锆铁
锆铁是由锆与铁及硅、铝等元素组成的铁合金。炼钢用的锆铁是锆硅铁,含Zr15%~45%,Si30%~65%。用铝热法生产的则因含铝故称锆铝铁,含Zr>15%。
锆铁是由锆与铁及硅、铝等元素组成的铁合金。炼钢用的锆铁是锆硅铁,含Zr15%~45%,Si30%~65%。用铝热法生产的则因含铝故称锆
铝铁,含Zr>15%。
1789年德国克拉普罗特(M.H.Klaproth)发现了一种新的氧化物,取名叫“Zircomia’。1824年瑞典贝采利厄斯(J.J.Berzelius)用钾还原K2ZrF6的方法,**制出锆。1923年美国钢厂**进行了用锆硅铁做脱氧剂的试验,取得良好效果。之后开始用金属热法生产出锆硅铁和锆铝铁。中国南京特殊合金厂,于1987年试制出锆硅铁,含Zr20%~40%,Si45%~55%;用作炼钢脱氧剂。 [1]
性质锆的原子量为91.22。外层电子结构为ztdz5s。。熔点1852℃。沸点4400℃。密度6.49g/cm3(20℃)。锆铁系相图见一FN。锆与铁生成稳定的化合物FeZr2(45.1%zr),熔点1650℃,Fe—Zr系内有两个共晶体。在16%Zr时共晶熔点为1330℃;在84%Zr时共晶熔点约为940℃。锆与硅生成多种硅化锆。有Zr:Si(Si13.65%),ZrSi3(Si15.55%),ZrSi(Si23.55%)和ZrSi2(si38.12%)等。商品锆硅铁的密度约3.5g/cm3,熔化温度范围为1260~1345℃。
锆是稀有金属。它是碳化物形成元素。在炼钢过程中,锆是强有力的脱氧和脱氮元素。锆能细化钢的奥氏体晶粒。它和硫能化合成硫化锆,因此能防止钢的热脆性。锆还有降低钢的应变时效现象和提高钢的低温韧性等优点。锆在铸铁中的作用类似钛。可形成碳化锆,与硫结合形成硫化物。在冷却时促进石墨的生成。少量的锆即有利于白口铸铁的石墨化,使白口铁灰口化。在生产韧性铸铁时缩短退火时间。
经常使用的锆铁是硅锆铁合金、铝锆铁合金和硅锆合金。它们有几种牌号,低牌号的合金含Zr 5—8%、Si 40—45%;中牌号的合 金含Zr 12—15%、Si 39—43%;高牌号的合金含Zr 35—40%、Si 47—52%,其 余为Fe或Al。还有一种**复合合金,含Zr小于10%,同时还含有Mn、Al、 Si、Ti等元素。镍锆合金含Zr量为30%或70%。用金属Zr和废钢重熔生产的 锆铁是使用较多的一种产品,含Zr量在40—90%。因锆是炼钢的较强脱氧剂 之一以及锆在钢中的特殊作用,锆铁作为脱氧剂和合金添加剂而用于特殊用 途的高温合金、低合金高强度钢、**高强度钢以及铸铁中,继而被用于原子技术、航空制造、无线电技术等。可以采用炼制复合含Si合金的办法炼制硅锆铁。
锆资源含锆矿石有十几种。而在工业上可用的只有锆英石(zircon)和斜锆石(baddeleyite)两种。锆英石也叫锆石,是分布较广的锆矿物。主要产地为美国、巴西、印度、澳大利亚、中国和*联体等国。其主要组成为ZrO2·SiO2。理论成分为:ZrO267.01%和SiO233.99%。锆英石矿石中各种杂质含量为:Fe2O3)0.5%~5.0%和少量CaO、.MgO、TiO2等。斜锆石主要产地在巴西和斯里兰卡。中国储量不大。其主要成分是ZrO2。工业斜锆石含ZrO275%~85%,主要杂质为Fe2O3 2%~5%,SiO2 10%~20%及少量A1203和TiO2。矿物密度为5.7g/cm3莫氏硬度6.5。 [2]
生产方法有电碳热法、电硅热法和电铝热法。
电碳热法是以锆英石和木炭为炉料。在电炉内用连续操作方法冶炼。定期出铁。产品成分为:Zr22%~27%,Si 38%~43%,Al 0.5%~1.0%和 C0.1%~0.5%。
电硅热法是将锆英石、石灰、萤石、75%硅铁和氧化铁皮混合,装入碳砖衬电弧炉内熔炼。待炉温升到1700℃后,开始搅拌、还原。还原结束,炉温升到1800~1900℃时出炉、扒渣、浇铸。炼出的锆硅铁成分为:Zr 20%~40%,Si 45%~55%,Al<0.5%,P<0.1%。锆回收率为55%左右。炉渣中含ZrO210%~15%,碱度为0.8~1.0。
电铝热法是生产含锆量高的锆硅铁的方法。以锆英石、铝粒、铁精矿、石灰、75%硅铁为原料。混合后装入碳砖衬倾动式电弧炉内冶炼,间歇操作。产品成分为:Zr 52%~54%,Si 23%~27%,Al 5%~7%,Ti0.6%,P 0.08%,C 0.06%~0.12%。锆铝铁也是用电铝热法生产的,以锆英石粉、铁矿粉、铝粒、石灰粉及硝酸钠为原料,混合均匀后,在电炉中冶炼。炼出合金成分为:Zr 16.5%~19.5%,Al 21%~28%,Fe 47.5%~51.5%,Si 2.2%~3.2%。电耗为700 kWh/t。锆回收率约60%。