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硅铁and碳化硅-----看脱氧剂助力“百炼成钢”
2020年01月07日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:971
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“百炼成钢”是我们耳熟能详的成语。古代劳动人民在实践过程中,发现把铁加热到一定温度下经反复锻打,可以排出生铁中的夹杂物使得铁的机械性能就得到了改善。在反复锻打铁块的基础上,古人又得出渗碳成钢的经验,这是最早的钢。西汉时,为提高钢的质量,人们又增加了锻打的次数,由10次、30次、50次增至近100次从而得到所谓的“百炼钢”。

铸造碳钢的生产过程,本质上讲是“原始炉料-熔体-制品”的演变过程,由于原材料来源不一,品质参差不齐,熔体处理方法繁多,使得铸件品质的控制成为一项复杂的系统工程。目前,炼钢的理论原理已成体系。在高温下,生铁中的各种杂质与氧在不同程度上都有较大的亲和力,利用氧化的方法,能够使其生成各类氧化物,其中,液体和固体氧化物在高温下会形成炉渣,而气体会在钢水沸腾时被一氧化碳气体带到炉外。

 

1 炼钢工艺流程

在炼钢还原过程中,脱氧剂起着重要作用。硅铁常用作炼钢脱氧剂,硅铁的生产是以碳质还原剂(焦炭)、钢屑和石英(或硅石)为原料,在电炉内采用连续冶炼法炼制而成,图2为硅铁生产的工艺流程。硅铁是铁合金工业最早、最主要的产品之一,是硅与铁互溶形成的固溶体。

 

2 硅铁生产工艺流程

炼钢中,硅铁能够实现沉淀脱氧和扩散脱氧的效果,这是因为硅和氧容易化合成二氧化硅,并会放出大量热量,在脱氧的同时,可提高钢水温度以降低炼钢的能源消耗。

除了硅铁以外,低品级的碳化硅价格低廉,也是极好的脱氧剂。碳化硅可以用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅脱氧剂的形态主要包括碳化硅球、碳化硅块和碳化硅粉,一般制成球团或者块状,不仅便于运输,在投料过程中还可以避免粉尘污染。

 

3 碳化硅制成球状,可作为炼钢脱氧剂

当碳化硅加入到炉渣中后,由于碱性炉渣与钢液的作用,使碳化硅表面的二氧化硅迅速与渣中的金属氧化物化合成低熔点的硅酸盐,此外,熔池中的机械冲刷,会使碳化硅颗粒表面的二氧化硅薄膜快速破坏,这样碳化硅就会与钢渣接触,并被其中的氧化亚铁氧化,即:

 

随着渣中氧化亚铁含量的减少,钢中溶解的氧元素不断向渣中扩散转移形程氧化亚铁,这样就达到了扩散脱氧的目的。

2016年,中车沈阳机车车辆有限公司的薛修治根据公司生产的铸钢试验统计结果显示,碳粉+硅铁粉脱氧的还原时间平均为36.9min,而使用碳化硅后,平均还原时间缩短至27.5min,按照还原时间缩短计算所节约的电能,可以节约电能18.8kwh/h钢,全年节电282000kwh/t,约合13万元。此外,此前使用碳粉+硅铁粉脱氧,使用量为8kg/t钢,硅铁粉5kg/t;现在SiC用量在7kg/t钢左右,按照进货价格(碳粉400元/t、硅铁粉5200元/t、碳化硅2200/t)计算,每熔炼1t钢水,可节约成本13.8元/t,工厂全年可节约材料费用20.7万元。

此外,如何科学地将碳化硅加入炉渣中,是必须注意的问题。一般而言,每次加入需少量,参考量为2-3kg/t,使得碳化硅入炉时铺散开,如果成堆状加入,会有较多的碳化硅沉入钢-渣界面,导致部分钢液的碳、硅含量异常上升。此外,碳化硅的颗粒度控制在0mm-5mm之间较为适宜。加料顺序宜在加入其它渣料及合金料之后。

总结而言,脱氧剂是炼钢过程中不可或缺的辅料之一,脱氧过程对于提升钢材性能意义重大。碳化硅球作为强复合脱氧剂,能够取代传统的硅粉碳粉进行脱氧,和传统脱氧剂作用相比各项理化性能更稳定,脱氧效果好,脱氧时间短,节约能源,提高炼钢效率,提高钢的质量,降低原辅材料消耗,减少环境污染,改善劳动条件,提高电炉能源和经济效益。

参考文献

用碳化硅作炼钢脱氧剂的应用实践与理论探讨,中车沈阳机车车辆有限公司,薛修治。

新型脱氧剂碳化硅在碳钢冶炼中的应用,陕西汽车集团有限责任公司,王杨,李玉强。

By:火宣


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