1、淺談高碳鉻鐵各種成分的影響因素及控制摘要鐵合金是由一種或兩種以上的金屬或非金屬元素與鐵元素組成的，并作為鋼鐵和鑄造業的脫氧劑、合金添加劑、還原劑等的合金。鉻是鋼中功能最多、應用最廣泛的合金化元素之一。鉻具有顯著改變鋼的抗腐蝕能力和抗氧化能力的作用，并有助于提高耐磨性和保持高溫強度。在各種不銹鋼中，鉻是一種必不可少的成分。本篇文章就當今社會高碳鉻鐵中碳、硅、硫和鉻回收率方面進行了簡要論述。主要從高碳鉻鐵中各種成分反應的機理和常見成分控制進行闡述，揭示了各種成分的控制方法和效果。關鍵詞：高碳鉻鐵；成分控制；鉻回收率目錄1. 前言-1-2. 冶煉原理-1-2.1 電爐熔池結構-1-2.2 鉻的碳化物

2、生成機理-2-2.3 影響合金含碳量的因素-3-2.3.1鉻礦-3-2.3.2 合金的含硅量-3-2.3.3渣型-4-2.3.4冶煉操作-5-3. 高碳鉻鐵冶煉中的硅行為淺析-5-3.1 高碳鉻鐵冶煉過程中合金含硅量的變化規律：-5-3.2 高碳鉻鐵冶煉過程中合金含硅量變化的影響因素：-5-4. 高碳鉻鐵合金降硫途徑探討-6-4.1 硫的來源及存在狀態-6-4.2 降低高碳鉻鐵合金中硫含量主要有一下幾種途徑-6-4.3 原因分析-7-5. 高碳鉻鐵冶煉中鉻元素的流向分析及提高鉻回收率的途徑探討-7-5.1 有關計算式-7-5.2 鉻元素的流向分析-8-5.3 提高鉻元素回收率的途徑-8-6.

3、結論-10-后記-12-參考文獻-13-1. 前言我國國家標準規定高碳鉻鐵合金的含碳量為4一10%。實際上,用戶對高碳鉻鐵含碳量的要比上述范圍更狹窄的情況已日趨增多,還有通過合金含碳量的控制來改善其破碎性能等一些特殊的要求。因此,在高碳鉻鐵冶煉過程中如何控制合金含碳量已成為一個重要的技術課題。對于高碳鉻鐵冶煉過程中各種鉻的碳化物的生成機理及合金含碳量的影響因素已有不少人作過探討,但研究尚有待進一步深化。我們參閱了有關研究資料,并根據我們對高碳鉻鐵生產實踐的認識,對高碳鉻鐵冶煉過程中合金含碳的變化規律及其影響因素進行了粗淺的分析,同時提出了控制該產品含碳量的一些原則意見。對于高碳鉻鐵冶煉過程中各

4、種鉻的硅化物的生成機理及合金含硅量的影響因素已有不少人進行了探討,但研究尚有待進一步深化。我們參閱了有關的研究資料,并根據我們對高碳鉻鐵生產實踐的認識,對高碳鉻鐵冶煉過程中合金含硅量的變化規律及影響因素進行了粗淺的分析,同時提出了控制該產品含硅量的一些意見。降低高碳鉻鐵含硫量是生產高碳鉻鐵的重要課題。在冶煉過程中,硫的分配情況是50一60%進人爐渣,20一30%揮發,8一15%左右進人合金。如何降低進入合金中的硫是鐵合金工作者一直關注的問題影響合金硫含量的因素很多,如焦炭的含硫量,合金中的碳、硅含量,爐渣堿度及爐溫等對合金的脫硫都有影響。鉻元素能使鋼、合金和某些金屬材料具有特殊的物理化學性質,

5、可改善材料的性能,它作為重要的合金元索之一己被廣泛重視和使用。鉻元素是從鉻礦中的CrO被還原得到的。23我國是世界上鉻礦資源缺乏的國家之一,使用的鉻礦多數為進口礦。因此,在鐵合金冶煉中鉻礦的合理使用已被關注,提高鉻元素的回收率有著重要意義,每提高一個百分點其效益都是很可觀的。2. 冶煉原理2.1 電爐熔池結構2.2成沸假電沉入常爐槪;逆空z吧十申圖啓高碳鉻鐵電爐熔池結構7*珂龜成機理在礦熱爐中，用焦炭作還原劑對鉻礦進行還原時，三氧化二鉻的碳熱還原反應及標準自由能的變化如下：2/3Cr2O3269C=49Cr3C22CO(1)/V；1=478233.8349.03T(J)T開=1100C23Cr

6、2O3187C=421Cr7C32CO(2)/V；上482288.4343.14T(J)T開=1130C23Cr2O35423C=469Cr23C62CO(3)/V；上494368.6341.72T(J)T開=1175C隨著爐料的下降和爐溫的升高，Cr3C2與Cr2O3反應生成Cr7C3：5(Cr2O3)27Cr3C2=13Cr7C315CO(4)/V；上3863480231.32T(J)T開=1385C23Cr2O3145Cr3C2=43Cr65Cr7C32CO(5)“；上543609309.45T(J)T開=1484C實際生產中，有時因入爐的礦物結構不同而造成難熔、難還原；或因入爐礦石塊度

7、過大，來不及還原而落到爐渣下層形成殘礦層，其與溫度高達1700C的熔融鐵液或下落的合金液滴接觸發生激烈的脫碳反應：3Cr7C3(Cr2O3)=Cr23C63CO(6)W；=621148328.13T(J)T開=1620CCr23C62(Cr2O3)=27Cr6CO(7)AC；-=682594344.22T(J)T開=1710C上述反應所生成的鉻碳化物及其理論含碳量見表2。碳化物Cr23C6Cr7C3Cr3C2含碳里5.689.0113.34表2鉻的碳化物理論含碳量()2.3 影響合金含碳量的因素2.3.1 鉻礦鉻礦物理化學特性的差異直接影響到其在爐內的反應活性。不同的鉻礦在相同的溫度條件下，其

8、Cr2O3的還原速度相差很大。一般鉻礦中Cr2O3的開始還原溫度為1100C；而在1400C時，不同鉻礦Cr2O3還原反應速度基本相近；在1200C以下對幾種鉻礦的實際測試表明，不同鉻礦Cr2O3的還原反應速度相差較大。因此，若鉻礦的化學成分和礦物結構能保證Cr2O3在1200C以下有較高的還原程度，則會優先生成含碳較高的Cr3C2和Cr7C3的。從而使合金有較高的含碳量；對于還原程度較低的鉻礦，當溫度高于1200C后則會在生成Cr3C2和Cr7C3的同時，還有一定數量的Cr23C6生成，從而降低了合金的含碳量。當鉻礦的結構致密，結晶粗大而塊度又較大時，鉻的復合氧化物既難分解又難還原，在冶煉過

9、程中只有進入高溫電弧區方能進行急劇反應，從而使Cr23C6和Cr的比例增加，同時已生成的鉻的碳化物與渣中Cr2O3反應精煉脫碳繼續降低合金含碳量2。因此，根據產品含量的要求，以及不同鉻礦的性質，合理地選擇和使用鉻礦是很重要的。藏礦是鋁鉻鐵礦，屬于密斑晶礦(又稱硬鉻尖晶石)，難熔、還原性差，適合于冶煉低碳產品，所以我們這次試驗生產的FeCr67C6.0產品全部采用藏礦。通過三次試驗證明：鉻礦的粒度在2080mm之間效果最好。2.3.2 合金的含硅量在高碳鉻鐵冶煉過程中，當熔煉溫度達到1200C左右時，硅開始被還原(SiO2+2C=Si+2C0)，還原出來的Si進一步與鉻的碳化物反應，生成穩定的硅

10、化鉻(Cr7C3+7Si=7CrSi+3C,Cr7C3+10Si=7CrSi+3SiC)3。生產實踐表明：當使用能生產出含碳量大于8%的鉻礦時，隨著合金含碳量的升高其含硅量相應下降或趨于不變2。在使用難還原礦生產FeCr67C6.0牌號鉻鐵時，由于在合金的上面形成一個“殘礦層”，在1700C以上的高溫下，當熔融的合金滴穿過該殘礦層時，便發生激烈的脫碳反應。此時，脫碳反應遠比硅的還原反應激烈，并且伴隨著脫碳反應的同時發生脫硅反應(3CrSi+2Cr2O3=7Cr+3SiO2)4，使生成合金的含碳量相對穩定，且硅含量的提高對其影響不大，因此用難還原礦生產FeCr67C6.0牌號鉻鐵時，不能靠合金增

11、硅來達到降碳目的。2.3.3渣型我公司生產高碳鉻鐵的渣型及本次試驗的渣型見表6。表6高碳鉻鐵渣型礦種配比(kg)礦石成分()含金含碳(%)爐渣成分()MgO/Al2O3Cr2O3FeOMgOSiO2Al2O3Cr2O3SiO2MgOAl2O3阿礦70039.68.9521.3213.446.54810242835384215172.242.80*藏礦70048.0610.4119.006.718.665.347.241.443.782931323419211.521.79伊朗55046.717.2919.297.237.29礦712838161.90阿933242202.63精15047.71

12、14.1817.747.577.93礦伊朗55046.717.2919.297.237.29礦6.512735171.75印84318202.23精15054.3517.1310.141.9910.06礦從表6的數據可以看出，渣中的MgO/Al2O3的比值越大，合金含碳則越高；反之，合金含碳則降低。在第三次試驗中生產出的含CW6.0%的產品比例最高僅為69%,由此看出，試驗中所采用的渣型還存在一定問題，同表7的渣型對比，試驗所用的渣型中Al2O3的數值很低，MgO/Al2O3的比值相對較高以至于難以持續穩定的生產出含CW6.0%的產品。因此，通過生產實踐筆者認為，生產CW6.0%的產品時使用含

13、氧化鋁高的鉻礦或原料中適當配入含氧化鋁高的殘渣，可收到較好的效果。2.3.4冶煉操作生產CW6.0%的高碳鉻鐵時，出鐵溫度至關重要。為了不產生高碳碳化物，一般出鐵溫度在1700C。為此，一方面我們在通過調整爐料中SiO2或A12O3的含量來控制溫度，同時由原來班出四爐改為班出三爐，以延長精煉時間提高爐溫，并減少原料中焦炭的配入量，以利于電極深插；另一方面使用高電壓（3級158V）來提高爐溫，使合金脫碳反應順利進行。3. 高碳鉻鐵冶煉中的硅行為淺析3.1 高碳鉻鐵冶煉過程中合金含硅量的變化規律：在高碳鉻鐵冶煉過程中，其合金含硅量實際上只帶表兩次出鐵間隔中積聚在爐缸下部鐵水的平均含硅量，而冶煉過程

14、中爐內不同區域的金屬含硅量并不相同。 合金含硅升高區域：從散料層開始到熔融層和殘焦層交界處為止，隨著金屬顆粒向爐缸深處下沉，合金含硅量不斷上升。 合金含硅下降區域：從熔融層和殘焦交界層開始到出鐵口為止 合金含硅不穩區域：指爐底積鐵層，對于同一電爐在一定時間范圍內，該層鐵水含硅量基本穩定，但由于礦種的不同，隨時間的變化和積鐵層厚度的變化，其含硅量有所變化，固稱之為含硅不穩定區域。3.2 高碳鉻鐵冶煉過程中合金含硅量變化的影響因素：高碳鉻鐵冶煉過程中合金中的硅來源于礦石中的SiO2和溶劑硅石，其具體反應如下：1/2SiO2+C=1/2Si+COSiO2+C=SiO+COSiO+C=Si+CO以上各

15、反應在爐內不同區域的反應程度有所不同，SiO2的還原在殘焦層和熔渣區進行較快，當熔融的合金液滴在高溫下通過熔渣區下部的礦石層時，發生脫硅反應。殘礦層區域是脫硅反應區，通過該區合金含硅量有所下降。 硅石配入量對合金含硅量的影響:（隨料批中硅石的配入量增加，合金含硅量先增大，后減小，我們習慣把增大的區域叫做A區，減小的區域叫做B區）在A區，隨硅石配入量的增加合金含硅上升，說明反應物濃度不夠，也就是SiO2活度小，雖然溫度達到要求，但反應物受限。在B區，隨硅石配入量增加，爐渣熔點降低，爐溫下降，這樣隨硅石配入量的增加合金含硅下降，該區域爐溫成了反應的限制性環節。在實際冶煉過程中，首先要確定峰值時硅石

16、的配入量，峰值的確定一般在理論焦炭配入量不變的情況下，變動硅石配入量來確定。實際經驗表明，硅石配入量確定在B區內，并為峰值配入量的120%130%范圍內，這樣只要調整焦炭這一單變量即可控制合金含硅量，如果確定在A區，則合金含硅波動較大，爐前，路上操作十分困難，技術指標很不理想。 焦炭配入量對合金含硅量的影響：焦炭作為高碳鉻鐵冶煉的還原劑，一般隨料批中焦炭配入量的增加，合金含硅量上升，因為焦炭配入量增加有利于提高爐溫和SiO2與C的反應，還原出來的硅量增加，一部分取代合金中的碳。反之焦炭用量不足，則合金含硅量下降。在實際冶煉操作中此規律適應于B區。當溶劑硅石量不足時，隨焦炭配入量增加，合金含硅量

17、達到一定數值后將不再增高。 鉻礦特性對合金含硅量的影響：鉻礦對合金含硅量的影響主要是礦中氧化物的含量。MgO,CaO堿性氧化物都有降低合金含硅量的作用。原因是堿性氧化物都能與SiO2形成硅酸鹽化合物，降低了渣中SiO2活度，使合金含硅量受到一定限制。在使用MgO及堿性氧化物含量較高的鉻礦時，硅石配入量要適當增加，以增加SiO2活度使合金含硅量得以保證。鉻礦中Al2O3對合金含硅量有升高的作用，原因是Al2O3含量高，晶粒大，屬于難還原的鋁鉻鐵礦，A1203的增加使爐渣和爐料的導電性變差，電極深插，有利于SiO2的還原。此時可以配部分白灰溶劑，增加其爐渣導電性，對合金含硅有很大的抑制作用另外還可

18、以增加爐渣的流動性。 合金含碳量對合金含硅量的影響：在鉻礦確定的條件下，高碳鉻鐵冶煉過程中爐內各區域大致呈現硅低則碳高，碳高則硅低的規律。表明合金含硅量受含碳量的影響。4. 高碳鉻鐵合金降硫途徑探討4.1 硫的來源及存在狀態高碳鉻鐵中的硫來自于原料，其中焦炭和鉻礦帶入硫占絕大部分，焦炭中的硫以硫化物（FeS,CaS）或有機硫的形式存在，在實際生產過程中，原料中的硫有8%15%進入合金，20%30%揮發，60%70%進入渣中，進入合金的硫將與鉻生成一系列硫化物如：CrS,Cr2S3等。CrS在1565C時熔化而不分解，低于800C時分解生成Cr15S6.由于硫化物的熔點低于鉻鐵的熔點，所以這些硫

19、化物分布于鉻鐵的表面上。4.2 降低高碳鉻鐵合金中硫含量主要有一下幾種途徑(1) 提高爐溫，以提高化學反應的平衡常數(2) 降低渣中的cr2o3含量，生產過程中維持較高熔點操作Cr2o3含量的高低反應了有用元素的還原程度，較低的cr2o3含量意味著爐內各項反應進行的較為徹底，還原劑焦炭過剩。在實際操作中，適當控制爐渣熔點，避免過低熔點操作，保證還原劑用量充足，對脫硫效果較為有利。但爐渣熔點不宜過高，否則爐渣粘稠，渣鐵過熱，導致爐況惡化。(3) 提高爐渣堿度，即增加渣中cao的含量，降低渣的粘度，增加爐渣的電導率，二者的增加都能夠改善爐內反應的動力學條件，保證爐內功率分布均勻，擴大坩堝，但同時也

20、出現了電極消耗過快，爐墻掛渣減少，熱量損失等不利因素。(4) 提高合金中c與si的百分含量，選用合適的鉻礦與控制合適的爐渣熔點(5) 有時在鐵水包中加入石灰等脫硫劑也有一定的效果。(6) 加石灰之后，降低了熔渣的熔點，最終導致合金增碳，同時也降低了鉻回收率4.3 原因分析(1) 石灰在成渣過程中與渣中Mgo,AL203形成鈣鋁黃長石，其熔點在1500C左右，降低了還原溫度，使渣中cr2o3濃度增加，從而導致合金增碳。(2) 由于石灰量的增加，使渣中cac2量增加，從而導致合金增碳。(3) caoMgoSiO2AL2O3四元渣系的脫硫能力遠大于MgOSiO2AL2O3三元渣系，加石灰之后，能降低

21、熔體的粘度及提高熔體電導率。(4) 冶煉高碳鉻鐵采用四元渣時，渣中CaO含量不宜控制過高，否則會引起負效應。對于一定的熔渣，其電導率與粘度成反比，因此加石灰后，在使爐渣粘度降低的同時，能提高爐渣的電導率。5. 高碳鉻鐵冶煉中鉻元素的流向分析及提高鉻回收率的途徑探討5.1 有關計算式為了能較清晰地對高碳格鐵冶煉過程中鉻元素的流向進行分析,筆者推導出幾個能夠進行定量計算的公式。在高碳鉻鐵生產中以鉻元素的不同流向的狀態及途徑為特征,可劃分為機械損失的鉻、成品鐵中鉻、渣中Cr203:帶走的鉻和合金形式損失的鉻四個部分。在高碳鉻鐵的投入產出過程中,鉻元素有如下平衡:入爐鉻礦中的鉻量=成品合金中的鉻量+機

22、械損失的鉻量+以合金形式損失的鉻量+渣中Cr2O3帶走的鉻量，即H+q+V+u=15.2鉻元素的流向分析HO5.3 提高鉻元素回收率的途徑有了前面的流向分析，再研究提高H的途徑，就顯得容易方便了，提高H的途徑應是降低q、u、V三部分。下面就降低這三項的途徑及可行性進行一下探討。（1）降低q根據前面分析,q可使H降低3一5個百分點;如前所述，對于一定的配料程序及爐子來講,q的變化不會很大，但這并不意味著q不可降低。減少配料路徑和程序,增加除塵回收設施,加強原料管理，可使q下降。增加除塵設施使q降低1一2個百分點是可能的（測算除塵設施回收的原料占消耗的1一2%），此舉不僅有長遠的經濟效益，而且具有

23、減少污染的社會效益。（2）降低u根據對u的分析，降低u也就是提高h。前面己經分析了影響h的因素，下面有針對性地提出一些提高h的途徑。鉻礦粒度根據文獻，不同容量電爐與入爐鉻礦塊度之間有如圖2的關系。圖中虛線與上限線間塊度的鉻礦量應占總量的50%以上2下限線以下的碎礦量應少于20%。查此圖可知,9000kVA爐子的鉻礦塊度中150一85m2m的應占50%時以上,Mg0/Al2031.70為好。合適的渣型高碳鉻鐵爐渣成分可在較寬的可調范圍內滿足冶煉的要求，因為在實際生產中除使用一些特殊性能的格礦外，很少因調渣不當而出現技術失誤。但目前鉻礦種類變化頻繁，以上提到的鉻礦合理配比是應注意的一個方面，同時爐

24、渣的熔化溫度、粘度、導電性能等的調整手段也應同步，才能穩定高碳鉻鐵的冶煉過程和獲得最佳的經濟效益。在理論指導下，并針對實際情況，掌握合理的調渣經驗，才能得到合適的渣型，使h提高。通過以上分析，注意影響h的蘭大環節，使h達到96%是不成間題的，這樣可使-,降低1.5一2個百分點。降低V由鉻的流向分析可知,v是造成h偏低的主要因素，這部分損失也是最可惜的，如果回收回來基本上是成品鐵,其效益也最大。降低v也就是回收渣中鐵?；厥者@部分鐵的途徑很多，如回爐重熔、強磁選、重液法、跳汰法等工藝。但由于諸多原因，未被普遍采用，現在采用的還是部分富渣回爐，這種途徑雖能使鉻元素損失有所減少，但受具體操作及設備條件

25、的限制，效果難以保證。目前回收爐渣中鐵最為有效和易行的方法是跳汰重力分選法，它具有設備簡單、操作維護容易、能耗少、適應性強等長處，而且分離效率高、生產能力大。據某廠介紹，現在年處理渣量達三萬余噸，月產量穩定在120一140噸左右，平均回收率可達72.49%，回收的鐵中鉻含量為58一60%，可直接用于硅鉻合金生產。而且處理后的尾渣也可多方利用，綜合效益極佳。若某廠高碳鉻鐵爐也采用此法,即使回收率為70%，則也可使V提高4一5個百分點。當然，加大富渣回爐力度亦可收到相當的效果。綜合以上可知，我廠1993年307#爐鉻的回收率為82.7%。通過對鉻元素的流向分析，如果針對一些環節來取相應的措施，使q

26、+u+V降低6一9個百分點是可能的，這樣可使鉻回收率達90%以上。6.結論藏礦具備熔煉FeCr67C6.0產品的條件，礦石粒度在2080mm之間較為合適。用高電壓提高爐溫，正常工作電壓為3級158V。原料中焦炭配入量在150165kg/批之間較合適。用難熔礦冶煉FeCr67C6.0牌號鉻鐵時不能靠合金增硅來達到降碳目的。本次試驗的渣型為：1.44%3.78%Cr2O3；29%31%SiO2；32%34%MgO；19%21%Al2O3不是很理想，有待進一步探討。延長精煉時間，為脫碳反應創造條件，由正常班出四爐改為班出三爐。在高碳鉻鐵冶煉過程中，爐內各熔煉區的合金含硅量具有一定的變化規律。實際生產過程中，由于鉻礦與爐渣性能的變化及外來因素的影響，都會使合金含硅量有較大波動，但我們通過以下幾方面的措施，可使合金含硅量得到很好控制確定好熔劑硅石的配入量，在鉻礦種類確定后，根據理論計算和實際摸索，將硅石確定在本文圖區的最佳范圍內料批中硅石配入量確定尼，使用料批中焦炭這一單變量調整合金含硅量在使用較高的鉻礦