高碳鉻鐵成分影響因素及控制措施

張慧鳳

摘 要：高碳鉻鐵主要用于不銹鋼生產(chǎn)，文章首先對其要用途進(jìn)行了分析，然后對其冶煉工藝原理及操作分行了探討，最后研究了合金中各種成分的影響因素和控制措施。

關(guān)鍵詞：高碳鉻鐵；成分；影響因素；控制措施

中圖分類號：TF641.3.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0173-02

1 用 途

高碳鉻鐵主要用于不銹鋼生產(chǎn)，其中200系不銹鋼含鉻量約在16%，300系不銹鋼含鉻量約在25%，400系不銹鋼含鉻量約在14%。鉻鐵需求量最大的300系不銹鋼也是不銹鋼生產(chǎn)中最大比例的產(chǎn)品。

用作含碳較高的滾珠鋼、工具鋼和高速鋼的合金劑，提高鋼的淬透性，增加鋼的耐磨性和硬度；用作鑄鐵的添加劑，改善鑄鐵的耐磨性和提高硬度，同時使鑄鐵具有良好的耐熱性；用作無渣法生產(chǎn)硅鉻合金和中、低、微碳鉻鐵的含鉻原料；用作電解法生產(chǎn)金屬鉻的含鉻原料；用作吹氧法冶煉不銹鋼的原料。

2 冶煉工藝原理及操作

2.1 冶煉工藝

高碳鉻鐵的冶煉方法有高爐法、電爐法、等離子爐法等。使用高爐只能制得含鉻在30%左右的特種生鐵。目前，含鉻高的高碳鉻鐵大都采用熔劑法在礦熱爐內(nèi)冶煉。

電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本原理是用碳還原鉻礦中鉻和鐵的氧化物。碳還原氧化鉻生成Cr2C2的開始溫度為1 373 K，生成Cr7C3的反應(yīng)開始溫度1 403 K，而還原生成鉻的反應(yīng)開始溫度為1 523 K，因而在碳還原鉻礦時得到的是鉻的碳化物，而不是金屬鉻。鉻鐵中含碳量的高低取決于反應(yīng)溫度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。

2.2 冶煉高碳鉻鐵的原料

冶煉高碳鉻鐵的原料有鉻礦、焦炭和硅石。

鉻礦中Cr2O3≥40%，Cr2O3/∑FeO≥2.5，S<0.05%，P<

0.07%，MgO和Al2O3含量不能過高，粒度10～70mm，如是難熔礦，粒度應(yīng)適當(dāng)小些。

焦炭要求含固定碳不小于84%，灰分小于15%，S<0.6%，粒度3～20 mm。

硅石要求含SiO2≥97%，Al2O3≤1.0%，熱穩(wěn)定性能好，不帶泥土，粒度20～80 mm。

2.3 冶煉操作

電爐熔劑法生產(chǎn)高碳鉻均攤采用連續(xù)式操作方法。原料按焦炭、硅石、鉻礦順序進(jìn)行配料，以利混合均勻，敞口爐通過給料槽把料加到電極周圍，料面呈大錐體。封閉爐由下料管直接把料加入爐內(nèi)。隨著爐內(nèi)爐料的下沉而及時補充新料，以保持一定的料面高度。

爐況正常時，三相電流平衡，電極穩(wěn)定，透氣好，無刺火，爐料能均勻下沉；渣鐵溫度正常，合金和爐渣的成分穩(wěn)定，并能順利地從爐內(nèi)放出。爐況不正常時，合金和爐渣的成分不穩(wěn)定，不能順利地從爐內(nèi)放出。

3 合金中各種成分的影響因素

合金中的鉻含量取決于鉻礦中Cr2O3/∑FeO和鉻的回收率。合金中的碳含量主要與鉻礦的物理性能有關(guān)。當(dāng)鉻礦熔化性好，塊度小時，化料速度快，爐溫低，合金含碳量高；反之，若礦石難熔，塊度大，化料速度慢，爐溫高，由于塊礦中Cr2O3對鉻的碳化物有精煉作用，合金含碳量，合金中的硅含量則低。生產(chǎn)中合金含硅量波動在0.1%～5%之間。合金中的硫80%左右來自焦炭，因此要降低合金硫含量，必須采用低硫焦炭。實際生產(chǎn)中為保證生產(chǎn)穩(wěn)定受控，需要重點關(guān)注以下幾方面，才能保證各種成分穩(wěn)定受控。

3.1 原料：鉻礦

高碳鉻鐵的實際生產(chǎn)過程中，沒有哪一種礦能同時滿足入爐冶煉要求，因此總是需要將幾種礦按一定的比例搭配在一起，達(dá)到入爐冶煉要求。

3.1.1 鉻礦搭配原則

在高碳鉻鐵的實際生產(chǎn)中往往需要選擇合適的礦種搭配以及搭配比例。鉻礦搭配的原則主要有：

①合適的鉻鐵比（Cr2O3/∑FeO）。一般來說，冶煉含鉻量大于50%的合金要求入爐綜合礦的Cr2O3/∑FeO比值大于2.0；而冶煉含鉻量大于60%的合金要求此比值大于2.6。

②合適的MgO/Al2O3比值。它不但影響熔渣的導(dǎo)電性能和還原性能，而且影響合金的含碳盤。在實際生產(chǎn)中，使用MgO/ Al2O3，比值偏低的鉻礦需配足量的焦炭，以增加焦炭層的厚度，一方面是為了保證爐底不易損壞，另一方面也是為了增加未還原礦核在焦炭層的滯留時間。減少渣中跑鉻。

③合適的塊度搭配。單獨使用粉礦時，易造成粉礦燒結(jié)，使料面透氣性變差，嚴(yán)重破壞了冶煉氣氛；使用塊度大的鉻礦易增加精煉層厚度，造成合金含碳量偏低。

④合適的熔化性能。單純使用易熔鉻礦會造成成渣過早，使熔化速度快于還原速度，易造成渣中跑鉻高現(xiàn)象；單純使用難熔鉻礦會增厚精煉層，出現(xiàn)大量未還原礦核以及合金含碳量偏低等現(xiàn)象，給正常冶煉帶來了很大的困難。合理搭配鉻礦使熔渣有合理的熔點，對改善經(jīng)濟指標(biāo)非常重要。

3.1.2 常用的鉻礦

常用的鉻礦有土耳其鉻礦、阿曼鉻礦、南非精粉和印度精粉。某企業(yè)所用的鉻礦主要是土耳其、因其品位不高，粉率高，配阿曼塊礦、南非精粉和少量的印度精粉，保證入爐品位、粉率等指標(biāo)達(dá)到入爐冶煉要求。具體指標(biāo)，見表1。

備注：注意各種礦中各項指標(biāo)的高低搭配，不能都取上限或下限，以滿足生產(chǎn)要求，作為主礦的土耳其鉻礦的必備條件：Cr/Fe≥2.4；M/A≥1.9；Si02含量≤14%。

由于鉻礦受種類和批次影響波動很大，各單位制定了與設(shè)備相匹配的進(jìn)廠原料配料標(biāo)準(zhǔn)，及時比對商檢報告與進(jìn)廠鉻礦之間的差距，保證入爐鉻礦各項指標(biāo)穩(wěn)定正常，保證冶煉生產(chǎn)正常穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定受控。

鉻礦水分偏大時可導(dǎo)致爐內(nèi)各項指標(biāo)大幅波動，鉻礦粉率太大時可導(dǎo)致塌料、噴料，為此應(yīng)及時關(guān)注，提前采取防范措施，避免發(fā)生生產(chǎn)不穩(wěn)定影響產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，甚至出現(xiàn)安全事故的現(xiàn)象。

3.1.3 還原劑

在合金生產(chǎn)中，使用最為普遍的還原劑是冶金焦，化驗指標(biāo)必須準(zhǔn)確無誤，因為冶金焦的配入量相當(dāng)精確，，配入量大了，電極不下，爐況不易控制；配量小了，電極消耗快，來不及燒結(jié)到一定的硬度就下沉易導(dǎo)致斷電極，爐況波動不易控制。

電極糊質(zhì)量不好，可導(dǎo)致電極焙燒過程影響配料量，發(fā)生斷電極等異常情況，導(dǎo)致合金成分因生產(chǎn)不穩(wěn)定而波動。

3.2 爐況影響及不正常爐況的處理

3.2.1 爐渣熔點低

①特征：渣量大，流動性好，爐墻變薄，爐眼好開不好堵，出爐時電流迅速下降，有時長時間給不上負(fù)荷，爐口火焰發(fā)黃，爐渣含Cr2O3偏高，出鐵口跑生料嚴(yán)重，合金含硅低。

②原因：焦炭質(zhì)量變化大，固定碳低，或水分大、或配碳不準(zhǔn)，造成爐內(nèi)缺炭嚴(yán)重或硅石配入量大，致使渣中SiO2含量高。

處理方法：增加料批中焦炭配入量，必要時可以在爐口補加適量焦碳。

3.2.2 爐渣熔點高

①特征：電極經(jīng)常處于中上限，出爐后電極不下或下行極少，化料慢，渣量小，爐渣流動性差，爐眼縮小，爐墻增厚，爐眼難開、難堵，先出鐵后出渣。從爐口看，料面發(fā)死、電極周圍冒白光、刺火嚴(yán)重，合金硅高。

②原因：焦炭質(zhì)量變化，或鉻礦品位低，或配料不準(zhǔn)確，造成爐內(nèi)焦炭過剩，或硅石量配入少，渣中SiO2含量低。

處理方法：在料批中增加硅石或減少焦炭的配入量，必要時加幾批無炭料。

3.2.3 爐膛積渣多或翻渣

①特征：電極不穩(wěn)，電流、電壓波動大，有明顯的電弧聲，爐膛溫度高、電極四周粘有大量粘料，爐前特征與爐渣熔點高特征相同。

②原因：爐渣熔點高，爐渣排不出去，焦炭過剩而又處理不及時所至。

處理方法：從料批中減少焦炭配入量。為迅速扭轉(zhuǎn)爐況，可加入幾批減炭料。

3.2.4 爐眼跑料

①特征：爐渣流動性好，出爐時爐口大塌料，從爐眼跑有大量生料。

②原因：入爐料中粉礦過多和熔點控制較低所至。

③處理方法：如粉礦過多，在爐料中多增塊礦特別是出鐵口處；如熔點低，可適當(dāng)?shù)脑黾咏固颗淙肓浚⒃诔鰻t時及時用鐵耙擋料。

3.3 爐 渣

高碳鉻鐵冶煉過程中，熔劑的用量直接影響爐渣的成分。由于爐渣的成分決定著爐渣的熔點，爐渣的熔點又決定著爐內(nèi)的溫度，因而選擇和控制爐渣的成分是冶煉鉻鐵的一個重要問題。合適的爐渣成分能使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠的溫度，保證還原反應(yīng)順利進(jìn)行和還原產(chǎn)物順利排出。

高碳鉻鐵的熔點高達(dá)1 773 K以上，為了保證有高的反應(yīng)速度并使生成的合金順利地從爐內(nèi)放出和渣鐵分離，必須將爐溫控制在鉻鐵熔點以上的1 923～1 973 K。因此，爐渣的熔點應(yīng)控制在此范圍內(nèi)。否則，若渣的熔點偏低，爐內(nèi)溫度也低，出爐時，雖然爐渣能順利流出，但鐵水由于過熱度小而不能暢流，就會出現(xiàn)渣多出鐵少的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會出現(xiàn)只出渣不出鐵；若渣的熔點偏高，爐內(nèi)溫度也高，爐渣由于熔點高過熱度不夠而不能暢流，但鐵水能暢流，就會出現(xiàn)出渣少出鐵多的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會出現(xiàn)只出鐵不出渣。

當(dāng)鉻礦中的Cr2O3和FeO被還原后，剩下的主要氧化物為MgO和Al2O3。這兩種氧化物的熔點都很高，必須加熔劑（硅石）以降低其熔點，才能從爐內(nèi)流出。因此，熔劑的用量就直接影響爐渣的成分，硅石的加入量是根據(jù)Al2O3-MgO-SiO2三元相圖確定的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳正勇，馬世東，鐘鍵.中頻爐重熔高碳鉻鐵爐襯壽命的研究與探討[J].

鐵合金，2006，（4）.