1、铁合金选用教材铁合金冶炼工艺学许传才 主编 冶金工业出版社任课教师：程军 副教授 参考教材： 铁合金生产刘卫主编，冶金工业出版社铁合金周进华 主编 ，冶金工业出版社铁合金生产实用技术手册赵乃成、张启轩主编，冶金工业出版社铁合金生产节能及精炼技术栾心汉、唐琳编著， 西北工业大学出版社绪论（2小时）1、铁合金冶炼的基本原理（4小时）2、电极和炉衬（2小时）3、铁合金冶炼车间和设备（2小时）4、硅系合金的冶炼（2小时）5、锰系合金的冶炼（2小时）6、铬系合金的冶炼（2小时）绪绪 论论一、铁合金的定义、用途及分类铁合金的定义、用途及分类:1、铁合金的定义2、铁合金的用途3、铁合金产品分类二、铁合金的生
2、产方法三、铁合金的加入方法四、铁合金生产简史及发展现状 普通铁合金普通铁合金特种铁合金特种铁合金Si系铁合金系铁合金:Fe-Si,Ca-Si,工业工业SiMn系铁合金系铁合金:高、中、低高、中、低CFe-Mn,Mn-Si,金属金属MnCr系铁合金系铁合金:高、中、低高、中、低CFe-Cr,Cr-Si,金属金属Cr其它铁合金其它铁合金:Fe-P,Fe-W,Fe-Ni,Fe-Ti,Fe-Mo,Fe-V,Fe-Nb,Fe-B等等Fe-Zr氮化铁合金氮化铁合金:Mn系系,Cr系系发热铁合金发热铁合金:高、低高、低CFe-Cr,Fe-Nb氧化物压块氧化物压块:MoO3、WO3钙系复合脱氧剂：钙系复合脱氧
3、剂：Ca、Si、Mn、Al复合合金复合合金铁合金产品的分类铁合金产品的分类二、铁合金生产的主要方法铁合金生产的主要方法(一)、按使用的设备分类按使用的设备分类1、高炉法2、电炉法3、炉外法4、氧气转炉法5、真空电阻炉法1.1.高炉法高炉法 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。优点：具有劳动生产率高，成本低。缺点：高炉炉缸温度有局限性、高炉冶炼条件下金属被碳充分饱和。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。2.电炉法电炉法(1)还原电炉（矿热炉）法还原电炉（矿热炉）法 (
4、2)精炼炉（电弧炉）法精炼炉（电弧炉）法还原电炉（矿热炉）法与精炼炉（电弧炉）法区别还原电炉法精炼电炉法 还原剂 用碳做还原剂 用硅(硅质合金)作为还原剂 生产过程 连续式 间歇式 加热方式依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻热加热 依靠电弧热和硅氧化反应热进行冶炼 工艺过程 将混合好的炉料加入炉内,并将电极埋在炉料中, 依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻热加热,熔化的金属和炉渣集聚在炉底,通过出铁口定时出铁出渣。引弧、加料、熔化、精炼、出铁 产品硅铁、硅钙合金、工业硅、高碳锰铁、锰硅合金、高碳铬铁、硅铬合金等。中、低碳锰铁，中、低微碳铬铁及钒铁等。3.炉外法3.炉外法炉外法生产W-Fe工艺铁合
5、金生产方法的分类表根据设备根据还原方法根据操作方法产品电炉法碳还原法埋弧电炉法高碳锰铁、锰硅合金、硅铁、工业硅、硅钙合金、高碳铬铁、硅钙合金、高碳镍铁、磷铁电弧炉法钨铁、高碳钼铁、高碳钒铁硅还原法放热法电弧炉-钢包冶炼法中低碳锰铁及中、低、微碳铬铁铝热法铝还原法铝热法（包括铝硅或硅发热剂与电炉并用）钒铁、铌铁、金属铬、低碳钼铁、硼铁、硅锆铁、钛铁、钨铁其他电解法电解还原法电解金属锰、电解金属铬转炉法氧气吹炼中、低碳铬铁及中、低碳锰铁感应炉法熔融钛铁、硅铝钡、硅铝钡钙真空加热炉法真空固体脱碳法微碳铬铁、氮化铬、氮化锰高炉法碳还原法高碳镍铁、高碳锰铁、镜铁团矿法氧化物团矿（钼、钒）、发热型铁合金、
6、氮化铁合金（用真空加热炉）熔融还原法碳还原法等离子法碳还原法三、铁合金的加入方式铁合金的加入方式冶炼钢种的不同，铁合金的加入数量和加入方式也不相同。冶炼钢种的不同，铁合金的加入数量和加入方式也不相同。1 1、直接加入炉内、钢包中，如硅铁、锰铁、硅铝铁等；、直接加入炉内、钢包中，如硅铁、锰铁、硅铝铁等；2 2、在中注管或钢锭模中加入铁合金；、在中注管或钢锭模中加入铁合金；3 3、喷吹法。利用气体做载体，将合金粉剂直接喷射到钢液的深、喷吹法。利用气体做载体，将合金粉剂直接喷射到钢液的深部，可以避免粉剂与空气或熔渣接触，扩大反应界面，加速部，可以避免粉剂与空气或熔渣接触，扩大反应界面，加速传质过程，
7、是提高合金收得率极有效的手段传质过程，是提高合金收得率极有效的手段, ,如硅钙合金等；如硅钙合金等；4 4、喂丝法。加入钢包、中间包或结晶器中，易氧化的合金包覆、喂丝法。加入钢包、中间包或结晶器中，易氧化的合金包覆成线，插入钢包等容器的深部，精确控制成分，提高合金的成线，插入钢包等容器的深部，精确控制成分，提高合金的使用效率。使用效率。铁合金质量对钢质量的铁合金质量对钢质量的影响影响 钢的质量取决于冶炼、浇注和其它工序的工艺水平，铁钢的质量取决于冶炼、浇注和其它工序的工艺水平，铁合金在钢的脱氧、调整成分及合金化、降低夹杂含量、合金在钢的脱氧、调整成分及合金化、降低夹杂含量、控制夹杂形态等有重要
8、影响。控制夹杂形态等有重要影响。 使用低杂质含量的铁合金，是冶炼优质洁净钢的前提。使用低杂质含量的铁合金，是冶炼优质洁净钢的前提。 深冲冷轧板，要求碳含量深冲冷轧板，要求碳含量0.004%0.004%，只能使用微碳铁合，只能使用微碳铁合金生产。金生产。 低硫钢生产，要求铁合金的低硫钢生产，要求铁合金的S S要低；低磷钢生产，要求要低；低磷钢生产，要求铁合金的铁合金的P P要低，等等。要低，等等。四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状（一）铁合金工业生产的起源铁合金的工业生产始于19世纪中期；1860年左右，贝尔努利用钨酸同铸铁起反应制得钨铁；1875年，法国普尔塞尔成功地
9、在高炉中制得了含硅1018地硅铁；同一年他和高蒂尔同时在高炉中首次制得了锰铁，跨出向大规模工业生产锰铁地关键性一步。19世纪末，世界上开始采用还原电炉冶炼铁合金。1890年，法国西蒙首先采用电热法，使用氧化锰和萤石的混合料，获得了含Mn84、Fe8、C7.1、Si0.2的电炉锰铁；1893年，开始采用电弧炉生产钨铁；这一年，穆瓦桑也在电炉中制得了高碳硼铁；四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状（一）铁合金工业生产的起源1894年，穆瓦桑发明在电炉中还原氧化钒法；1897年，戈德施米特发明铝热法后，钒被用于冶金工业；1899年，美国在西弗吉尼亚州得霍尔库姆罗克厂的电炉中，第
10、一个炼制了含Si2550的硅铁；1900年，始于法国的高碳铬铁电热法生产转入工业规模生产；这一年，法国还首先制得了钼铁；1901年，罗西发明电铝热法还原富钛渣生产钛铁；1905年，利姆提出用欠量的碳还原硼酸铁，以制取低碳锰铁；1907年，开始采用金属热法制铌；1908年，用两步法生产含碳12的中碳锰铁；1910年以后，还原电炉冶炼各种铁合金获得了迅速发展。四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状（二）铁合金工业发展经历的三个时期（二）铁合金工业发展经历的三个时期从铁合金冶炼方法、发展规模和技术装备水平等方面研究，世界铁合金工业发展大致可分为三个发展时期。1.高炉冶炼时期18
11、601908年间为高炉生产占绝对优势的发展时期。1900年世界钢产量约2800万t，铁合金产量约17万t，其高炉铁合金约16万t,而电炉铁合金产量仅1万t左右。2.2.高炉与电炉大规模的发展时期高炉与电炉大规模的发展时期19081960年间，高炉与电炉都在迅猛发展，但电炉的发展更快，其产量逐渐赶上高炉产品的产量。 到1960年，世界产钢达3.4亿t，铁合金产量达560万t，此时电炉铁合金产量和高炉产量各约为280万t。四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状（二）铁合金工业发展经历的三个时期（二）铁合金工业发展经历的三个时期3.3.铁合金工业走向现代化时期铁合金工业走向现代
12、化时期1960年至今，电炉逐步取代高炉并占绝对优势。1960年以后，电炉铁合金产量首次超过高炉铁合金产量，且继续高速发展。1995年世界钢产量约为7.7亿t,铁合金总产量约1600万t，其中，电炉铁合金产量达80以上。同时电炉设备技术加快了大型化、全封闭化（半封闭）、机械化和过程控制等现代化步伐，电炉炉气净化和余热回收利用达到实用阶段，出现了无公害的铁合金厂；电子计算机控制生产过程得到应用和推广。四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状（三）国外铁合金工业的生产现状（三）国外铁合金工业的生产现状至20世纪，世界约有50多个国家生产铁合金;钢铁工业发达的前苏联、美国、日本、法
13、国等铁合金工业也很发达;具有丰富矿物资源和能源的南非、挪威、巴西等国近些年在电炉铁合金工业方面发展得十分迅速，其产品大量涌进国际市场;加拿大及一些发展中国家，如印度、墨西哥、津巴布韦、菲律宾、伊朗等也兴建起了铁合金企业;四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状 （三）国外铁合金工业的生产现状（三）国外铁合金工业的生产现状 世 界 上 最 大 的 硅 铁 和 高 碳 铬 铁 电 炉 为105000kVA；最大的高碳锰铁电炉为1O2000kVA；最大的锰硅合金电炉为88000kVA；最大的硅钙合金电炉为48000kVA；最大的工业硅电炉为55000kVA；最大的镍铁电炉为840
14、O0kVA。 在炉型上，新建的锰铁和铬铁电炉多采用全封闭式及湿法煤气除尘，并向干式除尘技术迈进；硅铁电炉多采用矮烟罩半封闭式及干法袋式烟气除尘，挪威研制成功了全封闭干法除尘的硅铁电炉。 世界上最大的铁合金厂是俄罗斯车里雅宾斯克铁合金厂，年产硅铁、铬铁及锰硅合金共90万t。最大的锰铁厂是乌克兰尼科伯尔铁合金厂，年产锰系产品120万t。四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状 （四）我国铁合金工业的飞跃发展（四）我国铁合金工业的飞跃发展 1894年在汉阳铁厂284m3高炉中炼制出锰合金； 20世纪30年代末至40年代末期，我国曾进行过多种铁合金的试制和小批量生产，当时只有几座小
15、电炉生产硅铁、锰铁，年产量仅百吨; 50年代初引进苏联铁合金技术，建设成我国第一座大型铁合金厂吉林铁合金厂; 60年代至70年代期间，随着钢铁工业的发展与布局的需要，建成了一批较大型的铁合金电炉车间及钨铁、钼铁、钒铁、钛铁等多品种的铁合金车间; 随着世界还原电炉大型化、机械化和自动化的进展，80年代中期至90年代间，除建设或技术改造一批新的63O0kVA、12500kVA、16500kVA半封闭及全封闭式还原电炉车间外,还建成了具有当今世界技术和装备水平25000kVA、30000kVA、31500kVA及50000kVA的大型现代化还原电炉车间。四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简
16、史及其发展现状 （四）我国铁合金工业的飞跃发展（四）我国铁合金工业的飞跃发展我国铁合金产品已做到自给有余，不仅出口产品，而且还向菲律宾、伊朗、巴基斯坦等国出口成套铁合金工程和设备技术。20世纪末，我国铁合金产能约达700万t，实产约达500万t，其中出口约占13。至此，我国不仅是铁合金生产大国，同时又是产品出口贸易大国。目前，我国铁合金产量已突破3千万吨，2012年，我国钢产量6.83亿吨，生铁6.3亿吨，铁合金产量2841.6万吨。（五）铁合金生产技术的发展趋势（五）铁合金生产技术的发展趋势 近二十多年来，随着钢铁工业的发展和科学技术的进步，世界铁合金工业生产在品种、冶炼工艺、技术装备、节能
17、降耗、环境保护、能量回收和资源综合利用等技术方面都有迅速的发展和突破。 铁合金生产技术的发展有以下几个方面： 1. 铁合金产品发生结构型的变化，品种面向多元化铁合金产品发生结构型的变化，品种面向多元化 总发展趋势：增加品种，充分利用合金元素；合理利用资源，产品向复合或多元化方向发展；降低合金中有害杂质物，向纯净化方向发展；缩短工艺流程，降低能耗，提高生产效率，进而降低生产消耗和成本。 四、铁合金生产简史及其发展现状四、铁合金生产简史及其发展现状 2. 精料技术精料技术 A 采用优质组合碳质还原剂 B 改善入炉矿石的制备技术 3 3. .采用高效率的大型还原电炉，提高技术装备水平采用高效率的大型
18、还原电炉，提高技术装备水平 A 还原电炉的大型化、连续作业 B 采用全封闭式还原电炉并回收煤气 C 新建或改建半封闭式还原电炉 D 应用电子计算机控制电炉冶炼过程（五）铁合金生产技术的发展趋势（五）铁合金生产技术的发展趋势（五）铁合金生产技术的发展趋势（五）铁合金生产技术的发展趋势 4采用连续法冶炼硅钙合金的新技术 5. 采用一步法冶炼硅铬合金 6. 采用热兑法（波伦法）生产中低碳锰铁 7. 采同热兑法（波伦法）生产微碳铬铁 8. 铁合金直流还原电炉技术（含中空电极技术） 9. 铁合金熔融还原新技术 10. 等离子炉冶炼新技术 11. 铁合金产品加工、制粉及芯线技木 12. 大中型还原电炉采用
19、新型结构的电极无持器技术 13. 炉口、炉前机械化设备 14. 低频供电设备技术的开发与应用 15. 环境保护及综合利用 15. 15. 环境保护及综合利用环境保护及综合利用 铁合金企业的环境保护主要是对“三废”及噪声的治理，消除对环境的污染。 工业发达国家中铁合金生产对环境的污染问题已基本解决。其主要措施：（1）半封闭式电炉的废气的利用和除尘工艺的实现，尤其是在硅铁和工业硅生产进行了消烟除尘，回收的硅粉在建材、化工等行业应用；（2）锰铁和铬铁电炉分别有90和60为全封闭式电炉，煤气被净化后用于化工生产和用于干燥、烧结及造球；（3）铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘的处理；（4）废水的净化；（5）软水闭路循环系统；（6）工业废物（含废渣）的有效利用等。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
