铁合金

ferroalloys

铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于钢铁冶炼。在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙合金），都称为“铁合金”。习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内。

铁合金一般用作：①脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。②合金添加剂。按钢种成分要求，添加合金元素到钢内以改善钢的性能。③孕育剂。在铸铁浇铸前加进铁水中，改善铸件的结晶组织。此外，还用作以金属热还原法生产其他铁合金和有色金属的还原剂；有色合金的合金添加剂；还少量用于化学工业和其他工业。

铁合金的主体元素一般熔点较高，或者它的氧化物难于还原，难于炼出纯金属，如与铁在一起则较易还原冶炼。在钢铁冶炼中使用铁合金,其中含铁非但无害,而因为易熔于钢水反较有利。因此，炼钢过程中脱氧和添加合金,大多以铁合金的形式加入。铁合金一般很脆,不能作为金属材料使用。

用坩埚冶炼低品位铁合金是1860年左右开始的。后来发展了用高炉炼锰铁和含硅12％以下的硅铁。1890～1910年间在法国开始用电弧炉生产铁合金。穆瓦桑 (H.Moissan)曾用电弧炉对难还原元素进行系统试验，埃鲁(P.L.T.H□roult)应用于工业生产,当时都用焦炭和木炭作还原剂还原有关矿石，产品大多是高碳的。1920年以后，为了满足优质钢和不锈钢发展的需要，开始生产低碳铁合金的新阶段。一方面，在戈尔德施米特 (K.Goldschmidt)1898年提出的铝热法制取金属的工艺基础上，发展出用铝热法冶炼一些不含碳的铁合金和纯金属；另一方面研制出在电炉中氧化含硅合金的脱硅精炼法。由于铝热法生产费用太高，脱硅精炼法得到了较多的应用。直到现在中碳、低碳、微碳铬铁，中碳、低碳锰铁，金属锰大多仍用此法精炼。精炼铬铁的热兑法即把液态的矿石、石灰熔体与硅硌合金,通过热兑混合加速反应,是脱硅精炼法的进一步发展。此外也用电解法生产纯净的合金添加剂（如金属锰），并采用真空脱碳法生产含碳极低的超微碳铬铁。近年还发展出应用纯氧吹炼法精炼铬铁、锰铁的方法。

中国在1940年左右用小型电炉生产硅铁、锰铁。1955年起吉林铁合金厂开始大规模生产。随后在各地建设了一批铁合金厂，并用小型高炉生产锰铁，满足了全国钢铁工业的需要。(见彩图中碳锰铁浇铸机)

资源 冶炼铁合金用的矿石原料除硅石各地普遍存在以外，大都集中在少数地区，如铬矿90％赋存在南部非洲，锰矿大量储存在南非和苏联。矿石多数以氧化物或含氧盐的形式存在（如铬、锰、钨、镍、钒、钛等），有些为硫化物（如钼）。这些矿石品位不同，大都需要选矿富集。中国钨矿储量居世界{dy}位。镍、钼资源在70年代勘明有较大储量。攀枝花等地的钒钛磁铁矿含有大量钒、钛资源。锰矿在湖南、广西、贵州等地有相当储量，但品位较低。

品种用途 作为炼钢脱氧剂，应用最广泛的是锰铁和硅铁。强烈的脱氧剂为铝(铝铁)、硅钙、硅锆等（见钢的脱氧反应）。用作合金添加剂的常用品种有：锰铁、铬铁、硅铁、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁、镍铁、铌(钽)铁、稀土铁合金、硼铁、磷铁等（表1 常用铁合金）。各种铁合金又根据炼钢需要，按合金元素含量或含碳高低规定许多等级，并严格限定杂质含量。含有两种或多种合金元素的铁合金叫做复合铁合金，使用这类铁合金可同时加入脱氧或合金化元素，对炼钢工艺有利，且能较经济合理地综合利用共生矿石资源。常用的有：锰硅、硅钙、硅锆、硅锰铝、硅锰钙和稀土硅铁等。

炼钢用纯金属添加剂有铝、钛、镍和金属硅、金属锰、金属铬等。某些易还原的氧化物如MoO□、NiO,也用于代替铁合金。此外，还有氮化铁合金，如经过氮化处理的铬铁、锰铁等，以及混有发热剂的发热铁合金等。

生产和消费 铁合金主要用电炉生产，电耗高（每吨综合平均约5000千瓦·时），需要丰富而价廉的电力资源。法国成为早期铁合金的主要生产国，挪威成为{zd0}铁合金输出国，都是以当地丰富的水电资源为基础。70年代工业发达国家的铁合金消费量，按每生产一吨粗钢计，大致为20公斤；其中主要合金元素所占的份额为：锰5.5～6.5公斤，硅2～3公斤，铬2～3公斤。一些国家的铁合金产销情况见表2 1980年一些国家的铁合金生产量、输出量、输入量。