等。

    (3)電弧爐法。用硅(主要是硅質(zhì)合金)作還原劑生產(chǎn)鐵合金通常采用電弧爐，熱量來源為電能和化學(xué)反應(yīng)熱。

    圖卜3為可傾式精煉爐簡圖。爐料從爐頂或爐門裝入爐內(nèi)．整個(gè)冶煉過程可分為引弧、加料、熔化、精煉和出鐵五個(gè)階段。依靠電弧放熱和硅氧化的反應(yīng)熱完成冶煉過程。冶煉完成后把合金和爐渣一起倒入包中，生產(chǎn)是間斷進(jìn)行的。

    電弧爐生產(chǎn)所用的主要原料有礦石(包括精礦或較純的氧化物)、硅質(zhì)還原劑和熔劑等。目前生產(chǎn)的主要品種有稀土硅鐵合金、中低碳錳鐵、中低碳鉻鐵、釩鐵和鈮鐵等。

    (4)爐外法。爐外法一般生產(chǎn)高熔點(diǎn)、難還原、含碳極低的合金或純金屬。所用冶煉設(shè)備為筒式爐，熱量來源為化學(xué)反應(yīng)熱，生產(chǎn)是間歇式的。圖1—4為爐外法簡式爐簡圖。

    冶煉所用的原料有精礦或純氧化物、還原劑(硅鐵、鋁)、熔劑(石灰、螢石)、鋼屑、鐵礦石和發(fā)熱劑等。冶煉前先將爐料破碎、干燥，按一定比例和順序配料混勻后裝入爐內(nèi)。用引火劑(由硝石、鎂屑、鋁粒組成)引火，依靠反應(yīng)熱獲得高溫完成還原過程。因此必須達(dá)到一定的發(fā)熱量，以

保證還原過程要求的高溫。

    爐外法生產(chǎn)的品種主要有鉬鐵、鈦鐵、金屬鉻、硼鐵、鈮鐵、高釩鐵等。

    (5)真空電阻爐法。冶煉是在真空電阻爐中進(jìn)行的，熱量來源主要是電阻熱，生產(chǎn)是間歇式的。真空電阻爐橫剖面圖如圖1—5所示。

    冶煉時(shí)將高碳鉻鐵粉的混合物壓制成塊料型裝入爐內(nèi)，依靠電流通過電極時(shí)的電阻熱加熱爐料，同時(shí)抽氣，脫碳反應(yīng)是在1300C左右真空固態(tài)下進(jìn)行的，冶煉時(shí)爐內(nèi)壓力一般為70O～900 Pa。冶煉完畢后，合金由橫臥式的圓筒電阻爐端部爐門取出。

    真空電阻爐生產(chǎn)的品種主要是含碳極低的微碳鉻鐵(C含量小于O．03％)，還可以生產(chǎn)含氮鐵合金等。

    (6)氧氣轉(zhuǎn)爐法。這是新發(fā)展的一種鐵合金生產(chǎn)方法，生產(chǎn)率很高。氧氣轉(zhuǎn)爐按供氧方式有側(cè)吹、頂吹和頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐，生產(chǎn)是間歇式的。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐是內(nèi)砌耐火材料的圓筒形可傾動式爐子，其結(jié)構(gòu)如圖卜6所示。轉(zhuǎn)爐所用的原料是液態(tài)高碳鉻鐵或高碳錳鐵和少量熔劑。冶煉時(shí)將液態(tài)高碳合金兌入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，高純氧氣經(jīng)氧槍吹入爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，依靠硅碳氧化反應(yīng)放出的熱量進(jìn)行脫碳，根據(jù)爐冒出的火焰變化情況等判斷吹煉終點(diǎn)，冶煉完成后，將合金和爐渣一起倒入包中．冶煉是間歇式的。

    生產(chǎn)的品種有：中低碳鉻鐵、中低碳錳鐵等。

    按工藝特點(diǎn)分類

    按生產(chǎn)過程操作工藝特點(diǎn)不同可分為無熔劑法和熔劑法。

    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(shí)不加造渣材料調(diào)整爐渣成分和性質(zhì)，例如硅鐵、硅鈣合金、工業(yè)硅等用無渣法冶煉。熔劑法生產(chǎn)鐵合金所用的還原劑既可是碳質(zhì)材料也可以是硅或其他金屬，生產(chǎn)時(shí)要加熔劑造渣調(diào)節(jié)爐渣成分和性質(zhì)，由于生產(chǎn)品種不同，常用的熔劑有石灰、白云石、螢石等。鉻鐵、錳鐵等常用此法冶煉。有時(shí)也可根據(jù)生產(chǎn)中所產(chǎn)生爐渣數(shù)量的多少又分為有渣法和微渣法。

    按熱量來源分類

    按熱量來源不同可分為碳熱法、電熱法、電硅熱法和金屬熱法。

    碳熱法其冶煉過程的熱量來源主要是焦炭的燃燒熱，一部分焦炭也作為還原劑還原礦石中氧化物，生產(chǎn)是在高爐中進(jìn)行的。

    電熱法其冶煉過程的熱量來源主要是電能，使用碳質(zhì)材料作還原劑還原礦石中的氧化物，生產(chǎn)時(shí)主要采用連續(xù)式在礦熱爐中進(jìn)行，如硅鐵、錳鐵等。

    電硅熱法是用硅或所需要提取的合金元素的硅化物作還原劑還原礦石中的氧化物，其熱量來源一部分是硅氧化時(shí)放出的化學(xué)熱，而不足的大部分熱由電能供給。采用此法生產(chǎn)鐵合金是在電弧爐中進(jìn)行的，采用間歇式操作，如中低碳錳、稀土合金等。

    金屬熱法經(jīng)常選用強(qiáng)還原劑鋁粒和75％硅鐵粉作還原劑，也有時(shí)用硅、鋁混合物。用硅為主要還原劑的稱為硅熱法，以鋁為主要還原劑的稱為鋁熱法。