钢铁冶金概论
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Si系铁合金 系铁合金:Fe-Si,Ca-Si,工业 工业Si 系铁合金 工业 普通铁合金 Mn系铁合金 高、中、低CFe-Mn,Mn-Si,金属 系铁合金:高 金属Mn 系铁合金 金属 Cr系铁合金 高、中、低CFe-Cr,Cr-Si,金属 系铁合金:高 金属Cr 系铁合金 金属 其它铁合金:Fe-P,Fe-W,Fe-Ni,Fe-Ti,Fe-Mo,Fe-V,Fe-Nb,Fe-B等 等 其它铁合金 Fe-Zr N-化铁合金 化铁合金:Mn系,Cr系 化铁合金 系 系 特种铁合 金 发热铁合金:高 发热铁合金 高、低CFe-Cr,Fe-Nb 氧化物压块:MoO3、WO3 氧化物压块 钙系复合脱氧剂： 、 、 、 复合合金 钙系复合脱氧剂：Ca、Si、Mn、Al复合合金
钢铁冶金概论 ----铁合金生产
主讲:冶金工程系
陈韧
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
铁合金生产
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。
铁合金生产 6
2、电炉法-分为矿热炉和电弧炉（精炼炉）两种
铁合金生产
7
3.炉外法
铁合金生产
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。
铁合金生产
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4.真空电阻炉法
功 能： 主要用于生产含氮合金、含碳极低的微 碳Fe-Cr（[C]0.01~0.05%）； 工 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。
1.硅系铁合金 2.锰系铁合金 3.铬系铁合金
铁合金生产 12
1.硅系铁合金
1）主要品种 硅铁、工业硅、含硅脱氧剂； 2）硅铁冶炼的主要原材料 硅石（SiO2 ＞97%）、含铁原料（碳 素钢屑）、碳质还原剂； 主要反应： 3）主要反应： SiO2+2C+Fe=Fe-Si+CO
铁合金生产 13
2.锰系铁合金
铁合金生产 10
5.氧气转炉法
原 料： 液态碳素合金、纯氧、冷却剂及造渣 材料； 工 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。
铁合金生产 11
三、硅系、锰系及铬系合金的生产
铁合金生产 15
四、其它铁合金生产简介(Fe-W)
Fe1. Fe-W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
铁合金生产
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2.钨 2.钨 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.WO3
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+3C——W+3CO FeO+C——Fe+CO
铁合金生产 24
贫化期
目的：用焦碳和75FeSi彻底还原渣中（WO3） 〈0.5% 主要反应： WO3+3C——W+3CO 2WO3+3Si——W+3SiO2 （主要在渣面进行）
铁合金生产
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②炉外法工艺
铁合金生产
21
③取铁法工艺过程
精炼期
铁合金生产
取铁期
贫化期
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来自百度文库
精炼期
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+3Mn——W+3MnO WO3+3Si——2W+3SiO2 WO3+3C——2W+3CO
铁合金生产 23
1）主要品种 高、中、低碳Fe-Mn、Mn-Si合金及金属Mn； 2）碳素锰铁冶炼的主要原材料 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） 主要反应： 3）主要反应： MnO2→Mn2O3+O2 Mn2O3 →Mn3O4+O2 Mn3O4 →MnO+O2 MnO+C →Mn+CO FeO+C →Fe+CO MnO.SiO2+CaO →CaO.SiO2+MnO（R≈1.2~1.4）
铁合金生产 25
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 铁合金生产
3.铁合金的分类
铁合金生产 14
3.铬系铁合金
1）主要品种 碳素、中低碳、微碳Fe-Cr、Cr-Si合金、金属Cr； 2）碳素铬铁冶炼的主要原材料 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) 主要反应： 3）主要反应： Cr2O3+C→Cr+CO Cr2O3+C→Cr3C2+CO Cr2O3+C→Cr7C3+CO Cr2O3+C→Cr23C6+CO
铁合金生产 18
4.钨铁冶炼 4.钨铁冶炼
钨铁的生产方法的决定因素：含 [W]70~80% 的 Fe-W 熔 化 温 度 为 2973~3273K，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！
①.积块法
②.炉外法
铁合金生产
③.取铁法
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①积块法
备： 小型单相炉或三相电炉（300~2500KVA） 原 料： 钨精矿+还原剂（沥青焦、FeSi）+造渣剂 （CaF2、Mg砂） 工 艺： 设
铁合金生产
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3.冶炼原理
用碳作还原剂化学反应： 2/3WO3+2C——2/3W+2CO T始=963K WO3+7/3C——1/3W2C+2CO T始=959K 用硅、铝作还原剂化学反应： 2/3WO3+Si——2/3W+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+4/3Al——2/3Al2O3+2/3W
铁合金生产 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
铁合金生产 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 点： 连续式生产；生产效率高；成本低 缺 点： 炉内温度低难还原元素不能被还原，生 产品种有限
钢铁冶金概论 ----铁合金生产
主讲:冶金工程系
陈韧
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
铁合金生产
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。
铁合金生产 6
2、电炉法-分为矿热炉和电弧炉（精炼炉）两种
铁合金生产
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3.炉外法
铁合金生产
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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。
铁合金生产
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4.真空电阻炉法
功 能： 主要用于生产含氮合金、含碳极低的微 碳Fe-Cr（[C]0.01~0.05%）； 工 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。
1.硅系铁合金 2.锰系铁合金 3.铬系铁合金
铁合金生产 12
1.硅系铁合金
1）主要品种 硅铁、工业硅、含硅脱氧剂； 2）硅铁冶炼的主要原材料 硅石（SiO2 ＞97%）、含铁原料（碳 素钢屑）、碳质还原剂； 主要反应： 3）主要反应： SiO2+2C+Fe=Fe-Si+CO
铁合金生产 13
2.锰系铁合金
铁合金生产 10
5.氧气转炉法
原 料： 液态碳素合金、纯氧、冷却剂及造渣 材料； 工 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。
铁合金生产 11
三、硅系、锰系及铬系合金的生产
铁合金生产 15
四、其它铁合金生产简介(Fe-W)
Fe1. Fe-W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
铁合金生产
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2.钨 2.钨 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.WO3
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+3C——W+3CO FeO+C——Fe+CO
铁合金生产 24
贫化期
目的：用焦碳和75FeSi彻底还原渣中（WO3） 〈0.5% 主要反应： WO3+3C——W+3CO 2WO3+3Si——W+3SiO2 （主要在渣面进行）
铁合金生产
20
②炉外法工艺
铁合金生产
21
③取铁法工艺过程
精炼期
铁合金生产
取铁期
贫化期
22
来自百度文库
精炼期
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+3Mn——W+3MnO WO3+3Si——2W+3SiO2 WO3+3C——2W+3CO
铁合金生产 23
1）主要品种 高、中、低碳Fe-Mn、Mn-Si合金及金属Mn； 2）碳素锰铁冶炼的主要原材料 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） 主要反应： 3）主要反应： MnO2→Mn2O3+O2 Mn2O3 →Mn3O4+O2 Mn3O4 →MnO+O2 MnO+C →Mn+CO FeO+C →Fe+CO MnO.SiO2+CaO →CaO.SiO2+MnO（R≈1.2~1.4）
铁合金生产 25
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 铁合金生产
3.铁合金的分类
铁合金生产 14
3.铬系铁合金
1）主要品种 碳素、中低碳、微碳Fe-Cr、Cr-Si合金、金属Cr； 2）碳素铬铁冶炼的主要原材料 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) 主要反应： 3）主要反应： Cr2O3+C→Cr+CO Cr2O3+C→Cr3C2+CO Cr2O3+C→Cr7C3+CO Cr2O3+C→Cr23C6+CO
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4.钨铁冶炼 4.钨铁冶炼
钨铁的生产方法的决定因素：含 [W]70~80% 的 Fe-W 熔 化 温 度 为 2973~3273K，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！
①.积块法
②.炉外法
铁合金生产
③.取铁法
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①积块法
备： 小型单相炉或三相电炉（300~2500KVA） 原 料： 钨精矿+还原剂（沥青焦、FeSi）+造渣剂 （CaF2、Mg砂） 工 艺： 设
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3.冶炼原理
用碳作还原剂化学反应： 2/3WO3+2C——2/3W+2CO T始=963K WO3+7/3C——1/3W2C+2CO T始=959K 用硅、铝作还原剂化学反应： 2/3WO3+Si——2/3W+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+4/3Al——2/3Al2O3+2/3W
铁合金生产 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
铁合金生产 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 点： 连续式生产；生产效率高；成本低 缺 点： 炉内温度低难还原元素不能被还原，生 产品种有限