铁合金根据产品品种和质量要求采用不同的冶炼方法,主要有碳还原法(高炉、电炉)、金属热还原法和电解法;并可采用脱硅精炼、吹氧、真空固态脱碳等方法进行精炼。某些合金元素在矿石中含量很低,必须先进行富集,包括选矿和湿法冶金或火法冶金处理,提取纯净的氧化物或其他中间产品,再行冶炼。
用铝或硅作还原剂进行金属氧化物的还原。由于反应激烈、集中,释放出大量热能,产生高温,在一定条件下还原反应可自动进行,使金属和炉渣全部熔化,炼得铁合金产品。
铝热法 用铝作还原剂,反应一般都能自动进行,用不加热的反应器冶炼,所以又称炉外法。常用于钛铁、钼铁、高钒铁、硼铁和金属铬等的生产。铝热法冶炼设备是简单的铁制圆筒形熔炼反应器,由两个半筒或几部分组成。便于拆卸更换。反应器(也称炉筒)可安放在预先做好的砂窝上,或放在可移动的、铺有耐火材料的小车上。反应器和砂窝都要预先干燥,以防爆炸。冶炼设备要有排烟装置。铝热法的冶炼操作有两种方式:①上部点火,如用于冶炼钼铁。②下部点火,如用于冶炼钒铁。
铁合金的生产方法很多,其中大部分铁合金产品是采用火法冶金生产的。根据使用的冶炼设备、操作方法和热量来源,主要分为以下几种:
按生产设备分类
根据生产设备可分为高炉法、电炉法、炉外法、转炉法及真空电阻炉法。
(1)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80%。
(2)高炉法。高炉法所使用的主体设备为高炉。高炉法是早采用的铁合金生产方法。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。
(3)炉外法(金属热法)。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进行冶炼,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。
(4)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,将液态高碳铁合金兑入转炉,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,生产间歇进行。
(5)真空电阻炉法。生产含碳量极低的微碳铬铁、氮化铬铁、氮化锰铁等产品时采用真空电阻炉法,其主体设备为真空电阻炉。
铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。合金钢中含铬量若达到12%左右,在钢的表面便形成致密的铬的氧化物,使钢在氧化性介质中的耐蚀性发生突变而大大提高。铬、铝、硅等元素,能提高钢的抗氧化性和抗高温气体的腐蚀性能,但过量的铝和硅则会使钢的热塑性变坏。镍主要用来形成和稳定奥氏体组织,使钢获得良好的力学性能、耐蚀性能和工艺性能。钼能使不锈耐酸钢很快钝化,提高对含有氯离子的溶液及其他非氧化性介质的耐蚀能力。钛、铌通常用来固定合金钢中的碳,使它生成稳定的碳化物,以减轻碳对合金钢耐蚀性能的有害作用。铜和磷配合使用时,可提高钢的耐大气腐蚀性能。