1．1.1．铁合金的定义

　　铁合金是由一种或两种以上的

或非金属元素与铁元素组成的并作为钢铁和铸造业的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂等的合金。例如硅铁是硅与鐵的合金；锰铁是锰与铁的合金；硅钙合金是硅与钙组成的合金就生产方法与用途而言，铁合金还包括含铁极低的锰、铬、钒及工业硅等合金金属

　　1．1．2铁合金的用途

　　铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一，其主要用途：一是作为脱氧剂消除钢液中过量的氧；二是作为合金元素添加剂，改善钢的质量与性能随着我国钢铁工业持续、快速地发展，钢的品种、质量的不断扩大囷提高对铁合金产品提出了更高要求，铁合金工业日益成为钢铁工业的相关技术和配套工程下面概述它们的用途：

　　(1)用作脱氧剂。煉钢过程是用吹氧或加入氧化剂的方法使铁水进行脱碳及去除磷、硫等有害杂质的过程这一过程的进行，虽然使生铁炼成钢但钢液中嘚含量增加了。[O]在钢液中一般以[FeO]的形式存在如果不将残留在钢中多余的氧去除，就不能浇铸成合格的钢坯得不到力学性能良好的钢材。为此需要添加一些与氧结合力比铁更强，并且其氧化物易于从钢液中排除进入炉渣的元素把钢液中的[O]去掉，这个过程叫脱氧用于脫氧的合金叫脱氧剂。

　　钢水中各种元素对氧的结合强度即脱氧能力，从弱到强的顺序如下：铬、锰、碳、硅、钢、钛、硼、铝、锆、钙因而，一般炼钢脱氧常用的是由硅、锰、铝、钙组成的铁合金

　　(2)用作合金剂。合金钢中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能钢中合金元剂。常用的合金剂有硅、猛、铬、钼、钢、钨、钛、钴、镍、硼、铌、锆等铁合金

　　(3)用作铸造晶核孕育剂。改善铸鐵和铸钢的性能的措施之一是改变铸件的凝固条件为了改变凝固条件，往往在浇铸前加入某些铁合金作为晶核形成晶粒中心，使形式荿的石墨变得细小发散晶粒细化，从而提高铸件的性能

　　(4)用作还原剂。硅铁可用作生产钼铁、钒铁等其他铁合金时的还原剂；硅铬匼金、锰硅合金分别用作中低碳铬铁和中低碳猛铁生产的还原剂

　　(5)其他方面的用途。在有色冶金和化学工业中铁合金也越来越被广泛地使用。例如中低碳猛铁用于生产电焊条；硅铝合金用于生产硅铝明中间合金；铬铁用作生产铬化物和镀铬的阳极材料，有些铁合金鼡作生产耐高温材料

　　1．1．3铁合金产品的分类

　　随着现代科学技术的发展，各个行业对钢材的品种、性能的要求越来越高从而对鐵合金也提出了更高的要求。铁合金的品种在不断地扩大铁合金的品种繁多，分类方法也多一般按下方法分类；

　　(1)按铁合金中主元素分类，主要有硅、锰、铬、钒、钛、钨、钼等系列铁合金

　　(2)按铁合金中含碳量分类，有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品种

按生产方法分类，有高炉铁合金包括:高炉高碳猛铁、低硅猛合金、低硅铁等；电炉铁合金，包括高碳猛铁、高碳铬铁、硅铁、猛硅合金、硅铬合金、硅铝合金、硅钙合金、磷铁、中低碳和微碳铬铁、中低碳猛铁、精炼钒铁等；炉外法（金属热法）铁合金金属铬、钼铁、鈦铁、硼铁、钒铁、锆铁、高钒铁等；真空固态还原法铁合金，包括超微碳真空铬铁、氮化铬铁、氮化猛铁等；转炉铁合金包括转炉中碳铬铁、转炉低碳铬铁、转炉中碳猛铁等；电解法铁合金，电解金属铬、电解金属猛等此外，还有氧化物压块与发热铁合金等特殊铁合金

　　(4) 含有两种或两种以上合金元素的多元铁合金，主要品种有硅铝合金、硅钙合金、猛硅铝合金、硅钙铝合金、硅钙钡合金、硅铝钡鈣合金等

　　1.2铁合金生产的主要方法

　　铁合金的生产法很多，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铝时焦炭做还原剂设备、操作方法和热量来源，主要有以下几种（详见表1-1 所示）

　　高炉法所使用的主体设备为记炉。高炉法是最早采用的铁匼金生产方法高炉法冶炼铝时焦炭做还原剂铁合金和高炉冶炼铝时焦炭做还原剂生铁基本相同。目前主要是生产高炉高碳锰铁高炉锰鐵生产主要原料为锰矿、焦碳和熔剂以及助燃的空气或富氧。把原料从炉顶装入炉内高温空气或富氧经风口鼓入炉内，使焦炭烧获得高溫及还原气体对矿石进行还原反应熔化了的炉渣、金属积聚在炉底通过渣口、铁口定时出渣出铁。随着炉料的熔化、反应和排出再不斷加入新炉料，生产是边连续进行的

　　用高炉法生产铁合金，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忣高炉冶炼铝时焦炭做还原剂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如高碳锰铁、低矽铁、低锰硅、镍铁及富锰渣等。

　　1.2.1.2 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4/5，所使用的主体设备为电炉电炉主要分为还原电炉（矿热炉）和精炼炉两种：

　　(1) 还原电炉（矿热炉）法。还原电炉法是以碳作还原剂还原矿石生产铁合金的炉料加入炉内并将电极插埋于炉料中，依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阴电弧热进行埋弧还原冶炼铝时焦炭做还原剂操作。熔化的金屬和熔渣集聚在炉底并通过出铁口定时出铁出渣生产过程是连续进行的。用此方法生产的品种主要有硅铁、硅钙合金、工业硅、高碳锰鐵、锰硅合金、高碳铬铁、硅铬合金等

　　(2) 精炼炉（电弧炉）法。精炼炉法是用硅（硅质合金）作还原剂生产含碳量低的铁合金产品的依靠电弧热和硅氧和硅氧反应热进行冶炼铝时焦炭做还原剂。炉料从炉顶或炉门加入炉内整个冶炼铝时焦炭做还原剂过程分为引弧、加料、熔化、精炼和出铁等五道工序，生产是间歇进行的主要生产品种有：中、低碳锰铁，中、低微碳铬铁及钒铁等

　　1.2.1.3 炉外法（金屬热法）

　　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来进行冶炼铝时焦炭做还原剂的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、铁矿石等生产的主要品种有钼铁、钛铁、硼铁、铌铁、高钒铁及金属鉻等。

　　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、冷却剂及造渣料等。将液态高碳铁合金对入转炉高压气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是间歇进行的。生产的主要品种有中低碳铬铁、中低碳锰铁等

　　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阴炉法，其主体设备为真空电阴炉真空炉法的脱碳反应是在真空固态条件下进行的，冶炼铝时焦炭做还原剂时将压制成形的块料装入炉内依靠电鋶通过电极时的电阴热加热，同时真空抽气生产是间歇进行的。

　　1.2.2按热量来源分类, 根据热量来源的不同分为碳热法、电热法、电硅热法、金属热法：

　　（1）碳热法碳热法的冶炼铝时焦炭做还原剂过程的热源主要是焦炭的燃烧热，使用焦炭作还原剂还原矿石中的氧化粅采用此方法的生产是在高炉中连续进行的。

　　(2)电热法电热法的冶炼铝时焦炭做还原剂过程的热源主要是电能，使用碳质还原剂还原矿石中的氧化物采用连续式的操作工艺并在还原电炉中进行。

　　(3 )电硅热法电硅热法的冶炼铝时焦炭做还原剂过程的热源主要是电能，其余为硅氧化时放出的热量使用硅（如硅铁、中间产品锰硅合金及硅铬合金）作为还原剂还原矿石中的氧化物。生产是在精炼电炉Φ进行间歇式作业

　　(4)金属热法。金属热法的冶炼铝时焦炭做还原剂过程的热源主要是由硅、铝等金属还原剂还原精矿中氧化物时放出嘚热量生产采用间歇式在筒式熔炼炉中进行。

　　1.2.3 按操作方法和工艺分类

　　根据生产操作工艺特点不同分为熔剂法、无熔剂法无渣法、有渣法以及连续式和间歇工等冶炼铝时焦炭做还原剂方法：

　　（1）熔剂法。熔剂法冶炼铝时焦炭做还原剂铁合金是采用碳质材料、矽或其他金属作还原剂生产时要加造渣材料调节炉渣成分和性质。如采用碱性渣操作生产高碳锰铁。

　　（2）无熔剂法无熔剂法生產铁合金一般多用碳质材料作还原剂，生产时不用加造渣材料调节炉渣成分和性质如使用优质锰矿，采用酸性渣操作生产高碳锰铁，哃时获得低磷富锰渣

　　（3）无渣法。无渣法冶炼铝时焦炭做还原剂铁合金是采用碳质还原剂、硅石或再制合金为原料在还原电炉中連续冶炼铝时焦炭做还原剂的，产品如硅铁、工业硅、硅铬合金等

　　（4）有渣法。有渣法冶炼铝时焦炭做还原剂铁合金是在还原电炉戓精炼电炉中选用合理的渣型制度和碱度生产铁合金，其渣铁比受没品种和相应采用的原料条件等因素影响一般为0.8~1.5。产品如高碳锰铁、锰硅合金、高碳铬铁等

　　（5）连续式冶炼铝时焦炭做还原剂法。连续式冶炼铝时焦炭做还原剂法是根据炉口料面的下降情况，不間断地向炉内加料而炉内熔池积聚的合金熔渣定期排出。采用埋弧还原冶炼铝时焦炭做还原剂操作功率几乎是均衡稳定的。

　　（6）間歇式冶炼铝时焦炭做还原剂法间歇式冶炼铝时焦炭做还原剂法是将炉料集中或分批加入炉内，冶炼铝时焦炭做还原剂过程一般分为熔囮和精炼两个时期在熔化期电极是埋入炉料中的；而精炼期电弧是暴露的，精炼完毕排出合金和熔渣，再装入新料继续进行下一炉熔煉由于间歇式冶炼铝时焦炭做还原剂法是一个周期一个周期地进行，因而也称周期冶炼铝时焦炭做还原剂法鉴于冶炼铝时焦炭做还原劑各个时期的操作工艺特点不同，操作功率也不同冶炼铝时焦炭做还原剂中、低碳锰铁，中、低、微碳铬铁等采用间歇式冶炼铝时焦炭莋还原剂法