浅谈高碳铬铁各种成分的影响因素及控制摘要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、合金添加剂、还原剂等的合金。
铬是钢中功能最多、应用最广泛的合金化元素之一。
铬具有显著改变钢的抗腐蚀能力和抗氧化能力的作用，并有助于提高耐磨性和保持高温强度。
在各种不锈钢中，铬是一种必不可少的成分。
本篇文章就当今社会高碳铬铁中碳、硅、硫和铬回收率方面进行了简要论述。
主要从高碳铬铁中各种成分反应的机理和常见成分控制进行阐述，揭示了各种成分的控制方法和效果。
关键词：高碳铬铁；成分控制；铬回收率目录1. 前言 ........................................................ - 1 -2. 冶炼原理 .................................................... - 1 -2.1电炉熔池结构............................................. - 1 -2.2铬的碳化物生成机理....................................... - 2 -2.3影响合金含碳量的因素..................................... - 3 -2.3.1铬矿............................................... - 3 -2.3.2合金的含硅量....................................... - 3 -2.3.3渣型............................................... - 4 -2.3.4冶炼操作........................................... - 5 -3. 高碳铬铁冶炼中的硅行为浅析 .................................. - 5 -3.1高碳铬铁冶炼过程中合金含硅量的变化规律：................. - 5 -3.2高碳铬铁冶炼过程中合金含硅量变化的影响因素：............. - 5 -4. 高碳铬铁合金降硫途径探讨 .................................... - 6 -4.1硫的来源及存在状态....................................... - 6 -4.2降低高碳铬铁合金中硫含量主要有一下几种途径............... - 6 -4.3原因分析................................................. - 7 -5. 高碳铬铁冶炼中铬元素的流向分析及提高铬回收率的途径探讨 ...... - 7 -5.1有关计算式............................................... - 7 -5.2铬元素的流向分析......................................... - 8 -5.3提高铬元素回收率的途径................................... - 8 -6. 结论 ....................................................... - 10 - 后记 .......................................................... - 12 - 参考文献 ...................................................... - 13 -1.前言我国国家标准规定高碳铬铁合金的含碳量为4一10% 。
实际上 ,用户对高碳铬铁含碳量的要比上述范围更狭窄的情况已日趋增多 ,还有通过合金含碳量的控制来改善其破碎性能等一些特殊的要求。
因此 ,在高碳铬铁冶炼过程中如何控制合金含碳量已成为一个重要的技术课题。
对于高碳铬铁冶炼过程中各种铬的碳化物的生成机理及合金含碳量的影响因素已有不少人作过探讨,但研究尚有待进一步深化。
我们参阅了有关研究资料 ,并根据我们对高碳铬铁生产实践的认识,对高碳铬铁冶炼过程中合金含碳的变化规律及其影响因素进行了粗浅的分析,同时提出了控制该产品含碳量的一些原则意见。
对于高碳铬铁冶炼过程中各种铬的硅化物的生成机理及合金含硅量的影响因素已有不少人进行了探讨,但研究尚有待进一步深化。
我们参阅了有关的研究资料 ,并根据我们对高碳铬铁生产实践的认识 ,对高碳铬铁冶炼过程中合金含硅量的变化规律及影响因素进行了粗浅的分析,同时提出了控制该产品含硅量的一些意见。
降低高碳铬铁含硫量是生产高碳铬铁的重要课题。
在冶炼过程中,硫的分配情况是50一60%进人炉渣 ,20一30%挥发 ,8一15%左右进人合金。
如何降低进入合金中的硫是铁合金工作者一直关注的问题〔影响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,炉渣碱度及炉温等对合金的脱硫都有影响。
铬元素能使钢、合金和某些金属材料具有特殊的物理化学性质,可改善材料的性能,它作为重要的合金元索之一己被广泛重视和使用。
铬元素是从铬矿中的Cr2O3被还原得到的。
我国是世界上铬矿资源缺乏的国家之一,使用的铬矿多数为进口矿。
因此,在铁合金冶炼中铬矿的合理使用已被关注,提高铬元素的回收率有着重要意义,每提高一个百分点其效益都是很可观的。
2.冶炼原理2.1电炉熔池结构图1 高碳铬铁电炉熔池结构2.2铬的碳化物生成机理在矿热炉中，用焦炭作还原剂对铬矿进行还原时，三氧化二铬的碳热还原反应及标准自由能的变化如下：2/3Cr2O3＋26／9C=4／9Cr3C2＋2CO (1)=478233.8－349.03T(J)T开=1100℃2／3Cr2O3＋18／7C=4／21Cr7C3＋2CO (2)=482288.4－343.14T(J)T开=1130℃2／3Cr2O3＋54／23C=4／69Cr23C6＋2CO (3)=494368.6－341.72T(J)T开=1175℃随着炉料的下降和炉温的升高，Cr3C2与Cr2O3反应生成Cr7C3：5(Cr2O3)＋27[Cr3C2]=13[Cr7C3]＋15CO (4)=3863480－231.32T(J)T开=1385℃2／3[Cr2O3]＋14／5[Cr3C2]=4／3[Cr]＋6／5[Cr7C3]＋2CO (5)=543609－309.45T(J)T开=1484℃实际生产中，有时因入炉的矿物结构不同而造成难熔、难还原；或因入炉矿石块度过大，来不及还原而落到炉渣下层形成残矿层，其与温度高达1700℃的熔融铁液或下落的合金液滴接触发生激烈的脱碳反应：3[Cr7C3]＋(Cr2O3)=[Cr23C6]＋3CO (6)=621148－328.13T(J)T开=1620℃[Cr23C6]＋2(Cr2O3)=27[Cr]＋6CO (7)=682594－344.22T(J)T开=1710℃上述反应所生成的铬碳化物及其理论含碳量见表2。
表2 铬的碳化物理论含碳量(％)2.3影响合金含碳量的因素2.3.1铬矿铬矿物理化学特性的差异直接影响到其在炉内的反应活性。
不同的铬矿在相同的温度条件下，其Cr2O3的还原速度相差很大。
一般铬矿中Cr2O3的开始还原温度为1100℃；而在1400℃时，不同铬矿Cr2O3还原反应速度基本相近；在1200℃以下对几种铬矿的实际测试表明，不同铬矿Cr2O3的还原反应速度相差较大。
因此，若铬矿的化学成分和矿物结构能保证Cr2O3在1200℃以下有较高的还原程度，则会优先生成含碳较高的Cr3C2和Cr7C3的。
从而使合金有较高的含碳量；对于还原程度较低的铬矿，当温度高于1200℃后则会在生成Cr3C2和Cr7C3的同时，还有一定数量的Cr23C6生成，从而降低了合金的含碳量。
当铬矿的结构致密，结晶粗大而块度又较大时，铬的复合氧化物既难分解又难还原，在冶炼过程中只有进入高温电弧区方能进行急剧反应，从而使Cr23C6和Cr的比例增加，同时已生成的铬的碳化物与渣中Cr2O3反应精炼脱碳继续降低合金含碳量〔2〕。
因此，根据产品含量的要求，以及不同铬矿的性质，合理地选择和使用铬矿是很重要的。
藏矿是铝铬铁矿，属于密斑晶矿(又称硬铬尖晶石)，难熔、还原性差，适合于冶炼低碳产品，所以我们这次试验生产的FeCr67C6.0产品全部采用藏矿。
通过三次试验证明：铬矿的粒度在20～80mm之间效果最好。
2.3.2合金的含硅量在高碳铬铁冶炼过程中，当熔炼温度达到1200℃左右时，硅开始被还原(SiO2＋2C=Si ＋2CO)，还原出来的Si进一步与铬的碳化物反应，生成稳定的硅化铬(Cr7C3＋7Si=7CrSi ＋3C，Cr7C3＋10Si=7CrSi＋3SiC)〔3〕。
生产实践表明：当使用能生产出含碳量大于8％的铬矿时，随着合金含碳量的升高其含硅量相应下降或趋于不变〔2〕。
在使用难还原矿生产FeCr67C6.0牌号铬铁时，由于在合金的上面形成一个“残矿层”，在1700℃以上的高温下，当熔融的合金滴穿过该残矿层时，便发生激烈的脱碳反应。
此时，脱碳反应远比硅的还原反应激烈，并且伴随着脱碳反应的同时发生脱硅反应(3CrSi ＋2Cr2O3=7Cr＋3SiO2)〔4〕，使生成合金的含碳量相对稳定，且硅含量的提高对其影响不大，因此用难还原矿生产FeCr67C6.0牌号铬铁时，不能靠合金增硅来达到降碳目的。
2.3.3渣型我公司生产高碳铬铁的渣型及本次试验的渣型见表6。
表6 高碳铬铁渣型从表6的数据可以看出，渣中的MgO/Al2O3的比值越大，合金含碳则越高；反之，合金含碳则降低。
在第三次试验中生产出的含C≤6.0％的产品比例最高仅为69％，由此看出，试验中所采用的渣型还存在一定问题，同表7的渣型对比，试验所用的渣型中Al2O3的数值很低，MgO/Al2O3的比值相对较高以至于难以持续稳定的生产出含C≤6.0％的产品。
因此，通过生产实践笔者认为，生产C≤6.0％的产品时使用含氧化铝高的铬矿或原料中适当配入含氧化铝高的残渣，可收到较好的效果。
2.3.4冶炼操作生产C≤6.0％的高碳铬铁时，出铁温度至关重要。
为了不产生高碳碳化物，一般出铁温度在1700℃。
为此，一方面我们在通过调整炉料中SiO2或Al2O3的含量来控制温度，同时由原来班出四炉改为班出三炉，以延长精炼时间提高炉温，并减少原料中焦炭的配入量，以利于电极深插；另一方面使用高电压(3级158V)来提高炉温，使合金脱碳反应顺利进行。