基本介紹
- 中文名：鉻鐵
- 外文名：ferrochrome
- 含碳量：4~8%
- 定義：鉻和鐵為主要成分的鐵合金
- 方法：AOD法
- 領域：冶金
- 作用：合金劑
定義,分類,簡史,碳素鉻鐵,用途,鉻資源,提煉方法,相關閱讀,相關標準,
定義
以鉻和鐵為主要成分的鐵合金。是鋼鐵工業用的主要合金劑之一，除了主成分鉻與鐵外還含有碳、矽、硫、磷等雜質。鉻鐵含鉻55%～75%，按含碳量分為高碳(4%～10%C)、中碳(0.5%～4%C)、低碳(>0.15%～0.5%C)和微碳(≤0.15%C)鉻鐵。高碳鉻鐵又稱碳素鉻鐵，中、低、微碳鉻鐵又稱精煉鉻鐵。一種用低鉻鐵比的鉻礦生產的高碳鉻鐵，含Cr 50%～55%稱為爐料級鉻鐵，還有含N2%～10%的含氮鉻鐵作為氮合金劑使用，又稱氮化鉻鐵。
分類
鉻鐵按不同含碳量分為高碳鉻鐵包括裝料級鉻鐵(C≦10%)、中碳鉻鐵（C≦4.0%）、低碳鉻鐵（C≦0.5%）、微碳鉻鐵（C≦0.15%）等。常用的還有矽鉻合金、氮化鉻鐵等。鉻鐵主要用作煉鋼的合金添加劑，過去都在煉鋼的精煉後期加入。冶煉不鏽鋼等低碳鋼種，必須使用低、微碳鉻鐵，因而精煉鉻鐵生產一度得到較大規模的發展。由於煉鋼工藝的改進，現在用AOD法（見爐外精煉）等生產不鏽鋼等鋼種時，用碳素鉻鐵（主要是裝料級鉻鐵）裝爐，因而只需在後期加低、微碳鉻鐵調整成分，所以現在鉻鐵生產重點是煉製碳素鉻鐵。
簡史
1821年貝爾蒂爾(P.Berthier)在坩堝內加熱木炭、氧化鉻與氧化鐵的混合物生產鉻鐵。這種方法一直使用到1857年弗雷邁(E.C.Fremy)用塔斯馬尼亞(Tasmania)鐵鉻礦，在高爐內冶煉，得到含7%～8% Cr的塔斯馬尼亞生鐵。1870～1880年間，高爐生產的鉻鐵含30%～40%Cr，10%～20%C。穆瓦桑(H.Moissan)對電爐冶煉鐵合金做了許多工作，並於1893年發表了在電爐內還原鉻礦生產含67%～71%Cr，4%～6%C高碳鉻鐵的報導。用電爐取代高爐冶煉高碳鉻鐵是一個重大進步。1886年奧德斯傑納(E.G.Odelstjerna)描述了瑞典用電爐生產含70%Cr高碳鉻鐵的情況。
貝克特(F.M.Becket)及其合作者從1906年至1940年間，開展矽還原鉻礦生產低碳鉻鐵的工藝。在500kW單相雙電極電爐(爐產量400kg)至12000kW三相電爐(爐產量10t)內試驗和生產，以滿足生產不鏽鋼的需要。1920年左右瑞典特樂爾赫坦鐵合金廠制訂了三步法生產低碳鉻鐵工藝。即電矽熱法，亦稱瑞典法。1939年波倫(R.Perrin)獲得了用液態矽鉻鐵合金與鉻礦—石灰熔體反應，生產低碳鉻鐵專利。通稱波倫法，也稱熱兌法。這一方法經過不斷改進，已成為生產低碳鉻鐵的主要方法。1949年埃拉斯姆斯(H.Erasmus)取得了真空固態脫碳法生產C 0.01%的低碳鉻鐵的專利。在美國聯合碳化物公司馬里塔(Ma-rietta)廠生產名為辛普雷克斯低碳(低硫)鉻鐵(Sim-plex Ferrochrome)。
碳素鉻鐵
用途
鉻加入鋼中能顯著改善鋼的抗氧化性，增加鋼的抗腐蝕能力。在許多具有特殊物理化學性能的鋼中都含有鉻。鋼中的鉻是用鉻鐵添加的。高碳鉻鐵用作滾珠鋼(0.5%～1.45%Cr)、工具鋼、模具鋼(5%～12%Cr)和高速鋼(3.8%～4.4%Cr)的合金劑，可提高鋼的淬透性，增加鋼的耐磨性和硬度。鑄鐵中加入鉻可提高硬度，改善耐磨性，含鉻0.5%～1.0%便可改善其機械性能。高碳鉻鐵和爐料級鉻鐵大量用作冶煉不鏽鋼(AOD或VOD法)的爐料，降低生產成本。中、低碳鉻鐵用於生產中、低碳結構鋼、滲碳鋼，製造齒輪、高壓鼓風機葉片、閥板等。微碳鉻鐵用於生產不鏽鋼、耐酸鋼、耐熱鋼和電熱合金等。
鉻資源
鉻在地殼中的豐度為0.035%，但生成的鉻礦石含鉻高。地球上近南北向褶皺帶中的鉻鐵礦資源量，占世界總量的95%以上，其中縱貫非洲東部的前寒武紀褶皺帶的鉻資源量，占世界總量的94%。烏拉爾華力西褶皺帶占2%左右，阿爾卑斯褶皺帶約占世界總量的2%。中國鉻礦成礦地質條件不理想，尚未在寒武紀地質區中發現南北向鉻鐵礦帶。西藏—雲南的鉻鐵礦床屬阿爾卑斯期褶皺帶;新疆—甘肅、青海—內蒙古的鉻鐵礦床在海西期近東西向的褶皺帶中;它們都不具備生成特大礦床的條件。具有工業價值的主要含鉻礦物是鉻尖晶石，常被誤稱為鉻鐵礦。最有用的鉻尖晶石礦物有3種：鎂鉻鐵礦(Mg，Fe)Cr2O4、硬鉻尖晶石(Mg，Fe)(Cr，Al)2O4和鋁鉻鐵礦Fe(Cr，Al)2O4。
鉻礦最大的使用者為鐵合金工業，約占鉻礦石總產量的80%左右。在鉻礦市場上稱冶金級鉻礦。優質冶金級鉻礦要求Cr2O3>48%，S<0.1%，P<0.1%，Cr2O3：FeO>3，用以生產含Cr>70%的鉻鐵。由於富鉻礦日益減少，鉻鐵比低的礦石相對增多。它們只能用來冶煉爐料級鉻鐵。
提煉方法
中、低、微碳鉻鐵一般以矽鉻合金、鉻鐵礦和石灰為原料，用1500～6000千伏安電爐精煉脫矽，採用高鹼度爐渣操作(CaO/SiO2為1.6～1.8)。低、微碳鉻鐵還大規模地採用熱兌法進行生產。生產時用兩台電爐，一爐冶煉矽鉻合金，一爐熔化由鉻礦和石灰組成的熔渣。精煉反應分兩個階段在兩個盛桶內進行：①熔渣爐的熔渣注入第一盛桶後，把另一盛桶中已經初步脫矽的矽鉻合金兌入，由於熔渣氧化劑過剩量很大，脫矽充分，可獲得含矽低於0.8%、含碳低達 0.02%的微碳鉻鐵。②第一盛桶內反應後的熔渣(含Cr2O3約15%)移至第二個盛桶後，把矽鉻電爐煉就的矽鉻合金（含矽45%）熱兌入渣內，反應後得到初步脫矽的矽鉻合金(含矽約25%)，兌入第一盛桶進一步脫矽，熔渣含Cr2O3低於2～3%可拋棄。
真空固態脫碳法精煉，用磨細的高碳鉻鐵為原料，其中磨細的高碳鉻鐵的一部分經氧化焙燒作氧化劑，配加水玻璃或其他粘合劑，壓成團塊，經低溫乾燥後，在車底式真空爐內，於真空度0.5～10毫米汞柱、溫度1300～1400℃下加熱還原35～50小時，可得到含碳低於0.03%甚至低於0.01%的微碳鉻鐵。
相關閱讀
鉻
鉻是有光澤的灰色金屬，密度7.2，熔點1857℃，沸點2672℃，有延展性，但含氧、氫、碳和氮等雜質時變得硬而脆。鉻的化學性質不活潑，常溫下對氧和水汽都是穩定的，鉻在高於600℃時開始和氧發生反應，但當表面天生氧化膜以後，反應便緩慢，當加熱到1200℃時，氧化膜被破壞，反應重新變快。高溫下，鉻與氮、碳、硫發生反應。鉻在常溫下就能和氟作用。鉻能溶於鹽酸、硫酸和高氯酸，遇硝酸後鈍化，不再與酸反應。鉻能與鎂、鈦、鎢、鋯、釩、鎳、鉭、釔形成合金。鉻及其合金具有強抗腐蝕能力。
鉻鐵礦
在自然界中目前已發現的含鉻礦物約有50餘種，分別屬於氧化物類、鉻酸鹽類和矽酸鹽類。此外還有少數氫氧化物、碘酸鹽、氮化物和硫化物。其中氮化鉻和硫化鉻礦物只見於隕石中。具有產業價值的鉻礦物都屬於鉻尖晶石類礦物，它們的化學通式為（Mg、Fe2+）（Cr、Al、Fe3+）2O4或（Mg、Fe2+）O（Cr、Al、Fe3+）2O3，其Cr2O3含量為18%～62%。
常見的鉻礦物有：
(1)鉻鐵礦，化學成分為（Mg、Fe）Cr2O4，介於亞鐵鉻鐵礦（FeCr2O4，含FeO 32.09%、Cr2O3 67.91%）與鎂鉻鐵礦（MgCr2O4，含Mg 20.96%、Cr2O3 79.04%）之間，通常有人將亞鐵鉻鐵礦和鎂鉻鐵礦也都稱為鉻鐵礦。鉻鐵礦為等軸晶系，晶體呈細小的八面體，通常呈粒狀和緻密塊狀集合體，顏色為玄色，條痕呈褐色，半金屬光澤，硬度5.5，密度4.2～4.8，具弱磁性。鉻鐵礦是岩漿成因礦物，產於超基性岩中，當含礦岩石遭受風化破壞後，鉻鐵礦常轉進砂礦中。鉻鐵礦是煉鉻的最主要的礦物原料，富含鐵的劣質礦石可作高級耐火材料。
(2)富鉻類晶石，又稱鉻鐵尖晶石或鋁鉻鐵礦，化學成分為Fe（Cr，Al）2O4，含Cr2O3 32%～38%。
(3)硬鉻尖晶石，化學成分為（Mg、Fe）（Cr、Al）2O4，含Cr2O3 32%～50%。富鉻類晶石和硬鉻尖晶石的形態、物理性質、成因、產狀及用途與鉻鐵礦相同。產業生產金屬鉻的方法有鋁還原法、矽還原法、碳還原法和電解法。
鉻鐵礦的用途
鉻是重要的戰略物資之一。具有質硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性。其鉻鐵礦的用途有：
（1）在冶金工業中?鉻鐵礦主要用來生產鉻鐵合金和金屬鉻。 a鉻鐵合金作為鋼的添加料生產多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼?如不鏽鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、工具鋼等 b金屬鉻主要用於與鈷、鎳、鎢等元素冶煉特種合金。這些特種鋼和特種合金是航空、宇航、汽車、造船以及國防工業生產槍炮、飛彈、火箭、艦艇等不可缺少的材料。
（3）在化學工業主要用來生產重鉻酸鈉?進而製取其他鉻化合物?用於顏料、紡織、電鍍、製革等工業?還可製作催化劑和觸媒劑等。 故而?鉻鐵礦的銷售渠道亦有三種?即?冶金行業、耐火材料行業和化學工業。下面由鉻鐵礦在冶金工業的用途介紹鉻鐵和鉻鹽的用途和冶煉工藝
鉻是重要的戰略物資之一，由於它具有質硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性，在冶金產業、耐火材料和化學產業中得到了廣泛的套用。
相關標準
基本信息
標準號 StandardNo： GB/T 5683-2008
中文標準名稱 StandardTitle in Chinese： 鉻鐵
英文標準名稱： Ferrochromium
發布日期 IssuanceDate： 2008-8-5
實施日期 ExecuteDate： 2009-4-1
首次發布日期 FirstIssuance Date： 1985-12-4
標準狀態 StandardState： 現行
複審確認日期 ReviewAffirmance Date：
計畫編號 Plan No： 20060930-T-605
代替國標號 ReplacedStandard： GB/T 5683-1987,GB/T 5684-1987
被代替國標號 ReplacedStandard:
廢止時間 RevocatoryDate：
採用國際標準號 AdoptedInternational Standard No： ISO 5448:1981
采標名稱 AdoptedInternational Standard Name： 鉻鐵 規格和交貨條件
採用程度 ApplicationDegree： MOD
採用國際標準 AdoptedInternational Standard： ISO
國際標準分類號(ICS)： 77.100.
中國標準分類號(CCS)： H42
標準類別 StandardSort： 產品
標準頁碼 Number ofPages:
標準價格(元) Price(￥)：
主管部門 Governor： 中國鋼鐵工業協會
歸口單位 TechnicalCommittees： 全國鋼標準化技術委員會
起草單位 DraftingCommittee： 中鋼集團吉林鐵合金股份有限公司、冶金工業信息標準研究院
範圍
本標準規定了鉻鐵的技術要求、試驗方法、檢驗規則以及包裝、儲運、標誌和質量證明書。
規範性引用檔案
下列檔案中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用檔案，其隨後所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用於本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協定的各方研究是否可使用這些檔案的最新版本。凡是不注日期的引用檔案，其最新版本適用於本標準。
GB/T3650 鐵合金驗收、包裝、儲運、標誌和質量證明書的一般規定
GB/T4010 鐵合金化學分析用試樣的採取和製備（GB/T4010—1994，neqISO4552：1987）
