[科普中國(guó)]-合金化

簡(jiǎn)介

通過加入元素， 使金屬成為（在一定的工藝條件下） 具有預(yù)期性能的合金。為保證鋼的各種物理、化學(xué)性能，向鋼中加入合金添加劑將其成分調(diào)整到規(guī)定范圍的操作。那些在普通鋼中沒有的或含量較少的元素(C、Si、Mn、S或P)都屬于合金元素。合金添加劑既可以是純的材料(鎳、銅、鋁、石墨粉等)，也可以是鐵合金(錳鐵、硅鐵、釩鐵、鉻鐵等)，也可是合金元素的化合物(氧化物、碳化物、氮化物等)。在煉鋼生產(chǎn)中，一般脫氧與合金化幾乎同時(shí)進(jìn)行，有時(shí)不可能把脫氧元素與合金元素截然分開。但脫氧與合金化二者的目的和物理化學(xué)反應(yīng)過程是不同的1。

添加劑選擇合金化應(yīng)作到低消耗、高效率、高質(zhì)量。因此，最合適的合金添加劑的選擇決定于一些綜合的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素。選擇時(shí)應(yīng)考慮不同添加劑的總成本的高低，還要考慮其純度或雜質(zhì)元素含量。通常，低價(jià)鐵合金中雜質(zhì)元素含量較高，而大部分雜質(zhì)元素都將增加熔劑和凈化劑的消耗，并使渣量增加、產(chǎn)量降低、能耗加大。因此，選擇合金添加劑時(shí)，還需考慮煉鋼過程物料平衡和能量平衡；考慮添加劑的熔化范圍，以及更重要的添加劑的溶解速率。(例如，鈦的熔點(diǎn)雖在1700℃以上，但鈦卻是未達(dá)到熔化溫度就可溶解于鋼中)。添加劑的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，在煉鋼溫度下的熱容量和熱傳導(dǎo)能力以及添加劑加入時(shí)的物理狀態(tài)和塊度等都對(duì)溶解速率產(chǎn)生影響。添加劑的密度對(duì)回收率的穩(wěn)定和提高也具有重要意義。添加劑密度比鋼液密度低得愈多，愈易漂浮，便燒損愈大，如鋁的密度小，燒損和成分波動(dòng)便大;而高鈮鐵則因密度大，其合金塊會(huì)沉入包底而導(dǎo)致鈮的損失。1

工藝合金元素的性能不同，其合金化工藝也不同。根據(jù)合金元素與氧的親和力，在鐵中的溶解度及其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸氣壓力、密度等決定其合理的尺寸、加入時(shí)間、地點(diǎn)和方法以及必須采取的助熔和防止氧化的措施。Ni、Mo、Cu、Co等元素與氧的親和力低，可隨爐料一起加入或在冶煉過程中加入;而Ti、V、Cr、Si、Mn、Al等與氧的親和力強(qiáng)，則是在出爐前(或在鋼包中)加到已經(jīng)充分脫氧的鋼液中。爐內(nèi)可加入量大的鐵合金，其塊度較大才易穿過渣層。鋼包內(nèi)加入時(shí)，鐵合金與熔渣反應(yīng)少，回收率較高，最好用經(jīng)過破碎的粒狀鐵合金。用量大的錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鎳等，以塊狀加入鋼液費(fèi)用最低，通?？刹捎煤?jiǎn)單的加入方法。對(duì)那些在鋼中溶解度有限、密度小、與氧的親和力大且蒸氣壓又高的元素(如鈣)，或要求控制嚴(yán)格的微量合金元素(Ti、V、B)和殘余含量元素(Al)等可采用喂絲法，所用喂絲機(jī)，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省，收得率高而穩(wěn)定。噴粉法也能提高收得率并解決微合金化問題。用氧化物料對(duì)鋼水進(jìn)行直接合金化，可以降低成本、節(jié)約電能、呈粉狀、球狀或燒結(jié)狀態(tài)的純氧化物、碳、氮化合物、礦石和精礦、爐渣和其他廢料都可用作添加劑。熔點(diǎn)低并能形成流動(dòng)性好的均質(zhì)熔體的氧化物混合料用于合金化的效果好。W、Mo、Ni、V、Nb、Cr、Mn的氧化物用于直接合金化，在生產(chǎn)中已有應(yīng)用。1

應(yīng)用為提高鋼的微合金化效果，應(yīng)研究添加劑被鋼液吸收溶解的規(guī)律性。加入固體鐵合金時(shí)，起初在其表面結(jié)成鋼殼，而隨后又熔化。鋼殼的出現(xiàn)則削弱了熱交換，阻礙添加劑的溶解。添加劑的粒徑、熔化范圍、導(dǎo)熱能力和鋼液過熱度的不同，其溶解的規(guī)律則不同。在加入鐵合金引起鋼液的激冷指數(shù)，以及鐵合金的熱物理和物理機(jī)械性能等方面取得的研究成果，也有利于完善鋼的微合金化工藝。1