合金化

使金属成为具有预期性能的合金

通过加入元素，使金属成为（在一定的工艺条件下）具有预期性能的合金。为保证钢的各种物理、化学性能，向钢中加入合金添加剂将其成分调整到规定范围的操作。那些在普通钢中没有的或含量较少的元素(C、Si、Mn、S或P)都属于合金元素。合金添加剂既可以是纯的材料(镍、铜、铝、石墨粉等)，也可以是铁合金(锰铁、硅铁、钒铁、铬铁等)，也可是合金元素的化合物(氧化物、碳化物、氮化物等)。在炼钢生产中，一般脱氧与合金化几乎同时进行，有时不可能把脱氧元素与合金元素截然分开。但脱氧与合金化二者的目的和物理化学反应过程是不同的。

简介

添加剂选择

合金化应作到低消耗、高效率、高质量。因此，最合适的合金添加剂的选择决定于一些综合的技术、经济因素。选择时应考虑不同添加剂的总成本的高低，还要考虑其纯度或杂质元素含量。通常，低价铁合金中杂质元素含量较高，而大部分杂质元素都将增加熔剂和净化剂的消耗，并使渣量增加、产量降低、能耗加大。因此，选择合金添加剂时，还需考虑炼钢过程物料平衡和能量平衡；考虑添加剂的熔化范围，以及更重要的添加剂的溶解速率。(例如，钛的熔点虽在1700℃以上，但钛却是未达到熔化温度就可溶解于钢中)。添加剂的化学成分和结构，在炼钢温度下的热容量和热传导能力以及添加剂加入时的物理状态和块度等都对溶解速率产生影响。添加剂的密度对回收率的稳定和提高也具有重要意义。添加剂密度比钢液密度低得愈多，愈易漂浮，便烧损愈大，如铝的密度小，烧损和成分波动便大;而高铌铁则因密度大，其合金块会沉入包底而导致铌的损失。

工艺

合金元素的性能不同，其合金化工艺也不同。根据合金元素与氧的亲和力，在铁中的溶解度及其熔点、沸点、蒸气压力、密度等决定其合理的尺寸、加入时间、地点和方法以及必须采取的助熔和防止氧化的措施。Ni、Mo、Cu、Co等元素与氧的亲和力低，可随炉料一起加入或在冶炼过程中加入;而Ti、V、Cr、Si、Mn、Al等与氧的亲和力强，则是在出炉前(或在钢包中)加到已经充分脱氧的钢液中。炉内可加入量大的铁合金，其块度较大才易穿过渣层。钢包内加入时，铁合金与熔渣反应少，回收率较高，最好用经过破碎的粒状铁合金。用量大的锰铁、硅铁、铬铁、镍等，以块状加入钢液费用最低，通常可采用简单的加入方法。对那些在钢中溶解度有限、密度小、与氧的亲和力大且蒸气压又高的元素(如钙)，或要求控制严格的微量合金元素(Ti、V、B)和残余含量元素(Al)等可采用喂丝法，所用喂丝机，设备简单、投资省，收得率高而稳定。喷粉法也能提高收得率并解决微合金化问题。用氧化物料对钢水进行直接合金化，可以降低成本、节约电能、呈粉状、球状或烧结状态的纯氧化物、碳、氮化合物、矿石和精矿、炉渣和其他废料都可用作添加剂。熔点低并能形成流动性好的均质熔体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，在生产中已有应用。

应用

为提高钢的微合金化效果，应研究添加剂被钢液吸收溶解的规律性。加入固体铁合金时，起初在其表面结成钢壳，而随后又熔化。钢壳的出现则削弱了热交换，阻碍添加剂的溶解。添加剂的粒径、熔化范围、导热能力和钢液过热度的不同，其溶解的规律则不同。在加入铁合金引起钢液的激冷指数，以及铁合金的热物理和物理机械性能等方面取得的研究成果，也有利于完善钢的微合金化工艺。

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