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，文章首先對其要用途進行了分析，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 文獻標識碼：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，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中最大比例的產品。

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；用作無渣法生產硅鉻合金和中、低、微碳鉻鐵的含鉻原料；用作電解法生產金屬鉻的含鉻原料；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的反應開始溫度1 403 K，而還原生成鉻的反應開始溫度為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，粒度應適當小些。

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。隨著爐內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。當鉻礦熔化性好，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。實際生產中為保證生產穩(wěn)定受控，需要重點關注以下幾方面，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電性能和還原性能，而且影響合金的含碳盤。在實際生產中，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，使料面透氣性變差，嚴重破壞了冶煉氣氛；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，對改善經濟指標非常重要。

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、粉率等指標達到入爐冶煉要求。具體指標，見表1。

備注：注意各種礦中各項指標的高低搭配，不能都取上限或下限，以滿足生產要求，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，各單位制定了與設備相匹配的進廠原料配料標準，及時比對商檢報告與進廠鉻礦之間的差距，保證入爐鉻礦各項指標穩(wěn)定正常，保證冶煉生產正常穩(wěn)定，產品質量穩(wěn)定受控。

鉻礦水分偏大時可導致爐內各項指標大幅波動，鉻礦粉率太大時可導致塌料、噴料，為此應及時關注，提前采取防范措施，避免發(fā)生生產不穩(wěn)定影響產品產量、質量，甚至出現(xiàn)安全事故的現(xiàn)象。

3.1.3 還原劑

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

電極糊質量不好，可導致電極焙燒過程影響配料量，發(fā)生斷電極等異常情況，導致合金成分因生產不穩(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荷，爐口火焰發(fā)黃，爐渣含Cr2O3偏高，出鐵口跑生料嚴重，合金含硅低。

②原因：焦炭質量變化大，固定碳低，或水分大、或配碳不準，造成爐內缺炭嚴重或硅石配入量大，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、刺火嚴重，合金硅高。

②原因：焦炭質量變化，或鉻礦品位低，或配料不準確，造成爐內焦炭過剩，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?shù)脑黾咏固颗淙肓?，并在出爐時及時用鐵耙擋料。

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爐內達到足夠的溫度，保證還原反應順利進行和還原產物順利排出。

高碳鉻鐵的熔點高達1 773 K以上，為了保證有高的反應速度并使生成的合金順利地從爐內放出和渣鐵分離，必須將爐溫控制在鉻鐵熔點以上的1 923～1 973 K。因此，爐渣的熔點應控制在此范圍內。否則，若渣的熔點偏低，爐內溫度也低，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，嚴重時會出現(xiàn)只出渣不出鐵；若渣的熔點偏高，爐內溫度也高，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，嚴重時會出現(xiàn)只出鐵不出渣。

當鉻礦中的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Al2O3-MgO-SiO2三元相圖確定的。

參考文獻：

[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）.