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钢铁冶金概论 -铁合金生产主讲:冶金工程系 陈 韧1.主要内容一、概 述二、铁合金的生产方法三、硅系、锰系及铬系合金的生产四、其它铁合金生产简介2.一、概 述1.铁合金的定义 由一种或一种以上的金属和非金属元素与铁组成的合金，称为铁合金；铁合金还包括有其它非铁质元素组成的合金。2.用途 脱氧剂：炼钢过程为脱C而吹入大量的氧，部分残留在钢中，影响钢材质量，需加入与氧亲和力强的合金，形成氧化产物进入炉渣去除，用于脱氧的合金称为脱氧剂；常用如Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si、Al等；合金剂：炼钢过程用于调整钢的化学成分使钢合金化的元素或合金称合金剂。3.3.铁合金的分类普通普通铁铁合金合金特种特种铁铁合金合金Si系系铁铁合金合金:Fe-Si,Ca-Si,工工业业SiMn系系铁铁合金合金:高、中、低高、中、低CFe-Mn,Mn-Si,金属金属MnCr系系铁铁合金合金:高、中、低高、中、低CFe-Cr,Cr-Si,金属金属Cr其它其它铁铁合金合金:Fe-P,Fe-W,Fe-Ni,Fe-Ti,Fe-Mo,Fe-V,Fe-Nb,Fe-B等等Fe-ZrN-化化铁铁合金合金:Mn系系,Cr系系发热铁发热铁合金合金:高、低高、低CFe-Cr,Fe-Nb氧化物氧化物压块压块:MoO3、WO3钙钙系复合脱氧系复合脱氧剂剂：Ca、Si、Mn、Al复合合金复合合金4.二、铁合金的生产方法1、高炉法2、电炉法3、炉外法4、真空电阻炉法5、氧气转炉法5.1、高炉法 主要用于生产易还原元素铁合金和低品位铁合金。目前主要用于生产Fe-Mn，生产过程与高炉法生铁冶炼基本相同；优优 点：点：连续式生产；生产效率高；成本低缺缺 点：点：炉内温度低难还原元素不能被还原，生产品种有限6.2、电炉法-分为矿热炉和电弧炉（精炼炉）两种7.3.炉外法8.用硅、铝、或铝镁合金作还原剂，依靠反应产生的化学热进行冶炼，在筒式炉中进行；主要用于生产Fe-Mo、Fe-Ti、Fe-B、Fe-W等。9.4.真空电阻炉法功功 能：能：主要用于生产含氮合金、含碳极低的微碳Fe-Cr（C0.010.05%）；工工 艺艺：将压制成型块料装入电阻炉内，依靠电流通过电极时的电阻热加热，同时抽气。脱碳反应是在固态下进行，生产为间歇式。10.5.氧气转炉法原原 料：料：液态碳素合金、纯氧、冷却剂及造渣材料；工工 艺艺：将液态碳素合金兑入转炉，高压氧气经氧枪入炉进行吹炼，依靠氧化反应放出的热量脱碳，通过耗氧量判断终点。按操作工艺特点分为连续式和间歇式，无熔剂法和有熔剂法。11.三、硅系、锰系及铬系合金的生产1.硅系铁合金2.锰系铁合金3.铬系铁合金12.1.硅系铁合金1 1）主要品种）主要品种 硅铁、工业硅、含硅脱氧剂；2 2）硅）硅铁铁冶冶炼炼的主要原材料的主要原材料 硅石（SiO297%）、含铁原料（碳素钢屑）、碳质还原剂；3 3）主要反）主要反应应：SiO2+2C+Fe=Fe-Si+CO13.2.锰系铁合金1 1）主要品种）主要品种高、中、低碳Fe-Mn、Mn-Si合金及金属Mn；2 2）碳素）碳素锰铁锰铁冶冶炼炼的主要原材料的主要原材料 电炉熔剂法生产碳素Fe-Mn的原料为锰矿（MnO2）、还原剂（焦炭）、熔剂（石灰）3 3）主要反主要反应应：MnO2Mn2O3+O2Mn2O3 Mn3O4+O2Mn3O4 MnO+O2MnO+C Mn+COFeO+C Fe+COMnO.SiO2+CaO CaO.SiO2+MnO（R1.21.4）14.3.铬系铁合金1 1）主要品种）主要品种碳素、中低碳、微碳Fe-Cr、Cr-Si合金、金属Cr；2 2）碳素）碳素铬铁铬铁冶冶炼炼的主要原材料的主要原材料 铬矿（Fe,Mg)O(Cr,Al,Fe)2O3、还原剂（焦炭）、硅石(SiO2)(用于调整炉渣粘度)3 3）主要反主要反应应：Cr2O3+CCr+COCr2O3+CCr3C2+COCr2O3+CCr7C3+COCr2O3+CCr23C6+CO15.四、其它铁合金生产简介(Fe-W)1.Fe-W1.Fe-W的用途的用途 细化晶粒(钢锭不容易产生裂纹)；与C形成W-C,增加红硬性冲击强度、耐磨性；耐酸、热合金；电接触点合金16.2.2.钨钨 矿矿 除稀有的钨辉矿WS2外其余均以钨酸盐形式存在；主 要：黑钨矿（FeO.MnO）WO3 白钨矿 CaO.WO317.3.冶炼原理用碳作还原剂化学反应：2/3WO3+2C2/3W+2CO T始=963KWO3+7/3C1/3W2C+2CO T始=959K用硅、铝作还原剂化学反应：2/3WO3+Si2/3W+SiO2 由于单位炉料发热量低所以必须加入Al以增大炉料发热值！2/3WO3+4/3Al2/3Al2O3+2/3W18.4.4.钨铁钨铁冶冶炼炼 钨 铁 的 生 产 方 法 的 决 定 因 素：含W7080%的Fe-W熔化温度为29733273K，所以在电炉条件下合金在炉内为半熔融态，不可能从炉内流出！.积块法.炉外法.取铁法19.积块法设设 备备：小型单相炉或三相电炉（3002500KVA）原原 料：料：钨精矿+还原剂（沥青焦、FeSi）+造渣剂（CaF2、Mg砂）工工 艺艺：20.炉外法工艺21.取铁法工艺过程精炼期取铁期贫化期22.精精炼炼期期目 的：增加合金含W量，降低合金Mn、Si、C（依靠氧化去除）主要反应：WO3+3MnW+3MnOWO3+3Si2W+3SiO2WO3+3C2W+3CO23.取铁期 取铁期是精炼期的继续，加入少量精矿保持（WO3），防止炉渣过热，因此可以限制渣中杂质的还原。主要反应：WO3+3CW+3COFeO+CFe+CO24.贫贫化期化期目的：用焦碳和75FeSi彻底还原渣中（WO3）0.5%主要反应：WO3+3CW+3CO2WO3+3SiW+3SiO2（主要在渣面进行）25.