哪种焦炭适合高碳铬铁的冶炼

【专家解说】：　　铁合金的定义、用途及分类 　　1．1.1．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。 　　1．1．2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。下面概述它们的用途： 　　(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，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、钢、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。 　　(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。钢中合金元剂。常用的合金剂有硅、猛、铬、钼、钢、钨、钛、钴、镍、硼、铌、锆等铁合金。 　　(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条件。为了改变凝固条件，往往在浇铸前加入某些铁合金作为晶核，形成晶粒中心，使形式成的石墨变得细小发散。晶粒细化，从而提高铸件的性能。 　　(4)用作还原剂。硅铁可用作生产钼铁、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铬铁和中低碳猛铁生产的还原剂。 　　(5)其他方面的用途。在有色冶金和化学工业中，铁合金也越来越被广泛地使用。例如，中低碳猛铁用于生产电焊条；硅铝合金用于生产硅铝明中间合金；铬铁用作生产铬化物和镀铬的阳极材料，有些铁合金用作生产耐高温材料。 　　1．1．3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。一般按下方法分类； 　　(1)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，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，包括:高炉高碳猛铁、低硅猛合金、低硅铁等；电炉铁合金，包括高碳猛铁、高碳铬铁、硅铁、猛硅合金、硅铬合金、硅铝合金、硅钙合金、磷铁、中低碳和微碳铬铁、中低碳猛铁、精炼钒铁等；炉外法（金属热法）铁合金，金属铬、钼铁、钛铁、硼铁、钒铁、锆铁、高钒铁等；真空固态还原法铁合金，包括超微碳真空铬铁、氮化铬铁、氮化猛铁等；转炉铁合金，包括转炉中碳铬铁、转炉低碳铬铁、转炉中碳猛铁等；电解法铁合金，电解金属铬、电解金属猛等。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、猛硅铝合金、硅钙铝合金、硅钙钡合金、硅铝钡钙合金等。 　　1.2铁合金生产的主要方法 　　铁合金的生产法很多，其中大部分铁合金产品是采用火法冶金生产的。根据使用的冶炼设备、操作方法和热量来源，主要有以下几种（详见表1-1 所示）。 　　1.2.1.1高炉法 　　高炉法所使用的主体设备为记炉。高炉法是最早采用的铁合金生产方法。高炉法冶炼铁合金和高炉冶炼生铁基本相同。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、焦碳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、铁口定时出渣出铁。随着炉料的熔化、反应和排出，再不断加入新炉料，生产是边连续进行的。 　　用高炉法生产铁合金，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、低锰硅、镍铁及富锰渣等。 　　1.2.1.2 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： 　　(1) 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阴电弧热，进行埋弧还原冶炼操作。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、锰硅合金、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）作还原剂生产含碳量低的铁合金产品的，依靠电弧热和硅氧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。 　　1.2.1.3 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、高钒铁及金属铬等。 　　1.2.1.4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、冷却剂及造渣料等。将液态高碳铁合金对入转炉，高压气氧气经氧枪通入炉内吹炼，依靠氧化反应放出的热量脱碳，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。 　　1.2.1.5 真空电阴炉法 　　生产含碳量极低的微碳铬铁、氮化铬铁、氮化锰铁等产品时采用真空电阴炉法，其主体设备为真空电阴炉。真空炉法的脱碳反应是在真空固态条件下进行的，冶炼时将压制成形的块料装入炉内，依靠电流通过电极时的电阴热加热，同时真空抽气，生产是间歇进行的。 　　1.2.2按热量来源分类, 根据热量来源的不同分为碳热法、电热法、电硅热法、金属热法： 　　（1）碳热法。碳热法的冶炼过程的热源主要是焦炭的燃烧热，使用焦炭作还原剂还原矿石中的氧化物，采用此方法的生产是在高炉中连续进行的。 　　(2)电热法。电热法的冶炼过程的热源主要是电能，使用碳质还原剂还原矿石中的氧化物，采用连续式的操作工艺并在还原电炉中进行。 　　(3 )电硅热法。电硅热法的冶炼过程的热源主要是电能，其余为硅氧化时放出的热量，使用硅（如硅铁、中间产品锰硅合金及硅铬合金）作为还原剂还原矿石中的氧化物。生产是在精炼电炉中进行间歇式作业。 　　(4)金属热法。金属热法的冶炼过程的热源主要是由硅、铝等金属还原剂还原精矿中氧化物时放出的热量，生产采用间歇式在筒式熔炼炉中进行。 　　1.2.3 按操作方法和工艺分类 　　根据生产操作工艺特点不同分为熔剂法、无熔剂法，无渣法、有渣法以及连续式和间歇工等冶炼方法： 　　（1）熔剂法。熔剂法冶炼铁合金是采用碳质材料、硅或其他金属作还原剂，生产时要加造渣材料调节炉渣成分和性质。如采用碱性渣操作，生产高碳锰铁。 　　（2）无熔剂法。无熔剂法生产铁合金一般多用碳质材料作还原剂，生产时不用加造渣材料调节炉渣成分和性质。如使用优质锰矿，采用酸性渣操作，生产高碳锰铁，同时获得低磷富锰渣。 　　（3）无渣法。无渣法冶炼铁合金是采用碳质还原剂、硅石或再制合金为原料，在还原电炉中连续冶炼的，产品如硅铁、工业硅、硅铬合金等。 　　（4）有渣法。有渣法冶炼铁合金是在还原电炉或精炼电炉中，选用合理的渣型制度和碱度生产铁合金，其渣铁比受没品种和相应采用的原料条件等因素影响，一般为0.8~1.5。产品如高碳锰铁、锰硅合金、高碳铬铁等。 　　（5）连续式冶炼法。连续式冶炼法，是根据炉口料面的下降情况，不间断地向炉内加料，而炉内熔池积聚的合金熔渣定期排出。采用埋弧还原冶炼，操作功率几乎是均衡稳定的。 　　（6）间歇式冶炼法。间歇式冶炼法是将炉料集中或分批加入炉内，冶炼过程一般分为熔化和精炼两个时期，在熔化期电极是埋入炉料中的；而精炼期电弧是暴露的，精炼完毕，排出合金和熔渣，再装入新料继续进行下一炉熔炼。由于间歇式冶炼法是一个周期一个周期地进行，因而也称周期冶炼法。鉴于冶炼各个时期的操作工艺特点不同，操作功率也不同。冶炼中、低碳锰铁，中、低、微碳铬铁等采用间歇式冶炼法。