1、铁合金生产工艺目录一. 铁合金的定义二.铁合金的用途三.铁合金的分类四.铁合金的生产方法五.硅铁的定义六.硅铁的用途七.硅铁的冶炼原理及工艺铁合金的定义 铁合金是由一种或两种以上的金属或非金属元素与铁元素组成的，并作为钢铁和铸造业的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂等的合金。例如硅铁是硅与铁的合金；锰铁是锰与铁的合金；硅钙合金是硅与钙组成的合金。就生产方法与用途而言，铁合金还包括含铁极低的锰、铬、钒及工业硅等合金金属。铁合金的用途 铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一。 其主要用途： 一是作为脱氧剂，消除钢液中过量的氧； 二是作为合金元素添加剂，改善钢的质量与性能。 随着我国钢铁工业持
2、续、快速地发展，钢的品种、质量的不断扩大和提高，对铁合金产品提出了更高要求，铁合金工业日益成为钢铁工业的相关技术和配套工程。铁合金的用途 （1）用作脱氧剂。炼钢过程是用吹氧或加入氧化剂的方法使铁水进行脱碳及去除磷、硫等有害杂质的过程。这一过程的进行，虽然使生铁炼成钢，但钢液中的O含量增加了。O在钢液中一般以FeO的形式存在。如果不将残留在钢中多余的氧去除，就不能浇铸成合格的钢坯，得不到力学性能良好的钢材。为此，需要添加一些与氧结合力比铁更强，并且其氧化物易于从钢液中排除进入炉渣的元素，把钢液中的O去掉，这个过程叫脱氧。 用于脱氧的合金叫脱氧剂。 钢水中各种元素对氧的结合强度，即脱氧能力，从弱到
3、强的顺序如下：铬、锰、碳、硅、钒、钛、硼、铝、锆、钙。因而，一般炼钢脱氧常用的是由硅、锰、铝、钙组成的铁合金。铁合金的用途 （2）用作合金剂。合金钢中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能。钢中合金元素的含量是通过加入铁合金的方法来调整的。用于调整钢中合金元素含量的铁合金叫合金剂。常用的合金剂有硅、锰、铬、钼、钒、钨、钛、钴、镍、硼、铌、锆等铁合金 。铁合金的用途 （3）用作铸造晶核孕育剂。改善铸铁和铸钢的性能的措施之一是改变铸件的凝固条件。 为了改变凝固条件，通常在浇注前加入某些铁合金作为晶核，形成晶粒中心，使形成的石墨变得细小分散，晶粒细化，从而提高铸件的性能。 （4）用作还原剂。硅合金分
4、别用作生产钼铁、钒铁等其他铁合金时的还原剂；硅铬合金、锰硅合金分别用作中低碳锰铁生产的还原剂。铁合金产品的分类 随着现代科学技术的发展，各个行业对钢材的品种、性能的要求越来越高，从而对铁合金也 8 提出了更高的要求。铁合金的品种在不断地扩大，铁合金的品种繁多，分类方法也多。 一般按下列方法分类： （l）按铁合金中主元素分类，主要有硅、锰、铬、钒、钛、钨、钼等系列铁合金。 （2）按铁合金中含碳量分类，有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品种。 （3）按生产方法分类，有高炉铁合金，电炉铁合金，炉外法（金属热法）铁合金，真空固态还原法铁合金，转炉铁合金，电解法铁合金等。此外，还有氧化物压块与发热铁合金
5、等特殊铁合金。 （4）含有两种或两种以上合金元素的多元铁合金，主要品种有硅铝合金、硅钙合金、硅钙铝合金、硅钙钡合金、锰硅铝合金、硅铝钡钙合金。铁合金产品的分类硅铁合金锰铁合金铬铁合金钒铁合金钼铁合金铁合金生产的主要方法高炉法高炉法利用高炉的高温和还原气氛使合金矿利用高炉的高温和还原气氛使合金矿石还原生产铁合金。如高碳锰铁。石还原生产铁合金。如高碳锰铁。电热法电热法铁合金生产的主要方法。用碳作还原铁合金生产的主要方法。用碳作还原剂，缺点是很多金属都易与碳形成碳化物，不剂，缺点是很多金属都易与碳形成碳化物，不能生产低碳铁合金。能生产低碳铁合金。金属热法金属热法利用还原反应产生的化学热加热合利用还原
6、反应产生的化学热加热合金与炉渣，使反应自动进行。常用还原剂有铝、金与炉渣，使反应自动进行。常用还原剂有铝、硅铁、铝镁合金等，生产极低碳合金。硅铁、铝镁合金等，生产极低碳合金。转炉法转炉法将高碳合金吹氧脱碳，生产中、低将高碳合金吹氧脱碳，生产中、低碳合金。碳合金。高炉法 高炉法所使用的主体设备为高炉。高炉法是最早采用的铁合金生产方法。目前主要是生产高炉高碳锰铁。高炉锰铁生产主要原料为锰矿、焦炭和熔剂以及助燃的空气或富氧。把原料从炉顶装入炉内，高温空气或富氧经风口鼓入炉内，使焦炭燃烧获得高温及还原气体对矿石进行还原反应，熔化了的炉渣、金属积聚在炉底，通过渣口、出铁口定时出渣、出铁。随着炉料的熔化、
7、反应和排出，再不断加入新炉料，生产是连续进行的。 高炉法生产铁合金，具有劳动生产率高，成本低等优点。但鉴于高炉炉缸温度的局限性。以及高炉冶炼条件下金属被碳充分饱和。因此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、低硅锰、镍铁及富锰渣。 高炉法高炉法电炉法 电炉法是生产铁合金的主要方法，其产量约占全部铁合金产量的4/5，所使用的主体设备为电炉。电炉主要分为还原电炉（矿热炉）和精炼炉两种： （l）还原电炉（矿热炉）法。还原电炉法是以碳作还原剂还原矿石生产铁合金的。炉料加入炉内并将电极插埋于炉料中，依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻电弧热，进行理弧还原冶炼操作。熔化的金属
8、和熔渣集聚在炉底并通过出铁口定时出铁出渣，生产过程是连续进行的。用此方法生产的品种主要有硅铁、硅钙合金、工业硅、高碳锰铁、硅锰合金、高碳铬铁、硅铬合金等。 （2）精炼炉（电弧炉）法。精炼炉法是用硅（硅质合金）合金产品的，依靠电弧热和硅氧反应热进行冶炼。炉料从炉顶或炉门加入炉内，整个冶炼过程分为引弧、加料、熔化、精炼和出铁等五道工序，生产是间歇进行的。主要生产品种有：中、低碳锰铁，中、低、微碳铬铁及钒铁等。 电炉法矿热炉1-加料装置；2-气动装置；3-短网；4-水冷系统；5-电极升降装置；6-电极压放装置；7-液压系统；8-电极把持装置；9-炉盖；10-电极；11-炉体电炉法电弧炉炉外法（金属热
9、法） 炉外法是用硅、铝或铝镁合金作还原剂，依靠还原反应产生的化学热来进行冶炼的，所使用的主体设备为筒式熔炉。 使用的原料有精矿、还原剂、熔剂、发热剂以及钢屑、铁矿石等。 生产的主要品种有钼铁、钛铁、硼铁、铌铁、钨铁、高钒铁及金属铬等。炉外法（金属热法）氧气转炉法 氧气转炉法使用的主体设备为转炉，按其供氧方式，有顶、底、侧吹和顶底复合吹炼法。使用的原料是液态高碳铁合金、纯氧、冷却剂及造渣材料等。将液态高碳铁合金对入转炉，高压氧气经氧枪通入炉内吹炼，依靠氧化反应放出的热量脱碳，生产是间歇进行的。生产的主要品种有中低碳铬铁、中低碳锰铁等。氧气转炉法 氧气转炉法 硅铁的定义 硅铁就是铁和硅组成的铁合金
10、。 硅铁是以兰炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的硅铁合金。根据硅含量的不同，我国市场上存在45%、65%、75%和90%多个品级，其中最常用的是75硅铁，含硅量越高，其熔点越高，75#硅铁的熔点为1300。u纯硅呈钢灰色，有金属光泽的晶体物质，质硬而脆，属于非金属。硅的原子量28.08，密度2300kg/m3，熔点1683K；铁具有银白色金属光泽，有良好的延展性、导电、导热性、密度为7.86kg/cm3，熔点1435K。u硅与铁能按任意比例互溶，可以生成FeSi2、FeSi、Fe5Si3、Fe2Si等硅化物，其中以FeSi最稳定，熔点为1683K，融化时不分解，能以FeSi新式存
11、在与液态合金中，其余的硅化物当加热时在固态即分解。u硅铁是铁和硅组成的铁合金。硅铁的熔点随含硅量增加而升高，标准硅铁的熔点低于1634K。u硅与铁的合金容易产生偏析，合金锭上部和下部的含硅量之差达20%以上。合金锭厚度越大，冷却时间越长，则偏析也越严重。因此，通常要求硅铁锭的洗铸厚度不能大于100mm。硅铁合金的物理性质硅铁的用途（1)在炼钢工业中用作脱氧剂和合金剂。为了获得化学成分合格的钢和保证钢的质量，在炼钢的最后阶段必须进行脱氧，硅和氧之间的化学亲和力很大，因而硅铁是炼钢较强的脱氧剂用于沉淀和扩散脱氧。在钢中添加一定数量的硅，能显著的提高钢的强度、硬度和弹性，因而在冶炼结构钢（含硅0.4
12、-1.75)、工具钢(含Si0.3-1.8%)、弹簧钢(含Si0.4-2.8)和变压器用硅钢（含硅2.81-4.8%)时，也把硅铁作为合金剂使用。 此外，在炼钢工业中，利用硅铁粉在高温下烯烧能放出大量热这一特点，常作为钢锭帽发热剂使用以提高钢锭的质量和回收率。 (2)在铸铁工业中用作孕育剂和球化剂。铸铁是现代工业中一种重要的金属材料，它比钢便宜，容易熔化冶炼，具有优良的铸造性能和比钢好得多的抗震能力。特别是球墨铸铁，其机械性能达到或接近钢的机械性能。在铸铁中加入一定量的硅铁能阻止铁中形成碳化物、促进石墨的析出和球化，因而在球墨铸铁生产中，硅铁是一种重要的孕育剂（帮助析出石墨）和球化剂。 硅铁的
13、用途(3)铁合金生产中用作还原剂。不仅硅与氧之间化学亲和力很大，而且高硅硅铁的含碳量很低。因此高硅硅铁（或硅质合金）是铁合金工业中生产低碳铁合金时比较常用的一种还原剂。 (4)在其他方面的用途。在焊条制造业中可作为焊条的涂料。高硅硅铁在化学工业中可用于制造硅酮等产品。 在这些用途中，炼钢工业、铸造工业和铁合金工业是硅铁的最大用户。它们共消耗约90%以上的硅铁。在各种不同牌号的硅铁中，目前应用最广的是75%硅铁。在炼钢工业中，每生产1t钢大约消耗3-5kg75%硅铁。硅铁的产业分布 由于硅铁的冶炼是一个高耗能的过程，西方国家近年来在电力资源紧张和硅石资源匮乏的情况下，而且硅铁生产污染大、处于产业
14、链条的底层而产品附加值低，硅铁生产正逐渐转移到中国，目前中国已成为世界硅铁的主要生产地和世界硅铁的主要供应地。 国内主要产区为西北（甘肃、青海、宁夏）、内蒙、西南（四川、贵州），其中宁夏产能为全国第二，占全国总产能的25%左右，仅次于内蒙。硅铁冶炼原料冶炼硅铁的主要原料是硅石、碳质还原剂和钢屑。 在硅铁的冶炼过程中，电力消耗成本占总成本的近70%，小型电炉生产1t硅铁耗电约10000kWh，大型电炉生产1t硅铁耗电约8500kWh。另外，1t硅铁需耗1.81.9t硅石、11.1t焦炭以及0.320.33t钢屑。硅石u硅石中SiO2含量要求大于98%。u硅石中杂质含量要低。硅石中杂质主要指AI2
15、O3、MgO、CaO、P2O5、这些杂质都是成渣物质，不利于硅铁生产的顺行。因此，为确保产品质量和生产顺行，要求硅石中AI2O3含量必须小于0.5%，MgO和CaO含量之和小于1%。u硅石表面不得有泥土等杂志，入炉前尽量经过水洗。u硅石要有良好的抗爆性能。硅石在升温过程中，因晶体型转变大及失水，可能出现碎裂，将严重恶化料面的透气性 。u硅石入炉时要有一定的粒度。硅石粒度过小，会含有较多杂质，也会严重影响面料的透气性；硅石粒度过大，易造成炉料分层，延缓炉料的溶化和还原反应速度。一般要求12500kv.A矿热炉中入炉硅石粒度为80-120mm。兰炭兰炭利用陕西榆林神府煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而
16、成的，作为一种新型的炭素材料，以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性，已 逐步取代冶金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产，成为一种不可替代的炭素材料。 兰炭可代替焦炭（冶金焦）而广泛用于化工、冶炼、造气等行业。质量标准：固定碳82%,挥发分4%，灰分6%，硫0.3%，水分10%,粒度：15-25mm，最大不超过30mm。钢屑（1）化学成份含铁量不低于97 （2）应是普通碳素钢销，不得混有合金钢屑，有色金属屑和生铁屑等（3）生锈严重的钢屑不得使用 （4）钢销的卷曲长度不大于100mm （5）要纯净，不得混有泥土等杂质硅铁冶炼方法 硅铁是在开口式或半
17、封闭式（即矮烟罩）的还原炉内采用连续作业法进行冶炼的。 硅石、兰炭、铁屑经过精整筛选后，按照一定的配比进入计量仓，通过皮带机振动筛进入混合料仓，硅石、兰炭、铁屑均按照工艺配比，不断投入到硅铁炉内凭借电弧热和电阻热在1800-2200的高温反应下生成硅铁。形成的硅铁液体经过3小时左右，将出铁口烧开流入台包内，再选择进行二次浇铸、精装、包装。 在冶炼过程中，从炉顶或炉旁加入原材料，三根电极插在炉料中，要求深而稳，实现埋弧操作，依靠电弧和电流通过炉与炉料产生的电阻进行加热；混匀的炉料随料面的下沉而小批量的加入炉内，从炉下方的通过出铁和出渣口定时出铁放渣。硅铁冶炼原理碳与二氧化硅的反应式为：SiO2
18、+ 2C = Si + 2CO 当有铁存在时，铁与还原出的硅反应，生产硅铁：Si + Fe = FeSi冶炼时的总反应式为：SiO2 + 2C + nFe = FenSi + 2CO布袋除尘料仓加密硅微粉发往用户产品检验入库铁质材料兰炭硅石出铁矿热炉熔炼预除尘和风机加工包装原料工段 硅铁的冶炼原料包括硅石、兰炭、铁屑，原料工段主要是将上述原料进行精整筛选进入配料系统的过程。硅石经水洗精整、筛选后进入硅石料仓，计量后进入计量仓，随后在仓底使用振动筛筛选，通过皮带机进入混合料仓，筛下的粉末进入粉末仓；兰炭过筛后进入兰炭料仓，计量后进入计量仓，随后在仓底使用振动筛筛选，通过皮带机进入混合料仓，筛下的
19、粉末进入粉末仓；钢屑精整后选送至钢屑料仓，先通过计量进入计量仓，然后振动过筛，进入皮带机。硅石、兰炭、钢屑均按照工艺配置的合格料比，后经过料斗及皮带机上料至炉顶混合料仓，不断投加到电极四周，补充到硅铁炉内。电极糊破碎后装入电极糊下料筒加入到电极筒内，在硅铁中焙烧成电极参与冶炼。原料工段主要耗能为电力。熔炼工段 熔炼工段主要包括硅铁的冶炼、出炉、浇铸过程。硅铁炉冶炼热源由35KV高压电源经电炉变压器变压，由短网、铜瓦传递给电极做功，形成1800-2200的高温，将硅石、兰炭、钢屑冶炼熔化，根据炉况定时出炉，出炉完毕后将铁水浇注在锭模上进行冷却。硅铁冶炼中的烟气采用布袋除尘后，将烟气中的二氧化硅进
20、行加密回收，最后袋装外运。熔炼工段主要耗能为电力和兰炭。成品包装工段 成品包装工段主要包括硅铁成品的破碎、包装、检测、入库等过程。出炉后浇铸后的硅铁运至冷破车间进行冷却、破碎，再根据客户的要求进行包装、计量，或者进行二次浇铸精炼，成品检测后进入仓库。成品包装工段主要耗能为电力。工艺能源消耗情况 硅铁生产整个工艺过程消耗的能源主要是电力和兰炭。其中电力用于整个工艺流程中原料的处理、硅铁的冶炼以及包装中，主要供硅铁冶炼系统以及除尘和空气压缩站的主要生产系统使用。兰炭作为碳质还原剂，供硅铁冶炼系统使用。主要设备矿热炉余热锅炉主要设备旋风除尘器布袋除尘器硅铁生产技术的发展趋势(1)矿热炉大型化：世界上
21、最大硅铁冶炼矿热炉已达矿热炉大型化：世界上最大硅铁冶炼矿热炉已达105MVA，为半封闭型，目前国际上生产硅铁的标准炉，为半封闭型，目前国际上生产硅铁的标准炉型均在型均在30000KVA或以上。或以上。(2)炉体旋转矿热炉：由挪威埃肯公司建成，这种电炉可炉体旋转矿热炉：由挪威埃肯公司建成，这种电炉可使炉灶松动并便于移向炉心；防止料面结壳；克服炉气使炉灶松动并便于移向炉心；防止料面结壳；克服炉气逸出不均匀和刺火等不正常炉矿。这种电炉为封闭电炉，逸出不均匀和刺火等不正常炉矿。这种电炉为封闭电炉，自自1979年发明以来，迄今仅有三台在运行，规模较小年发明以来，迄今仅有三台在运行，规模较小(8500kW
22、9000kW)，并未大面积推广。，并未大面积推广。(3)生产过程实现计算机控制：采用计算机管理和控制可生产过程实现计算机控制：采用计算机管理和控制可以降耗以降耗510%；提高配料准确度，增大平均负荷，提高；提高配料准确度，增大平均负荷，提高电炉作业率和生产率；电炉运行平稳，产品质量提高。电炉作业率和生产率；电炉运行平稳，产品质量提高。(4)用直流电代替交流电冶炼：可提高电炉容量，降低电用直流电代替交流电冶炼：可提高电炉容量，降低电损耗。损耗。硅铁冶炼时电炉产生的废气 硅铁炉产生的烟气中主要包括硅铁炉产生的烟气中主要包括N2、H2、CO、O2、SO2以及粉尘等，主要来源于：以及粉尘等，主要来源于
23、：（1）电炉熔池在高温下，还原剂碳与氧发生反）电炉熔池在高温下，还原剂碳与氧发生反应生成的应生成的CO和和CO2；（2）熔池内碱性金属炉料在高温下气化、熔融）熔池内碱性金属炉料在高温下气化、熔融金属被氧化或直接蒸发进入废气（随后冷却变成金属被氧化或直接蒸发进入废气（随后冷却变成固态粒子）；固态粒子）；（3）未被完全燃烧的焦炭末、矿粉等被气化和）未被完全燃烧的焦炭末、矿粉等被气化和蒸发的金属或热气带出熔池进入废气；蒸发的金属或热气带出熔池进入废气；（4）在烟囱抽力的作用下，从烟罩敞口处进入）在烟囱抽力的作用下，从烟罩敞口处进入的空气。的空气。硅铁冶炼时电炉产生的废气回收余热回收 在硅铁整个工艺的
24、总热量支出中，烟气在硅铁整个工艺的总热量支出中，烟气带走的显热占带走的显热占20%左右，冷却水带走的热量左右，冷却水带走的热量占了占了1%左右，炉口损失热占左右，炉口损失热占1020%，另外，另外硅铁产品浇铸成型后温度大约为硅铁产品浇铸成型后温度大约为1000 ，因，因此烟气和硅铁产品余热回收利用潜力最大，此烟气和硅铁产品余热回收利用潜力最大，而冷却水主要用于厂内供热。而冷却水主要用于厂内供热。 节能措施(1)利用硅铁产品的余热进行进行发电，从而达到提高利用硅铁产品的余热进行进行发电，从而达到提高能效的目的；能效的目的；(2)利用烟气的余热进行发电，烟气温度在利用烟气的余热进行发电，烟气温度在900左右，左右，有较大的利用价值，用于发电以达到提高能效的目有较大的利用价值，用于发电以达到提高能效的目的的;(3)节能节能可采用电可采用电-煤双热源技术，采用这一技术煤双热源技术，采用这一技术可节电可节电10%(所谓所谓“电电-煤双热源煤双热源”是指在冶炼时，通是指在冶炼时，通过空心电极向冶炼炉内喷射煤粉，煤粉燃烧供热过空心电极向冶炼炉内喷射煤粉，煤粉燃烧供热)；采取精料入炉；对设备进行节能改造采取精料入炉；对设备进行节能改造(对炉体、炉衬、对炉体、炉衬、烟罩等进行改造，以增加电炉的保温性能和作业率，烟罩等进行改造，以增加电炉的保温性能和作业率，降低能耗降低能耗) 。谢谢！
