廣義的鐵合金是指煉鋼時作為脫氧劑、元素添加劑等加入鐵水中使鋼具備某種特性或達到某種要求的一種產品。鐵合金的主體元素一般熔點較高,或者它的氧化物難于還原,難于煉出純金屬,若與鐵在一起則較易還原冶煉。鐵合金主要用電爐生產,電耗高(每噸綜合平均約5000千瓦·時),需要豐富而價廉的電力資源。鐵合金作為煉鋼脫氧劑,應用最廣泛的是硅錳、錳鐵和硅鐵。含有兩種或多種合金元素的鐵合金叫做復合鐵合金,使用這類鐵合金可同時加入脫氧或合金化元素,對煉鋼工藝有利,且能較經濟合理地綜合利用共生礦石資源。
用途
脫氧劑:在煉鋼過程中脫除鋼水中的氧,某些鐵合金還可脫除鋼中的其他雜質如硫、氮等。
合金添加劑:按鋼種成分要求,添加合金元素到鋼內以改善鋼的性能。
孕育劑:在鑄鐵澆鑄前加進鐵水中,改善鑄件的結晶組織。
還原劑:以金屬熱還原法生產其他鐵合金和有色金屬的還原劑;有色合金的合金添加劑;還少量用于化學工業和其他工業。
鋼鐵,所有的鋼都是鐵合金的一種,這也使得鐵合金是使用最廣泛,用量*的合金。
高中課本中還把某些高碳鐵以及所有含鐵的合金全部稱為鐵合金。
其他用途
基本用途
作為煉鋼脫氧劑,應用最廣泛的是硅錳、錳鐵和硅鐵。強烈的脫氧劑為鋁(鋁鐵)、硅鈣、硅鋯等(見鋼的脫氧反應)。用作合金添加劑的常用品種有:錳鐵、鉻鐵、硅鐵、鎢鐵、鉬鐵、釩鐵、鈦鐵、鎳鐵、鈮(鉭)鐵、稀土鐵合金、硼鐵、磷鐵等。各種鐵合金又根據煉鋼需要,按合金元素含量或含碳高低規定許多等級,并嚴格限定雜質含量。含有兩種或多種合金元素的鐵合金叫做復合鐵合金,使用這類鐵合金可同時加入脫氧或合金化元素,對煉鋼工藝有利,且能較經濟合理地綜合利用共生礦石資源。常用的有:錳硅、硅鈣、硅鋯、硅錳鋁、硅錳鈣和稀土硅鐵等。
煉鋼用純金屬添加劑有鋁、鈦、鎳和金屬硅、金屬錳、金屬鉻等。某些易還原的氧化物如MoO、NiO,也用于代替鐵合金。此外,還有氮化鐵合金,如經過氮化處理的鉻鐵、錳鐵等,以及混有發熱劑的發熱鐵合金等。
基本分類
鐵合金的品種繁多,分類方法也多一般按下列方法分類:
1. 按鐵合金中主元素分類,主要有硅,錳,鉻,釩,鈦,鎢,鉬等系列鐵合金。
2. 按鐵合金中含碳量的分類,有高碳,中碳,低碳,微碳,超微碳等品種。
3. 含有兩種或者兩種以上合金元素的多元鐵合金,主要品種有硅鋁合金,硅鈣合金,錳硅鋁合金,硅鈣鋁合金,硅鋇鈣合金等。
4. 按生產方法分類:有高爐鐵合金,電爐鐵合金,爐外法(金屬熱法)鐵合金,真空固態還原鐵合金,電解法鐵合金,此外還有氧化物壓塊與發熱鐵合金等特殊鐵合金。
硅鐵、錳鐵、硅錳、鉻鐵、鎢鐵、釩鐵、鎳鐵、鉬鐵、鈦鐵、稀土鎂硅、稀土硅鐵、硅鈣合金、硅鋇合金、硅鋁合金、鉭鈮、磷鐵、硼鐵等。
冶煉
性質
鐵合金的主體元素一般熔點較高,或者它的氧化物難于還原,難于煉出純金屬,若與鐵在一起則較易還原冶煉。在鋼鐵冶煉中使用鐵合金,其中含鐵非但無害,而因為易熔于鋼水反較
鎳鐵
有利。因此,煉鋼生產過程中的脫氧和添加合金,大多以鐵合金的形式加入。鐵合金一般很脆,不能作為金屬材料使用。
煉制
用坩堝冶煉低品位鐵合金是1860年左右開始的。后來發展了用高爐煉錳鐵和含硅12%以下的硅鐵。1890~1910年間在法國開始用電弧爐生產鐵合金。穆瓦桑(H.Moissan)曾用電弧爐對難還原元素進行系統試驗,埃魯(P.L.T.H□roult)應用于工業生產,當時都用焦炭和木炭作還原劑還原有關礦石,產品大多是高碳的。1920年以后,為了滿足優質鋼和不銹鋼發展的需要,開始生產低碳鐵合金的新階段。一方面,在戈爾德施米特(K.Goldschmidt)1898年提出的鋁熱法制取金屬的工藝基礎上,發展出用鋁熱法冶煉一些不含碳的鐵合金和純金屬;另一方面研制出在電爐中氧化含硅合金的脫硅精煉法。由于鋁熱法生產費用太高,脫硅精煉法得到了較多的應用。直到如今中碳、低碳、微碳鉻鐵,中碳、低碳錳鐵,金屬錳大多仍用此法精煉。精煉鉻鐵的熱兌法即把液態的礦石、石灰熔體與硅鉻合金,通過熱兌混合加速反應,是脫硅精煉法的進一步發展。此外也用電解法生產純凈的合金添加劑(如金屬錳),并采用真空脫碳法生產含碳極低的超微碳鉻鐵。數年還發展出應用純氧吹煉法精煉鉻鐵、錳鐵的方法。
中國在1940年左右用小型電爐生產硅鐵、錳鐵。1955年起吉林鐵合金廠開始大規模生產。隨后在各地建設了一批鐵合金廠,并用小型高爐生產錳鐵,滿足了全國鋼鐵工業的需要。
主要污染
鐵合金生產的主要污染物有煙塵、廢渣、廢水,對環境影響*的是煙塵。根據規定,廢氣可分為含顆粒物廢氣和含氣態污染物廢氣兩大類。鐵合金廠廢氣來源于礦熱電爐、精煉電爐、焙燒回轉窯、多層機械焙燒爐和鋁金屬法熔煉爐。鐵合金廠廢氣的排放量大,含塵濃度高,廢氣中90%是二氧化硅,還含有氯氣、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫等。廢渣、廢水里是鉻化合物的污染最為嚴重。
國家經貿委、環保總局等部門還在聯合下發的《關于加快我國鐵合金工業結構調整的意見》中(國經貿產業[1999]633號)提出,從1999年起到2005年,停止新建各類鐵合金電爐(爐窯)和高爐。
當前國家環保部門正推出環境保護相關規章制度,及淘汰落后產能以加速產業集中管理,解決污染難以治理問題。
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