铁合金 中低微碳铬铁合金比较

铁合金

——中、低、微碳铬铁比较

中、低、微碳铬铁比较

摘要：比较了中、低、微碳铬铁的不同牌号，冶炼方法及原理，简单阐述了铬铁冶炼的工艺流程及中、低、微碳铬铁在不同领域的用途，讨论了不同冶炼方法的优缺点。归纳了目前世界上较为先进的冶炼铬铁合金技术。

关键字：中低微碳铬铁冶炼方法牌号新工艺

铬是最重要的合金元素之一。我国铬矿资源较贫乏，所用铬矿主要依靠进口。向钢中加铬合金元素，一般都使用不同牌号的铬铁合金。按其含碳量可分为高碳铬铁、中碳铬铁、低碳铬铁和微碳铬铁。

一、铬系合金牌号比较：

中碳铬铁：FeCr69C1.0~2.0~4.0、FeCr55C100~200~400

低碳铬铁：FeCr69C0.25~0.50、FeCr55C25~50

微碳铬铁：FeCr69C0.03~0.06~0.10~0.15、FeCr55C3~6~10~15

二、冶炼方法

中低碳铬铁的冶炼方法主要有两种：高碳铬铁精炼法和电硅热法。中低碳铬铁多用于中低碳合金结构钢，铬钢，合金结构钢，制造齿轮、高压鼓风机叶片等。

高碳铬铁精炼法又分为用铬矿精炼高碳铬铁和用氧气精炼高碳铬铁。用铬矿精炼高碳铬铁时，精练炉渣具有较大的粘度和较高的熔点，冶炼过程温度必须是较高的，因此，电耗高，炉衬寿命短，含碳量也不易降下来，用氧气吹炼高碳铬铁具有较大的优越性。如生产率高，成本低，回收率高等。吹氧精炼是节能工艺，与电硅热法相比，每吨中铬可节电1600～2200kWh/t，生产率高。但到目前为止，它还不能取代电硅热法生产微碳铬铁一级品。

微碳铬铁的冶炼方法有电硅热法、热兑法、真空法等。微碳铬铁主要作用为提高钢抗氧化性和耐腐蚀性，如不锈钢，用于石油、化工、汽车制造、建筑工业等。

日前传统的生产方法还是电硅热法。电硅热法就是在电炉内造碱性炉渣的条件下，用硅铬合金中的硅还原铬矿中铬和铁的氧化物，从而制得中低碳铬铁。电

硅热法冶炼中低碳铬铁，对设备和原料的要求及熔炼操作工艺基本上与电硅热法冶炼微碳铬铁相同，只是中低碳铬铁含碳量较微碳铬铁高，因而可以使用固定式电炉和自焙电极，作为还原剂使用的硅铬合金的含碳量也可以相应地高一些。此外，熔炼操作也不像微碳铬铁要求那样细致

1.吹氧法：

吹氧法是将氧气直接吹入液态高碳铬铁中使其脱碳而制得中低碳铬铁。

高碳铬铁中的主要元素有铬、铁、硅、碳，它们都能被氧化。氧气吹炼高碳铬铁的主要任务是脱碳保铬。当氧气吹入液态高碳铬铁后，由于铬和铁的含量占合金总量的90%以上，所以首先氧化的是铬和铁，其反应是：

然后，这些氧化物将合金中的硅氧化掉。由于铬、铁、硅的被氧化，熔池温度迅速提高，脱碳反应迅速发展，其反应为：

而且，温度越高，越有利于脱碳反应，并能抑制铬的氧化反应，合金中的碳可以降得越低。

吹氧法化学反应方程式：

Si→SiO2

Cr→Cr2O3

Fe→FeO

Cr7C3+O2 →Cr2O3

C+O2 →CO

Cr7C3+O2→Cr+CO

Cr2O3+Cr7C3→Cr+CO

FeO+Cr7C3 →Cr+Fe+CO

吹炼操作包括装入制度、温度制度、供氧制度、造渣制度、终点控制等。

吹氧法冶炼中低碳铬铁

2.电硅热法冶炼中低碳铬铁：

电硅热法就是在电炉内造碱性炉渣的条件下，用硅铬合金的硅还原铬矿中铬的铁的氧化物而制得。炉内的反应是：

这两个反应的基础是硅能与氧化合生成比铬和铁的氧化物更为稳定的化合物SiO2。

用硅还原铬和铁的氧化物的过程和用碳还原氧化物的过程有区别。用碳还原时生成的一氧化碳可以从反应中逸出，因而用碳还原氧化物的反应常常是很完全的，并能保证被还原的元素有较高的回收率。用硅还原铬和铁的氧化物时，反应生成的SiO2，聚集于炉渣中，使进一步还原发生困难。为提高铬的回收率，需向炉渣中加熔剂石灰。石灰中的CaO能与SiO2化合并生成稳定的硅酸盐。

电硅热法化学反应方程式：

Cr2O3+Si →Cr+ SiO2

FeO+Si →Fe+ SiO2

Cr2O3+FeO+Si+CaO→CrFe+CaO·SiO2

电硅热法冶炼微碳铬铁采用间歇式作业方法。整个熔炼过程分为引弧加料、熔化、精炼和出铁四个时期。

3.热兑法：

热兑法冶炼微碳铬铁工艺是将预先熔化的铬矿石灰熔体和硅铬合金在炉外

铁水包中进行热兑操作，从而制得微碳铬铁。这种工艺方法的实质也是硅热过程，只是脱硅反应在炉外进行。

热兑工艺按对熔渣中Cr2O3的分阶段还原的次数可分为一步热兑法，二步热兑法，三步热兑法；从动力的搅拌方式分为倒包法、摇包法、气体搅拌法；从所有还原剂的形态分有固-液热兑、半固-液热兑、液-液热兑。

二步热兑法操作简单、可靠，计量方便、准确。热兑工艺设备与一步法相近，适合于电硅热法设备改造成热兑工艺布局条件的要求。该工艺具有电耗低，铬回收率高，并能得到低碳优质产品。

4.真空法：

真空固态脱碳法冶炼微碳铬铁是将高碳铬铁磨碎成粉，配入适当的氧化剂，经混料、压型、干燥和真空冶炼等工序面生产出来的一种产品。

反应的产物一氧化碳被不断抽出，因此反应可在较低的温度下开始，并在固态下完成脱碳反应，而得到含碳量很低的铬铁。这种工艺冶炼强度低，工艺简单，易机械化，产品质量好，其含碳量可达0.01%以下，成本低，铬回收率高。

三、氩氧炉生产中、低、微碳铬铁的新工艺

新工艺只需要2台炉子即可完成由高碳铬铁到中、低、微碳铬铁的生产，设备少、投资少、工序短。对应的好处是：占地少、投资少、经营成本低、出渣少、污染少、工序少、铬回收率高、节能、降耗。

新工艺（LD+AOD法）

由于AOD炉生产的成熟，把这一技术应用到中、低、微碳铬铁生产完全是可行的。新工艺铬回收率比传统高15%，新工艺节电约2000Wh/t，对缺电或电价较高地区有现实意义。新工艺渣少，仅为传统法的1/10～1/15，易于处理解决传统工艺粉渣无法处理，污染严重的难题。

结束语

经过40多年的发展，我国已成为世界铬铁生产大国之一，生产工艺和技术水平有了很在改进，铬铁合金质量及其主要技术经济指标均达到了世界先进水平。我国铬铁合金生产工艺齐全，不但有成熟的电热法，而且发展应用了氧气精炼、真空固态脱碳法及波伦法等先进工艺。但在铬铁合金生产与技术上还存在一定问题，这些问题有待加强管理和改善。

参考文献

1 冶金技术信息数据库，《铬系合金基础知识》，2011年9月14日

2 《铁合金生产实用技术手册》

3 贾振海，氩氧炉生产中、低、微碳铬铁的新工艺，铁合金，2005年第2期

4 陈国翠，我国铬铁合金生产与发展，铁合金，2000年第5期