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铁合金生产根据设备、工艺、热量等可分为12种方法

发布日期: 2019-06-15 10:27:14    阅读量(118)    作者:张红

铁合金生产就是将炉料、还原剂、渣料、成分调节剂在髙温下经过物理化学变化生成合金、炉渣、炉气的过程。要保证其变化按需要的方向进行,必须要有?#27426;?#30340;冶炼设备、正确的操作和提供必要的热量。铁合金的?#20998;?#22810;,原料复杂,所提取的合金元素物理化学性质差别大,因此采用的生产方法也有所不同。

(1)按使用的设备不同来分

按使用的设备不同可分为:高炉法、矿热炉法、电弧炉法、炉外法、真空电阻炉法和氧气转炉法等。下面分别予以介绍。

1)高炉法

高炉法是工业上大规模生产铁合金最早采用的方法,用焦炭燃烧产生的热量进行冶炼,焦炭不但是燃料同时也是还原剂。用高炉法冶炼铁合金产量高、成本低。

锰铁高炉炉体结构如图1所示。冶炼时把?#28845;蟆?#28966;炭和熔剂从炉顶分别装入炉内,高温空气或富氧经风口鼓入,使焦炭燃烧获得高温进行还原?#20174;Γ?#29076;化的金属和炉渣汇集在炉缸中。通过渣口、铁口定时放渣、出铁,随着炉料熔化下沉从炉顶不?#31995;?#21152;入新料,生产是连续进行的。

图1 锰铁高炉炉体结构

2)矿热炉法

用电能、用碳作还原剂生产铁合金,常用的矿石还原炉,简称为矿热炉。矿热炉法是铁合金生产的主要方法。铁合金产量中的约72%是用此法生产的。冶炼过程中热量的来源为电能,用碳作还原剂。图2为矿热炉剖面图。

图2 矿热炉

冶炼时从炉口加入混合好的原料,三根电极埋在炉料中。依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻热加热炉料,高温炉料与还原剂碳发生还原?#20174;?#29983;成铁合金液;通过出铁口定时出铁放渣。随着炉料下沉从炉口不断加入新料,生产是连续进行的。

3)电弧炉法

用硅(主要是硅质合金)作还原剂生产铁合金通常采用电弧炉,热量来源为电能和化学?#20174;?#28909;。

图3为可倾式电弧炉简图。炉料从炉顶或炉门装入炉内,整个冶炼过程可分为引弧、加料、熔化、精炼和出铁五个阶段。依靠电弧放热和硅氧化的?#20174;?#28909;完成冶炼过程。冶炼完成后把合金和炉渣一起倒入包中,生产是间断进行的。

图3 电弧炉结构图

电弧炉生产所用的主要原料有矿石(包括精矿或较纯的氧化物)、硅质还原剂和熔剂等。?#22771;?#29983;产的主要?#20998;?#26377;稀土硅铁合金、中低碳锰铁、中低碳铬铁、钒铁和铌铁等。

4)炉外法

炉外法一般生产高熔点、难还原、含碳极低的合金或纯金属。所用冶炼设备为筒式炉,热量来源为化学?#20174;?#28909;,生产是间歇式。图4为炉外法筒式炉简图。

图4 筒式炉示意图

冶炼所用的原料有精矿或纯氧化物、还原剂(硅铁、铝)、熔剂(石灰、萤石)、?#20013;肌?#38081;矿石?#22836;?#28909;剂等。冶炼前先将炉料破碎、干燥,按?#27426;?#27604;例和顺序配料混匀后装入炉内。用引火剂(?#19978;?#30707;、镁屑、铝粒组成)引火,依靠?#20174;?#28909;获得高温完成还原过程。因此必须达到?#27426;?#30340;发热量,以保证还原过程要求的高温。

炉外法生产的?#20998;种?#35201;有钼铁、钛铁、金属铬、硼铁、铌铁、高钒铁等。

5)真空电阻炉法

冶炼是在真空电阻炉中进行的,热量来源主要是电阻热,生产是间歇式的。真空电阻炉横截面图如图5所示。

图5 真空电阻炉示意图

冶炼时将高碳铬铁粉的混合物压制成块料型装入炉内,依靠电流通过电极时的电阻热加热炉料,同时抽气,脱碳?#20174;?#26159;在1300℃左?#33402;?#31354;固态下进行的,冶炼时炉内压力一般为700?900Pa。冶炼完毕后,合金由横卧式的圆筒电阻炉端部炉门取出。

真空电阻炉生产的?#20998;种?#35201;是含碳极低的微碳铬铁(C<0.03%),还可以生产含氮铁合金等。

6)氧气转炉法

这是新发展的一种铁合金生产方法,生产率很高。氧气转炉按供氧方式有侧吹、顶吹和顶底复合吹转炉,生产是间歇式的。顶吹氧气转炉是内砌耐火材料的圆筒形可倾动式炉子,其结构如图6所示。

图6 顶吹氧气转炉示意图

转炉所用的原料是液态高碳铬铁或高碳锰铁和少量熔剂。冶炼时将液态高碳合金兑入转炉内,高纯氧气经氧枪?#31561;?#28809;内进行精炼,依靠硅碳氧化?#20174;?#25918;出的热量进?#22411;?#30899;,根据冒出的火焰变化情况等判断吹炼终点,冶炼完成后,将合金和炉渣一起倒入包中,冶炼是间歇?#27975;?#34892;的。

?#22771;?#29983;产的?#20998;?#26377;中低碳铬铁、中低碳锰铁等。

(2)按工艺特点分类

按生产过程操作工艺特点不同可分为无熔剂法和熔剂法。

无熔剂法生产铁合金一般多用碳质材料作还原剂,生产时不加造渣材料调整炉渣成分和性质,例如硅铁、硅钙合金、工业硅等用无渣法冶炼。熔剂法生产铁合金所用的还原剂既可是碳质材料也可以是硅或其他金属,生产时要加熔剂造渣调节炉渣成分和性质,由于生产?#20998;?#19981;同,常用的熔剂有:石灰、白云石、萤石等。铬铁、锰铁等常用此法冶炼。有时也可根据生产中所产生炉渣数量的多少不同又分为有渣法和微渣法。

(3)按热量来源分类

按热量来源不同可分为碳热法、电热法、电硅热法和金属热法。

碳热法其冶炼过程的热量来源主要是焦炭的燃烧热,一部分焦炭也可作为还原剂还原矿石中氧化物,生产时主要采用连续式在矿热炉中进行,如硅铁、锰铁等。

电硅热法是用硅或所需要提取的合金元素的硅化物作还原剂还原矿石中的氧化物,其热量来源一部分是硅氧化时放出的化学热,而不足的大部分热由电能供给。采用此法生产铁合金是在电弧炉中进行的,采用间歇式操作,如中低碳锰、稀土合金等。

金属热法经常选用强还原剂铝粒和75%硅铁粉作还原剂,也有时用硅、铝混合物。用硅为主要还原剂的称为硅热法,以铝为主要还原剂的称为铝热法。

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