铁合金工程技术PDF电子书下载

1 铁合金冶金概论 1

1.1 铁合金的应用和发展趋势 1

1.1.1 钢铁工业的技术进步对铁合金要求的变革 1

1.1.2 合金元素的作用和铁合金产品设计 3

1.1.3 钢铁生产对铁合金质量的要求 5

1.2 铁合金的结构 9

1.2.1 铁合金中的物相 9

1.2.2 Fe-Si系 10

1.2.3 Fe-Mn系 12

1.2.4 Fe-Cr系 15

1.2.5 Fe-Si-Ca系 18

1.2.6 Fe-Si-Al系 19

1.3 铁合金的物理和力学性能 21

1.3.1 合金元素的物理性能 21

1.3.2 合金的性能与组成的关系 22

1.3.3 铁合金的密度 23

1.3.4 表面张力性质 25

1.3.5 黏度性质 25

1.3.6 铁合金的力学性能 27

1.4 铁合金中的杂质 28

1.4.1 杂质元素存在状态 28

1.4.2 杂质元素分布规律 30

1.4.3 铁合金中气体 32

1.4.4 铁合金中的非金属夹杂物 39

1.5 铁合金生产方法和工艺流程 40

1.5.1 铁合金生产方法 40

1.5.2 铁合金工艺流程的组成 42

1.5.3 铁合金冶金工艺流程设计 44

1.5.4 工艺流程的经济性 48

参考文献 51

2 铁合金冶金原理 53

2.1 还原的热力学原理 53

2.1.1 氧化物的稳定性 53

2.1.2 碳热还原的热力学 55

2.1.3 金属热还原的热力学 55

2.1.4 复合化合物的生成反应 56

2.1.5 铁合金熔体的活度 58

2.1.6 选择性还原 63

2.1.7 选择性氧化 71

2.1.8 铁合金熔体的化学平衡 77

2.1.9 铁合金中的碳、硫、磷等杂质行为 81

2.2 还原动力学和还原机理 89

2.2.1 固态还原 89

2.2.2 熔态还原 97

2.2.3 有气相中间产物的还原过程 103

2.2.4 还原过程的催化作用 104

2.3 铁合金生产的热化学 109

2.3.1 反应热效应 109

2.3.2 热焓的计算 113

2.3.3 盖斯定律 114

2.4 铁合金炉渣 114

2.4.1 炉渣的熔化温度和过热度 115

2.4.2 炉渣的形成机制 117

2.4.3 炉渣组成 118

2.4.4 炉渣的均质性 121

2.4.5 铁合金生产常用渣系 123

2.4.6 炉渣结构 129

2.4.7 炉渣黏度性能 130

2.4.8 炉渣的导电性 136

2.4.9 炉渣的表面张力和界面张力 139

2.4.10 熔渣的密度 142

2.4.11 炉渣的导热性或绝热性 143

2.5 冶金反应工程学原理 143

2.5.1 相似原理 143

2.5.2 相似理论在铁合金冶金过程的应用 144

2.5.3 传输现象 146

2.5.4 数学模型 146

参考文献 147

3 铁合金原料和原料处理 149

3.1 铁合金原料和性能 150

3.1.1 锰矿 150

3.1.2 铬矿 162

3.1.3 红土镍矿 170

3.1.4 硅石、熔剂和含铁物料 172

3.1.5 碳质还原剂 177

3.1.6 粘结剂 189

3.1.7 人造矿物的性能 192

3.1.8 混合炉料的冶金特性 198

3.2 原料预处理 203

3.2.1 原料干燥 203

3.2.2 破碎和筛分 206

3.2.3 磨矿 206

3.3 原料焙烧和预热 210

3.3.1 铁合金生产中的焙烧工艺 210

3.3.2 焙烧机理 211

3.3.3 锰矿焙烧 213

3.3.4 回转窑焙烧锰矿工艺 215

3.3.5 竖炉焙烧锰矿 216

3.4 烧结工艺 217

3.4.1 矿石烧结机理 218

3.4.2 烧结原料 221

3.4.3 锰矿烧结 223

3.4.4 粉铬矿的烧结 226

3.4.5 烧结工艺流程 228

3.4.6 烧结工艺主要参数 231

3.4.7 团粒烧结（小球烧结法） 234

3.4.8 奥图泰铬矿球团烧结技术 237

3.4.9 奥图泰铬矿球团预热竖炉 241

3.4.10 竖炉烧结球团 241

3.5 冷固结球团工艺 244

3.5.1 冷固结球团的应用 245

3.5.2 冷压块工艺 247

3.5.3 碳酸化球团 251

3.5.4 蒸汽养生球团（COBO和MTU法） 253

3.5.5 碳-二氧化硅冷压块 258

3.6 热固结球团工艺 259

3.6.1 热压含碳硅石球团 259

3.6.2 铬矿直接还原法（CODIR法） 262

3.6.3 锰矿热固结团块 263

3.7 人造富矿 263

3.7.1 贫锰矿的富集 264

3.7.2 选择性还原富集铬铁矿 266

3.7.3 锰矿的化学法富集 267

3.7.4 锰矿脱磷方法 268

3.8 原料焙烧和预热设备 270

3.8.1 回转窑 271

3.8.2 原料竖式预热器 278

3.8.3 链算机-回转窑系统 278

参考文献 280

4 铁合金的碳热还原生产工艺 283

4.1 有渣法冶炼 283

4.1.1 熔池结构 283

4.1.2 焦炭层 285

4.1.3 精炼层 288

4.1.4 初渣和终渣 288

4.1.5 冶炼渣型 290

4.1.6 炉膛温度 292

4.1.7 合金中含硅量的控制 292

4.1.8 有渣法冶炼操作技术 293

4.2 无渣法冶炼 295

4.2.1 无渣法工艺反应区结构 295

4.2.2 硅还原过程中的传质和传热 299

4.2.3 无渣法冶炼的操作技术 300

4.2.4 炉渣的形成 303

4.2.5 无渣法冶炼中杂质元素的行为 304

4.2.6 无渣法工艺技术开发 305

4.3 高硅铁合金的熔炼 310

4.3.1 硅钙合金的冶炼 310

4.3.2 高铝硅合金的冶炼 317

4.3.3 一步法硅铬合金冶炼 317

4.4 铬矿球团预还原工艺 319

4.4.1 铬矿球团预还原工艺流程 320

4.4.2 铬矿预还原球团工艺组成 320

4.4.3 铬矿预还原工艺对原料的要求 325

4.4.4 铬矿球团预还原的操作 327

4.4.5 铬矿预还原球团的性能 331

4.4.6 Premus铬矿预还原工艺 333

4.4.7 预还原球团的电炉冶炼 334

4.4.8 铬矿预还原球团工艺技术经济指标 334

4.5 镍铁生产工艺 335

4.5.1 烧结—电炉法和烧结—高炉法 335

4.5.2 回转窑—电炉法 336

4.5.3 镍铁冶炼渣型控制 343

4.5.4 镍铁冶炼的质量控制 346

4.5.5 红土矿资源的利用 347

4.5.6 直接还原法和转底炉法 348

4.6 熔融还原 353

4.6.1 明弧电炉冶炼高碳铬铁 354

4.6.2 铬铁的直流电炉熔态还原 354

4.6.3 直流电炉生产镍铁 356

4.6.4 二步法熔融还原 357

参考文献 359

5 铁合金的精炼 362

5.1 电硅热法生产精炼铁合金 363

5.1.1 电硅热法生产方法 363

5.1.2 电硅热法生产技术 364

5.1.3 电硅热法锰铁生产 366

5.1.4 全热装生产金属锰工艺 368

5.1.5 电硅热法生产精炼铬铁 371

5.1.6 电硅热法生产硅钙合金 375

5.2 炉外法精炼铁合金 375

5.2.1 炉外热兑法生产精炼铬铁 376

5.2.2 炉外摇包法生产中碳锰铁 385

5.2.3 炉外法生产低碳锰铁 387

5.2.4 炉外热兑法工艺设备 388

5.3 铁合金的氧化吹炼 390

5.3.1 氧气精炼方法 390

5.3.2 中碳锰铁的吹炼 396

5.3.3 中低碳铬铁的吹炼 397

5.3.4 氧气吹炼操作制度 398

5.3.5 影响元素回收率的因素 402

5.3.6 氧气转炉 404

5.3.7 氧气吹炼技术经济指标 408

5.3.8 矿石精炼法 409

5.4 铁合金炉外精炼技术 411

5.4.1 炉外氧化精炼 411

5.4.2 炉外降碳 417

5.4.3 铁合金炉外降磷 419

5.4.4 炉外精炼降钛 427

5.4.5 镍铁的炉外精炼 428

5.5 金属热法还原工艺 429

5.5.1 金属热法原理 429

5.5.2 金属热法的消耗 431

5.5.3 金属热法冶炼特点 432

5.5.4 电铝热法 432

5.6 真空冶金 433

5.6.1 真空还原 433

5.6.2 铁水真空脱气 437

5.6.3 铁水真空脱碳 438

5.6.4 固态铁合金的真空精炼 439

5.6.5 高碳锰铁固态脱碳的试验研究 441

5.6.6 真空设备 443

5.7 氮化冶金 449

5.7.1 氮化物的稳定性 449

5.7.2 氮化过程机理 449

5.7.3 铬铁的氮化 453

5.7.4 硅和硅铁的氮化 454

5.7.5 锰铁的氮化 455

5.7.6 氮化钒铁 456

5.8 金属硅的提纯 457

5.8.1 新材料对金属硅杂质含量要求 457

5.8.2 金属硅的酸浸提纯 458

5.8.3 金属硅结晶提纯方法 459

5.8.4 金属硅精炼的进展 462

5.9 摇包技术 462

5.9.1 摇包精炼机理 463

5.9.2 摇包运动解析 464

5.9.3 摇包参数 468

5.9.4 摇包机的机械结构 469

5.9.5 摇包受力的运动分析和驱动电动机选择 471

参考文献 473

6 铁合金浇注和加工 477

6.1 铁合金出炉过程 477

6.1.1 出炉流程 477

6.1.2 出铁口和出渣口 477

6.1.3 出铁时间间隔 478

6.2 铁合金浇注和粒化 479

6.2.1 浇注方式 479

6.2.2 模铸技术 480

6.2.3 铁合金粒化 481

6.2.4 其他浇注方法 485

6.2.5 浇注设备 489

6.3 铁合金凝固过程 491

6.3.1 铁合金凝固过程 491

6.3.2 凝固过程的传热 493

6.3.3 凝固速度对强度的影响 494

6.3.4 影响铁合金凝固的其他因素 494

6.4 凝固过程的偏析现象 495

6.4.1 影响铁合金偏析的因素 496

6.4.2 硅铁及工业硅的偏析 497

6.4.3 高碳铬铁的偏析 499

6.4.4 硅锰合金的偏析 501

6.4.5 减少偏析的措施 504

6.4.6 铁合金取、制样 504

6.5 铁合金破碎加工 505

6.5.1 铁合金机械破碎 505

6.5.2 铁合金制粉 507

6.5.3 铁合金粉的利用 507

6.6 铁合金粉化现象 507

6.6.1 硅铁的粉化 508

6.6.2 复合铁合金的粉化 509

6.6.3 稀土硅铁合金的粉化 510

6.6.4 高碳锰铁粉化 510

6.6.5 防止铁合金粉化的措施 511

参考文献 511

7 铁合金炉渣处理和利用 513

7.1 渣铁分离和炉渣凝固过程 513

7.1.1 渣铁分离 513

7.1.2 炉渣凝固过程 514

7.2 炉渣粉化现象 514

7.2.1 炉渣粉化机理 515

7.2.2 防止炉渣粉化的措施 515

7.3 铁合金炉渣处理 516

7.3.1 炉渣水淬粒化 517

7.3.2 干式粒化工艺 520

7.4 炉渣中金属的回收 522

7.4.1 回收铁合金炉渣中金属的方法 522

7.4.2 跳汰法回收硅锰和铬铁炉渣中金属 524

7.4.3 由精炼铬铁炉渣中回收金属 526

7.4.4 其他选矿方法 528

7.5 炉渣热能回收 528

7.5.1 炉渣中的热能 528

7.5.2 风淬炉渣回收热能 528

7.5.3 转盘粒化流化床换热回收炉渣热能技术 531

7.5.4 内冷双滚筒法回收热能 531

7.6 铁合金炉渣资源利用 532

7.6.1 冶金炉料应用 532

7.6.2 建材工业应用 534

7.6.3 耐火材料 536

7.6.4 矿渣棉 537

7.6.5 炉渣肥料 543

7.6.6 炉渣铸石 544

7.6.7 微晶玻璃 546

参考文献 547

8 矿热熔炼炉 548

8.1 矿热炉概论 548

8.1.1 矿热炉类型和用途 548

8.1.2 矿热炉原理 549

8.2 矿热炉电路解析 554

8.2.1 矿热炉炉膛导电 554

8.2.2 电炉操作电阻 556

8.2.3 电炉电抗和功率因数 558

8.2.4 电炉电气特性 561

8.2.5 三相电炉功率不平衡现象 562

8.3 电炉熔炼特性 567

8.3.1 电炉的能量特性 568

8.3.2 电极插入深度和电极工作端长度 572

8.3.3 电炉的稳定性 574

8.4 矿热炉参数 575

8.4.1 矿热炉的电参数 575

8.4.2 电极直径 576

8.4.3 矿热炉电参数与几何参数的关系 579

8.4.4 矿热炉几何参数相似关系 585

8.4.5 出铁口和出渣口 589

8.5 电极 590

8.5.1 电极材质选择 590

8.5.2 自焙电极 590

8.5.3 自焙电极的接长和消耗 596

8.5.4 电极技术发展 597

8.6 矿热炉机械设备 599

8.6.1 埋弧电炉结构 600

8.6.2 电极系统 601

8.6.3 炉盖和烟罩 606

8.6.4 矿热炉供料 609

8.6.5 炉体旋转机构 614

8.6.6 矿热炉的冷却 614

8.6.7 精炼电炉和化渣电炉 617

8.6.8 矩形电炉 619

8.7 矿热炉供电和控制 622

8.7.1 电炉变压器 622

8.7.2 电炉供电方式 623

8.7.3 电炉功率因数补偿 625

8.7.4 电炉控制和监测 631

8.7.5 矿热炉电炉中高次谐波 632

8.8 直流电炉 634

8.8.1 直流电炉特点和应用 634

8.8.2 直流电弧特性 635

8.8.3 直流电炉结构 636

8.8.4 直流埋弧电炉 637

8.8.5 直流电弧炉工艺中的电解效应 639

8.8.6 等离子电炉 640

参考文献 640

9 铁合金电炉炉衬 642

9.1 铁合金电炉炉衬工作原理 642

9.1.1 炉衬材料的选择 642

9.1.2 炉衬结构的整体性 642

9.1.3 炉衬冷却技术 643

9.2 铁合金炉衬损毁机理 645

9.2.1 碳质炉衬侵蚀机理 646

9.2.2 镁质炉衬侵蚀机理 648

9.3 碳质冷凝炉衬 651

9.3.1 碳质保温炉衬与冷凝炉衬砌筑比较 651

9.3.2 炉衬耐火材料性能 652

9.3.3 冷凝炉衬碳质耐火材料 655

9.3.4 冷凝炉衬设计 656

9.3.5 冷凝炉衬温度分布和监测 659

9.3.6 冷凝炉衬冷却计算 660

9.3.7 冷凝炉衬的应用和维护 662

9.4 铜质冷却器冷凝炉衬 663

9.4.1 镍铁电炉炉衬损毁机理 663

9.4.2 炉衬冷却技术比较 664

9.4.3 铜质冷却器 665

9.5 复合冷凝炉衬 667

9.5.1 复合碳质和镁质冷凝炉衬 667

9.5.2 通风冷却 667

参考文献 669

10 能源和环境 671

10.1 铁合金生产中的热能分布 671

10.1.1 铁合金生产的热能消耗和余热分布 671

10.1.2 铁合金生产热能利用 673

10.2 热能品质和效率 675

10.2.1 热能品质 675

10.2.2 热能利用效率 676

10.3 电炉煤气除尘和回收 679

10.3.1 铁合金电炉煤气 679

10.3.2 煤气净化方法比较 680

10.3.3 干法煤气净化技术 681

10.3.4 电炉煤气湿法除尘 684

10.4 热能利用 687

10.4.1 高温烟气余热锅炉和发电 687

10.4.2 电炉煤气直燃锅炉发电 689

10.4.3 热管热能回收 689

10.4.4 燃气发动机发电 691

10.4.5 螺杆膨胀动力机的应用 693

10.4.6 余热锅炉清灰技术 694

10.5 烟气净化 697

10.5.1 烟气和烟尘特性 697

10.5.2 炉窑烟气除尘 699

10.5.3 其他烟气除尘 701

10.5.4 烟尘的利用 701

10.6 粉尘和炉渣的污染控制 703

10.6.1 粉尘中的有害金属 703

10.6.2 Cr（Ⅵ）的控制 704

10.6.3 锰的危害和污染防控 705

参考文献 706

11 铁合金工艺计算 708

11.1 物料计算 708

11.1.1 计算参数的选择 708

11.1.2 配料计算 709

11.1.3 物料计算误差 709

11.1.4 冶炼硅锰合金配料计算 710

11.1.5 中低碳锰铁配料计算 713

11.2 烟气量和煤气量计算 715

11.2.1 密闭电炉煤气量计算 715

11.2.2 半密闭电炉烟气量计算 719

11.3 物料平衡 721

11.4 热平衡计算 722

11.4.1 热平衡计算原理 722

11.4.2 热平衡计算方法 723

11.4.3 锰矿焙烧回转窑热平衡计算（热平衡计算实例1） 724

11.4.4 高碳锰铁电炉热平衡计算（热平衡计算实例2） 727

11.4.5 75％硅铁热平衡计算（热平衡计算实例3） 733

11.5 热平衡测定 737

11.5.1 热平衡范围的界定 738

11.5.2 数据测定 738

11.5.3 物料平衡和热平衡测定 739

11.6 理论电耗计算 743

参考文献 744

附录 745

附录1 铁合金电炉参数 745

附录2 典型除尘设备参数 748

附录3 典型碳质耐火材料性能 750

名词术语索引 752