低鈦高碳鉻鐵生產(chǎn)方式的探討

1、 低鈦高碳鉻鐵生產(chǎn)方式的探討 冶煉軸承鋼時高碳鉻鐵作為主要的合金添加劑，而軸承鋼中含有少量的鈦元素后，由于氧化物系的夾雜物較硬，易在鋼材表面產(chǎn)生“軋制缺陷”，影響軸承鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。從國內(nèi)外高碳鉻鐵標(biāo)準(zhǔn)檢索可知，均未將鈦元素列入化學(xué)成份表中，個別標(biāo)準(zhǔn)僅在附加其它元素含量表中反映，如瑞典標(biāo)準(zhǔn)鈦含量低于0.05，美國標(biāo)準(zhǔn)鈦含量低于0.5和0.10兩個級別。因此，高碳鉻鐵中含有一定的鈦含量。    高碳鉻鐵生產(chǎn)是以碳質(zhì)還原劑與鉻礦中Cr2O3、FeO及少量的SiO2發(fā)生還原反應(yīng)，生成各種形態(tài)的鐵、鉻復(fù)合碳化物。鉻礦與碳質(zhì)還原劑中含有一定比例的鈦的氧化物，一般以T

2、iO2形式存在于原輔料中，見表一。 表一、 冶煉高碳鉻鐵原輔料中TiO2的含量（）          名稱 巴礦   印粉   印塊   伊塊   伊粉   澳礦 焦碳 硅石TiO2 0.18   0.13   0.11   0.08   0.09   0.28 0.08 0.02 

3、60;   從上表可知，鉻礦含TiO2的比例較高，且鉻礦屬自然資源，存在一定的分布不均勻性，同時與鉻礦中簡單氧化物的組份差異有關(guān)，這樣鉻礦中TiO2的比例會有所不同。一般情況下，鉻礦中鎂、鐵、鉻的離子較多時，該礦的TiO2比例較少。鉻的熔點較高，粘度大，為使鉻鐵順利地從坩堝內(nèi)流出，必須提高爐溫，一般情況下冶煉溫度達(dá)到1883-1923K。隨著冶煉溫度的上升和還原劑用量的增加，爐料中的SiO2和TiO2與碳反應(yīng)生成Si和Ti以及TiC并進(jìn)入合金，其反應(yīng)如下：    SiO2+2C=Si+2CO (1)    TiO2

4、+2C=Ti+2CO (2)    TiO2+3C=TiC+2CO  (3)由于TiC的熔點約為2273K以上，因此高碳鉻鐵冶煉中會有一定的Si和Ti含量。正常生產(chǎn)情況下，高碳鉻鐵成份區(qū)間為，Cr60-65，Si0.8-1.8，C7.5-10，P0.02-0.03，S0.02-0.05，Ti0.2-0.3。本文僅對低鈦高碳鉻鐵生產(chǎn)方式的探討，分析和掌握高碳鉻鐵中鈦的行為，形成多渠道生產(chǎn)方式。 一、電爐冶煉低鈦鉻鐵原理分析、選擇性還原鉻礦中的主要氧化物基本上同時被還原，其它氧化物由于還原度的不同，氧化物被還原的數(shù)量是不相同的，而氧化物的還原度隨著

5、溫度的升高而增加，這樣溫度愈低，選擇還原的效果就愈明顯。氧化物穩(wěn)定性大小依次為CaO、MgO、Al2O3、TiO2、SiO2、Cr2O3、FeO，為了有效地控制鈦的含量，必須降低SiO2的還原度，減少碳質(zhì)還原劑的用量。結(jié)合理論與實際數(shù)據(jù)的對比，碳質(zhì)還原劑用量控制可參照純碳量比值，一般情況其比值為0.4。隨著碳質(zhì)還原劑用量的確定，可抑制TiO2的還原比例。碳質(zhì)還原劑量值與礦的物化性能存在一定的關(guān)系，一般情況下與粒度、MgO/Al2O3、Cr/Fe等因素存在正比關(guān)系。入爐鎂鋁比上升后，渣型控制上(SiO2)宜在33-34之間，純碳比值控制在0.42的水平。隨著鎂鋁比的下降，該料組易形成低熔點熔渣，

6、坩堝區(qū)溫度較低，此時還原溫度明顯高于熔化溫度，高溫區(qū)上移，在料柱上水平形成的熔渣逐漸上移，引起“翻渣”現(xiàn)象，導(dǎo)致料層表面積塊，形成不規(guī)則的氣腔，在渣金相間的殘礦層厚度變薄或處于不均勻狀態(tài)，縮小了氧化氣氛區(qū)域。渣型控制上可將(SiO2)調(diào)整至30左右，純碳比值控制在0.38的水平。、氧化去鈦抑制TiO2的比例從實際操作角度分析，存在一定的局限性，會引起一系列的爐況波動，甚至對技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來較大的影響。高碳鉻鐵冶煉時，在渣金接觸層之間會形成殘礦層區(qū)域，該區(qū)域能富集一定量的有游氧，與鈦的還原產(chǎn)物相互結(jié)合，重新生成鈦的氧化物進(jìn)入渣相。同時從氧化物穩(wěn)定性角度分析，以TiO2為基準(zhǔn)，在一定溫度條件下，T

7、iO2較SiO2、Cr2O3、FeO等氧化物來得穩(wěn)定，在1600時，SiO2與Ti共存時可自發(fā)地進(jìn)行反應(yīng)，該反應(yīng)是不可逆的。由氧化物離子間作用力的大小可知，堿性氧化物的作用強(qiáng)度(I)越小，陽離子對O2- 的吸引力越小，越容易貢獻(xiàn)出O2- ，見表二。 表二、 氧化物的作用強(qiáng)度值 氧化物   CaO    MnO    FeO    MgO   TiO2 SiO2 P2O5 (I)     0.7    0.83 

8、60; 0.87   0.95  1.89 2.44 3.31     提高爐料中MgO、CaO、FeO、MnO含量，坩堝內(nèi)O2- 濃度會增加，同時這些氧化物的離子半徑大，且作用強(qiáng)度較小，一般易形成Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+ 、Mn2+ 及O2- 簡單的陰陽離子結(jié)構(gòu)，而TiO2的作用強(qiáng)度較大，Ti2+ 與O2- 的吸引力大，越容易與O2- 結(jié)合，形成穩(wěn)定的TiO2。從邊界層效應(yīng)分析，隨著殘礦層O2- 的彌散，可能存在如下反應(yīng)。Ti+O2- (TiO2)+M+     P+O2- (PO4-

9、 )+M+     Ti+(SiO2)(TiO2)+Si    Ti+(Cr2O3)(TiO2)+Cr不管上述反應(yīng)如何進(jìn)行，由于擴(kuò)大了料層結(jié)構(gòu)O2- 的散布率，增強(qiáng)了殘礦層的氧化氣氛，促進(jìn)該區(qū)域O2- 與酸性氧化物的還原產(chǎn)物相互結(jié)合，生成穩(wěn)定的氧化物或復(fù)雜氧化物進(jìn)入渣相。 二、純氧頂吹低鈦鉻鐵工藝分析從氧勢圖可知，Ti優(yōu)先于Si氧化，Ti在高氧位氣氛下易與純氧結(jié)合生成TiO2，隨著純氧濃度的增加，Cr、C等元素的氧化量急劇上升，必須確定一個含鈦符合要求的終點值，以減少有益元素的進(jìn)一步氧化。將3.2噸液態(tài)高碳鉻鐵，按20立方/

10、噸組織吹煉，吹煉前的含鈦量從0.17下降至0.065，其平均降鈦速度為0.015/分，按此值計算含鈦控制在0.03所需要的噸耗氧為33立方。下面對吹煉不同含鈦量的高碳鉻鐵工藝進(jìn)行對比分析。、吹煉含鈦0.03的高碳鉻鐵隨著入爐高碳鉻鐵含鈦濃度的下降，其平均降鈦速度有所減緩，也就是說當(dāng)純氧濃度增加后，鈦的氧化較為緩慢，此時鉻和碳的氧化急劇上升，見表三。 表三、吹煉含鈦0.03高碳鉻鐵成份對比()    成份   Cr   Si  C    S     

11、;Ti          前 62.51   0.10 8.0  0.073  0.032        后   62.12 0.05 5.96 0.080 0.025                 前 63.04   0.70 7.48 0.08

12、2 0.032           后 60.37 0.125.34  0.10    0.028      、吹煉含鈦0.06的高碳鉻鐵當(dāng)入爐高碳鉻鐵含鈦濃度的上升，經(jīng)吹氧后其降鈦幅度較大，而鉻和碳的氧化基本未受到較大的影響，見表四。 表四、吹煉含鈦0.06高碳鉻鐵成份對比()    成份   Cr   Si  C    S 

13、    Ti          吹煉前   61.54    0.51 8.14 0.050  0.057        吹煉后   61.17    0.10 6.29 0.054  0.030    純氧頂吹低鈦鉻鐵，從工藝上是可行的。采用無渣法吹煉時，含鈦未出現(xiàn)明顯的下降趨勢。在高氧

14、位條件下，爐內(nèi)形成液氣狀態(tài)，而生成的TiO2大部份呈液態(tài)，缺乏了渣金之間的相互傳質(zhì)，降鈦效果不夠明顯。鑒于純氧頂吹低鈦鉻鐵工藝分析，純氧頂吹降鈦的工藝關(guān)鍵是擴(kuò)大渣金的傳質(zhì)速度，加快TiO2等氧化物向渣相轉(zhuǎn)移。 三、爐外精煉低鈦鉻鐵可行性分析、預(yù)熔渣我們將煉鋼用的預(yù)熔渣運(yùn)用至高碳鉻鐵降鈦，因為預(yù)熔渣內(nèi)配有一定量的氧化鐵、氧化鈣等氧化物，且熔點約為1200左右，見表五。預(yù)熔渣成渣速度快，而鈦與氧的親和力大，在一定的溫度條件下，易與預(yù)熔渣內(nèi)的氧結(jié)合，通過改善動力學(xué)條件，擴(kuò)大渣金之間的界面，使合金中的鈦不斷向渣面運(yùn)動。 表五、     預(yù)熔渣成份 ()

15、   FeO      CaO    Al2O3    SiO2   MgO   MnO    單價 備注    48      33      6       -     少許  少許   1400 供方  

16、 53.54    28     8.69    3.8     1.3   0.77   1400 公司 由于預(yù)熔渣與鐵液的絕對比例相差較大，形成的渣量偏小。該熔渣可能含有一定量的碳酸鈣，相互作用后鐵液溫降較為明顯，反應(yīng)不夠充分，減緩了Ti與O2-的結(jié)合力。、鉻鐵精煉將電爐冶煉制得的高碳鉻鐵放在熔煉爐內(nèi)，用CaO-Cr2O3系熔劑精煉，待鐵與熔劑熔化后，Ti和Si達(dá)到新的平衡。CaO-Cr2O3系熔劑，主要來自于鉻礦與石灰，該工藝的關(guān)鍵是氧化劑中能產(chǎn)生一定量的氧離子比例，將基準(zhǔn)氧量比確定為1.4。據(jù)此為計算條件，實際每噸鐵形成CaO-Cr2O3系熔劑所消耗的礦和石灰量為：鉻礦=基準(zhǔn)氧量比*噸金屬*(2*O/Si*Si%+2*O/Ti*Ti%)/