簡介
由矽、鉻、鐵為主成分的鐵合金。又稱矽鉻鐵合金。它主要用作電矽熱法生產中、低、微碳鐵的中間合金。煉鋼中用作脫氧劑(代替矽鐵)和鉻添加劑。一般含Cr>30％，Si>35％，餘量為鐵和少量雜質。根據含碳量分類，如含碳≤0.06％，≤0.10％，≤1.0％等。
簡史
貝克特(F．M．Becket)及其合作者自1906年起至1940年開發矽還原鉻礦石生產低碳鉻鐵的工藝。最早是用50％～75％Si的矽鐵和矽作還原劑。用矽鐵作還原劑，因鐵高不能生產Cr>70％的低碳鉻鐵。而工業矽價格貴。用鉻礦石先冶煉出矽鉻鐵合金，再與鉻礦石反應得到低碳鉻鐵的方法是經濟的。鉻鐵含Cr>70％，要求鉻礦中Cr：Fe為3：1。1925年貝克特在其專利中公布了矽鉻鐵合金含碳量與含矽量的關係圖。中國吉林鐵合金廠是於1957年開始生產矽鉻鐵合金的。
性質
鉻與矽在高溫下生成兩種穩定的化合物為CrSi與CrSi2。因為鉻的矽化物比它的碳化物穩定，所以當有矽存在時，部分碳將被矽取代，生成碳矽複合鉻化物，直至生成矽化物。
當合金中Si<20％時，基本上由一個相(Cr，Fe)3(C，Si)2組成。可以認為是Cr3C2中部分Cr為Fe取代，部分C由Si取代的結果。當矽含量增加至>20％～29％時即形成新的複合相(Cr，Fe)(Si，C)。過剩的Cr與Fe組成金屬間化合物FeCr，即σ相。含S i29％～34％之間增加了新相(Cr，Fe)Si。當Si超過34％，鉻、鐵與矽形成矽化物。由於含矽量增多而出現CrSi2與SiC相。鉻與矽問的親和力比鐵與矽的大，所以先生成CrSi2。但是CrSi2與FeSi2的結晶構造不同，相互間不能形成固溶體。含Si44％～5l％時，Cr與Si生成CrSi2，部分FeSi與Si生成FeSi2。當Si51％～60％時，合金由CrSi2、FeSi2、SiC與Si組成。從上述結果可以看出含矽高的鉻矽鐵合金是由鉻和鐵的矽化物、SiC及Si組成，即碳是以SiC相存在。工業生產的矽鉻鐵合金的結構分析與此基本吻合。碳以不溶解於液相矽鉻鐵的SiC相存在。
矽鉻鐵合金的飽和含碳量與含矽量的關係見圖2。圖中表示在1625℃與1725℃時3種矽鉻鐵合金：含Cr～30％，含Fe20％～25％和含Fe15％～20％的結果。
Cr／％ Si／％ c／％熔化溫度範圍／℃密度／g·ClTI一。
40～45 45～35
50～65 25～20
生產工藝
用鉻礦石生產矽鉻鐵合金的工藝有兩種：一步法和二步法。一步法是將鉻礦石、矽石、焦炭等在埋弧還原電爐內直接煉成矽鉻鐵合金。所以也稱直接法或有渣法。這種方法因渣量大，鉻損失於渣中較多。MgO、Al2O3、CaO被部分還原和揮發，使生產能耗增大，故又發展了二步法，即首先將鉻礦和焦炭以及部分矽石作熔劑，在埋弧還原電爐內煉成高碳鉻鐵，並粒化或破碎成粒狀；再將高碳鉻鐵粒與矽石、焦炭在另一座埋弧還原電爐內煉成矽鉻鐵合金。因產品含碳較高，需要在爐外作降碳處理，才能得到碳合格的矽鉻鐵合金。因為鉻礦石是經兩個步驟才煉出合金，所以稱二步法。亦稱間接法或無渣法。經過長期改進操作，一步法與二步法相比，少用一台電爐使投資減少；可以直接得到低碳產品；工藝流程短。通過爐渣回收金屬後，鉻的回收率較高和冶煉總電耗較低；但其工藝較難掌握。主要是爐渣黏稠，從爐內順利排渣的問題不好解決。除此之外還有搖包脫碳法和渣洗脫碳法。
一步法
鉻礦石、矽石、焦炭和鋼屑混合均勻後，加入埋弧還原電爐內。選擇合理的供電制度，使電極深插爐料層中，以保持爐渣溫度高，有利還原反應和對產出的合金進行精煉，並破壞SiC使爐渣較易從爐內排出。通過配料使爐渣組分中MgO/Al2O3之比值小於2，SiO2含量控制在40％～50％之間，才能使合金中的碳含量小於0.04％和對爐渣排出有利。熔池中存在一較厚的渣層。其上層與冶煉高碳鉻鐵的情況相似，渣中含SiO244％，SiC23％。下部則為矽鉻鐵合金與終渣。下層渣中含SiO230％，SiC 2％。生產中存在的主要困難是從爐內排出爐渣的問題。所以爐前應安裝拉渣機。即用鋼棍從出鐵口伸入爐內將爐渣粘著在鐵棍上，從熔池中拉出。爐渣黏度大，夾雜有大量合金，要用重力選礦方法如用跳汰機選出。可使鉻回收率提高約5％。
日本鋼管公司(NKK)富山廠在4萬kVA封閉電爐內用一步法生產矽鉻鐵合金。電爐變壓器容量4萬kVA，額定負荷為2.4萬kW。二次電壓當△一△連線時為155～200V，(每級電壓差5V)。二次電流115萬A(最大)。用自焙電極，電極直徑1500mm。當輸入負荷為2.2萬kW時，輸入電極電負荷密度為208W／cm2。爐體直徑11500mm，高6160mm，爐蓋高約1200mm。爐膛直徑8930mm，深3900mm。有8個出鐵口，每4h出爐一次；爐底鏇轉，也可以擺動，轉速為72～600h／r；有開眼機和泥炮。冶煉用鉻礦經搭配後入爐時的化學成分為：Cr2O3 44.32％，SiO2 9.92％，FeO17.57％，Al2O39.68％，MgO14.58％，S<0.006％，P<0.004％；粒度10～70mm。矽石含SiO297.7％，P 0.005％；粒度50～100mm。焦炭含固定碳84.0％，灰分14.9％，揮發分1.1％，P 0.021％，S 0.544％；粒度10～50mm。爐料經原料系統配料，送至爐頂料倉加入爐內。冶煉時將電極插入爐料，深度保持為1.5m。通過配料控制爐渣成分，保持渣中含Sit：)。約45％。生產的合金中碳含量與矽含量成反比(見圖3)。從圖中可以看出，與二步法相比，一步法生產的矽鉻鐵合金含碳量較低。矽鉻鐵合金的典型化學成分Cr36.8.％，Si42.3％，Fe16.3％，C 0.05％，P 0.025 S0.004％，Al 0.19％，Ca 0.03％。爐渣成分為：Cr 0.95％、SiO24 5.9％、CaO 2.3％，Al2O3 23.9％，MgO25.0％，FeO 0.80)P 0.0067，全C 2．6％，SiC2.64％。生產lt矽鉻鐵合金消耗鉻礦石1297kg，返回品37kg，矽石1360kg；鋼屑24kg；焦炭816kg；電極50．5kg。電能消耗7050kW•h。產渣量為715kg／t。鉻回收率90．6％。爐子實際負荷22591kW。
二步法
第一步生產高碳鉻鐵；(工藝見鉻鐵)第二步用高碳鉻鐵、矽石、焦炭、鋼屑冶煉矽鉻鐵合金的矽gui工藝與冶煉45％矽鐵相似，所不同者是用高碳鉻鐵粒代替鋼屑。冶煉流程見圖4。碳(焦炭與碳化物的碳)還原SiO2為Si，以促使(Cr，Fe)7C3，轉變為CrSi2、FeSi2與SiC的過程。高碳鉻鐵的粒度對(Cr，Fe)7C3的破壞影響很大。較小的高碳鉻鐵粒度與均勻的爐料混合，增加了Si對(Cr，Fe)7C3的接觸，可以在進入熔池前被徹底破壞。生產實踐證明，使用較大塊的高碳鉻鐵冶煉矽鉻鐵合金時，含碳可達0.13％；而用小於20mm的粒度時，含碳<0.06％。矽鉻鐵合金含矽量增加則含碳量降低。當含Si>34％時則生成SiC。含Si>43％時則合金含碳量下降不明顯。因此生產矽鉻鐵合金時，矽含量控制在43％～53％之間較合適。SiC在矽鉻鐵合金中的溶解度很小，基本上是以懸浮物存在，需要有適當條件才能從合金中分離出來。SiC從合金中上浮需要有較高的出爐溫度，如1650～1750℃；在鐵水包中鎮靜較長的時間，如大於60min；將合金的鉻含量控制在34％以下，以降低合金的黏度。通過保溫鎮靜，合金的含碳量可以由0.15％～0.30％降至0.04％。但是包中合金上下層間與中心及邊沿間碳含量的差別較大。從爐內排出的合金含C 0.4％～0.8％，不能作為生產微碳鉻鐵的中間合金，需經過爐外脫碳處理。工業生產採用搖包脫碳法與渣洗脫碳法。
搖包脫碳法
將盛有矽鉻合金液和脫碳劑的鐵水包放在搖包架上。使鐵水包作偏心運動。在50～55r／min的轉速下使包內熔體產生“海浪波”運動。熔體的質點上、下運動而產生混合和攪拌作用，為矽鉻鐵合金與脫碳劑混合創造良好條件。SiC從合金中析出後被脫碳劑吸收。脫碳劑為微碳鉻鐵爐渣，或石灰與螢石渣。用量為矽鉻鐵合金的5％～8％。搖動時間為5～10min。搖包脫碳處理後，矽鉻鐵合金的碳含量可以降至0.02％。
渣洗脫碳法
將液態矽鉻合金直接注入液態微碳鉻鐵爐渣中。渣液被合金液衝散和混合，通過液態合金上升，爐渣吸附了大部分碳化矽。在冷卻過程中，合金繼續析出碳化矽，上浮到渣與合金的接觸面進入渣中。通過渣洗，渣中含碳量可達4％，合金中含碳量可以降到0.02％。渣洗不但降碳率高，還可以回收微碳鉻鐵渣中的鉻。渣中含鉻量降至0.5％左右。通過渣洗，矽鉻鐵合金的含磷可下降75％～90％。 生產lt含Cr35％、Si42％的矽鉻合金，消耗矽石910～980kg，高碳鉻鐵(Cr66％)550～570kg，焦炭410～450kg，鋼屑40～80kg。電能4800～5100kW•h。鉻回收率為93％～95％，矽回收率為94％～95％。生產高碳鉻鐵的鉻回收率為94％，則由鉻礦至矽鉻鐵合金的鉻總回收率為87％～89％。
