铁与铁合金

• 冶炼铁合金用的矿石原料除硅石各地普遍 存在以外，大都集中在少数地区，如铬矿 90%赋存在南部非洲，锰矿大量储存在南非 和苏联。矿石多数以氧化物或含氧盐的形 式存在 （如铬、锰、钨、镍、钒、钛等）， 有些为硫化物（如钼）。这些矿石品位不 同，大都需要选矿富集。中国钨矿储量居 世界第一位。镍、钼资源在70年代勘明有 较大储量。攀枝花等地的钒钛磁铁矿含有 大量钒、钛资源。锰矿在湖南、广西、贵 州等地有相当储量，但品位较低。
铁元素的来源
• 取自铁矿。把石灰石、 焦炭和铁矿石分层投入 高炉，自底部鼓入高温 气流，使得焦炭炽热发 红，于是铁被从氧化物 中还原出来，熔化成液 态，从炉底流出。主要 使用的铁矿石有：Fe2O3 （赤铁矿），Fe3O4（磁 铁矿）FeCO3（菱铁矿）。
石灰石
焦炭
磁铁矿
赤铁矿
菱铁矿
铁的性质~物理性质
铁合金
• • • • • 铁合金的定义 铁合金的性质 铁合金的炼制 铁合金的基本用途 我国铁合金的发展概况
铁合金的定义
• 铁合金(英文Ferroalloys ）， 铁与一种或几种元素组成 的中间合金，主要用于钢 铁冶炼。在钢铁工业中一 般还把所有炼钢用的中间 合金，不论含铁与否（如 硅钙合金），都称为“铁 合金”。习惯上还把某些 纯金属添加剂及氧化物添 加剂也包括在内。
• 随着国家对行业实施准入制度和逐步落实节能减排 政策，铁合金产品综合能耗、物耗有所降低，但产 品能耗、物耗较高，二次能源综合利用远远落后于 先进国家。 • 铁合金产能较大，产业集中度低。在我国铁合金行 业发展壮大的过程中，有些地区不顾产业政策和工 艺装备水平高低，盲目发展铁合金项目，低水平重 复建设严重，导致铁合金生产企业点多面广，布局 分散，装备技术水平低。 • 当前，我国铁合金总产能达到3400万吨/年左右，企 业总数达2000家以上，平均每家企业产能仅为1.7万 吨左右，产量不足1万吨。据统计，我国产能在10万 吨以上的铁合金企业仅有28家，产能在20万吨以上 企业仅有8家，产能在50万吨以上企业仅有2家，而 产能在1万吨以下的企业多达近1000家，行业产能庞 大，产业集中度低。
存在问题
• 技术进步与创新步伐缓慢。在铁合金工业发展壮大 的过程中，我国投资兴建了一批大型铁合金企业， 但由于企业负担重、资金不足，无力开展技术创新， 发展缓慢；新建的铁合金企业技术力量薄弱，大多 未采用先进技术，导致全行业工艺装备水平较低， 技术进步和创新步伐缓慢。 • 高档品种少，能耗、物耗偏高，劳动生产率低。我 国铁合金品种基本能够满足国内钢铁工业发展的需 要，但纯净产品、氮化产品、炉外精炼产品、复合 脱氧剂、多元合金剂、粒化和粉剂产品、包芯线产 品等科技含量和附加值高的产品产量较少。
白口铸铁
• 白口铸铁。碳、硅含量较 低，碳主要以渗碳体形态 存在，断口呈银白色。凝 固时收缩大，易产生缩孔、 裂纹。硬度高，脆性大， 不能承受冲击载荷。多用 作可锻铸铁的坯件和制作 耐磨损的零部件。
可锻铸铁
• 可锻铸铁。由白口铸 铁退火处理后获得， 石墨呈团絮状分布， 简称韧铁。其组织性 能均匀，耐磨损，有 良好的塑性和韧性。 用于制造形状复杂、 能承受强动载荷的零 件。
钨铁
钼铁
钛铁
镍铁
稀土铁合金
硼铁
磷铁
• ③孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中，改 善铸件的结晶组织。此外，还用作以金属 热还原法生产其他铁合金和有色金属的还 原剂；有色合金的合金添加剂；还少量用 于化学工业和其他工业。
• ④钢铁，所有的钢都是铁合金的一种，这 也使得铁合金是使用最广泛，用量最大的 合金，高中课本中还把某些高碳铁以及所 有含铁的合金全部成为铁合金。
铁的应用 • 它的最大用途是用于炼钢；也 大量用来制造铸铁和煅铁。铁 和其化合物还用作磁铁、染料 （墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料） 和磨料（红铁粉）。还原铁粉 大量用于冶金。
铸铁
铸铁产品
• 含碳量在2%以上的铁碳 合金。工业用铸铁一般 含碳量为2%～4%。碳在 铸铁中多以石墨形态存 在，有时也以渗碳体形 态存在。除碳外，铸铁 中还含有1%～3%的硅， 以及锰、磷、硫等元素。 合金铸铁还含有镍、铬、 钼、铝、铜、硼、钒等 元素。碳、硅是影响铸 铁显微组织和性能的主 要元素
• 总之，从世界钢铁工业的发展看，全球化 特点越来越突出，循环经济发展模式获得 广泛认同，联合重组的形势越来越紧迫。 中国铁合金工业应顺应世界钢铁工业发展 潮流，着力调整和优化产品结构，发展模 式实现从数量向质量的转变，加大做好资 源和环境保护工作的力度，努力实现产业 发展和资源、环境相协调，走可持续健康 发展道路。
铁合金 棒
铁合金的性质
• 铁合金的主体元素一般熔点较高，或者它 的氧化物难于还原，难于炼出纯金属，若 与铁在一起则较易还原冶炼。在钢铁冶炼 中使用铁合金,其中含铁非但无害,而因为易 熔于钢水反较 有利。因此，炼钢生产过程 中的脱氧和添加合金，大多以铁合金的形 式加入。铁合金一般很脆，不能作为金属 材料使用。
• 另一方面研制出在电炉中氧化含硅合金的脱硅 精炼法。由于铝热法生产费用太高，脱硅精炼 法得到了较多的应用。直到如今中碳、低碳、 微碳铬铁，中碳、低碳锰铁，金属锰大多仍用 此法精炼。 • 精炼铬铁的热兑法即把液态的矿石、石灰熔体 与硅铬合金,通过热兑混合加速反应,是脱硅精 炼法的进一步发展。 • 此外也用电解法生产纯净的合金添加剂（如金 属锰），并采用真空脱碳法生产含碳极低的超 微碳铬铁。数年还发展出应用纯氧吹炼法精炼 铬铁、锰铁的方法。
• 炼钢用纯金属添加剂有 铝、钛、镍和金属硅、 金属锰、金属铬等。某 些易还原的氧化物如 MoO、NiO,也用于代替 铁合金。此外，还有氮 化铁合金，如经过氮化 处理的铬铁、锰铁等， 以及混有发热剂的发热 铁合金等。
氮化铬铁
氮化锰铁
铁合金的发展概况
• 品种齐全，基本能够满足我国钢铁工业发 展需要。我国铁合金产品品种较为齐全， 除少数优级特殊品种产品的生产工艺技术 尚不成熟正待研发外，几乎可生产所有脱 氧剂、合金剂、孕育剂、粉剂和各类包芯 线产品，基本能够满足我国钢铁工业生产 需要。
铁与铁合金
铁
• 铁的发现简史 • 铁元素的来源 • 铁的性质 • 铁在工业上的应用
铁的发展简史
• 铁在自然界中分布极为广泛，但人类发现和利用铁却 比黄金和铜要迟首先是天然的单质状态的铁在地球上 非常稀少，而且它容易氧化生锈，加上它的熔点 (1812K）又比铜（1356K）高得多，就使得它比铜难于 熔炼。 • 人类最早发现的铁是从天空落下来的陨石，陨石中含 铁的百分比很高，是铁和镍、钴等金属的混合物，在 融化铁矿石的方法尚未问世，人类不可能大量获得生 铁的时候，铁一直被视为一种带有神秘性的最珍贵的 金属。 • 铁的发现和大规模使用，是人类发展史上的一个光辉 里程碑，它把人类从石器时代、铜器时代带到了铁器 时代，推动了人类文明的发展。至今铁仍然是现代化 学工业的基础，人类进步所必不可少的金属材料。
铁合金的冶炼
• 用坩埚冶炼低品位铁合金是1860年左右开始的。 • 后来发展了用高炉炼锰铁和含硅12%以下的硅铁。 • 1890～1910年间在法国开始用电弧炉生产铁合金。 穆瓦桑(H.Moissan)曾用电弧炉对难还原元素进行系 统试验。 • 1920年以后，为了满足优质钢和不锈钢发展的需要， 开始生产低碳铁合金的新阶段。一方面，在戈尔德 施米特(K.Goldschmidt)1898年提出的铝热法制取金属 的工艺基础上，发展出用铝热法冶炼一些不含碳的 铁合金和纯金属；
锻铁
• 用生铁精炼而成的 含碳量在0.15％以下 的铁，有韧性、延 性，强度较低，容 易锻造和焊接，不 能淬火。用来制造 铆钉、链条、镰刀 等。也叫熟铁
• 埃菲尔铁塔可谓是法国的 象征，至今依然屹立不到。 法国工程师的一项最新研 究显示，一种名为“锻铁” 的材料正是埃菲尔铁塔 “长寿”的秘工程师们在 研究过程中发现，埃菲尔 铁塔并不是由标准的钢材 建造的，而是由一种名为 “锻铁”的材料组成。锻 铁是19世纪的一种特殊的 铁板经过加热和锻造处理 后形成的，它和钢铁在表 现形式上完全不同。而埃 菲尔铁塔之所以如此坚硬 在很大程度上要归功于 “锻铁”。
• • • • • 纯铁具有银白色金属光泽； 有良好的延展性、导电、导热性能； 密度为7.86克/厘米3； 熔点为1535℃，沸点为2750℃； 比热容为460J/（Kg*℃）；
• 纯铁质地软，不过如果是铁与其他金属的合金 或者是掺有杂质的铁，熔点降低，硬度将增大， 具体得看杂质或者合金的性质了。
关于物理性质的图片
球墨铸铁
• 球墨铸铁。将灰口铸铁 铁水经球化处理后获得， 析出的石墨呈球状，简 称球铁。碳全部或大部 分以自由状态的球状石 墨存在，断口成银灰色。 比普通灰口铸铁有较高 强度、较好韧性和塑性。 用于制造内燃机、汽车 零部件及农机具等。
合金铸铁件
• 合金铸铁件Leabharlann 普通铸铁加 入适量合金元素（如硅、 锰、磷、镍、铬、钼、铜、 铝、硼、钒、锡等）获得。 合金元素使铸铁的基体组 织发生变化，从而具有相 应的耐热、耐磨、耐蚀、 耐低温或无磁等特性。用 于制造矿山、化工机械和 仪器、仪表等的零部件。
• 生产量和出口量同步增长。2003年—2007 年我国铁合金产量增长迅速，比粗钢年平 均增长速度大约快10个百分点，国内铁合 金产品供大于求，促使了铁合金产品出口 不断增多。从1981年铁合金产品开始出口 以后，出口量逐年增多，1994年出口量接 近百万吨，1995年～2002年略有起伏，年 平均出口124.74万吨，2003年～2007年出口 一直在递增，年平均出口226.23万吨。
灰口铸铁
• 灰口铸铁。含碳量较高（2.7%～ 4.0%），碳主要以片状石墨形态存 在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点 低（1145～1250℃），凝固时收缩 量小，抗压强度和硬度接近碳素钢， 减震性好。由于片状石墨存在，故 耐磨性好。铸造性能和切削加工较 好。用于制造机床床身、汽缸、箱 体等结构件。其牌号以“HT”后面附 两组数字。例如：HT20-40（第一数 字表示最低抗拉强度，第二组数字 表示最低抗弯强度）。