鋯鐵
簡介
鋯鐵(ferrｚir coniｕm)鋯與鐵及矽、鋁等元素組成的鐵合金。煉鋼用的鋯鐵是鋯矽鐵，含Zr15％～45％，Ｓi30％～65％。用鋁熱法生產的則因含鋁故稱鋯鋁鐵，含Ｚr>15％。
歷史
1789年德國克拉普羅特(M．H．Klaproth)發現了一種新的氧化物，取名叫“Zircomｉa’。1824年瑞典貝采利厄斯(J．J．Beｒzelius)用鉀還原K２ＺrF６的方法，首次制出鋯。1923年美國鋼廠首次進行了用鋯矽鐵做脫氧劑的試驗，取得良好效果。之後開始用金屬熱法生產出鋯矽鐵和鋯鋁鐵。中國南京特殊合金廠，於1987年試製出鋯矽鐵，含Zr20％～40％，Si45％～55％；用作煉鋼脫氧劑。
性質
鋯的原子量為91．22。外層電子結構為ztdz5s。。熔點1852℃。沸點4400℃。密度6．49g／cm3(20℃)。鋯鐵系相圖見一FN。鋯與鐵生成穩定的化合物FeZr2(45．1％zr)，熔點1650℃，Fe—Zr系內有兩個共晶體。在16％Ｚr時共晶熔點為1330℃；在84％Zr時共晶熔點約為940℃。鋯與矽生成多種矽化鋯。有Ｚr：Ｓi(Si13．65％)，ZrsSi3(Si15．55％)，ZrSi(Si23．55％)和ZrSiz(si38．12％)等。商品鋯矽鐵的密度約3．5g／cm。，熔化溫度範圍為1260～1345rC。
用途
鋯是稀有金屬。它是碳化物形成元素。在煉鋼過程中，鋯是強有力的脫氧和脫氮元素。鋯能細化鋼的奧氏體晶粒。它和硫能化合成硫化鋯，因此能防止鋼的熱脆性。鋯還有降低鋼的應變時效現象和提高鋼的低溫韌性等優點。鋯在鑄鐵中的作用類似鈦。可形成碳化鋯，與硫結合形成硫化物。在冷卻時促進石墨的生成。少量的鋯即有利於白口鑄鐵的石墨化，使白口鐵灰口化。在生產韌性鑄鐵時縮短退火時間。
鋯資源含鋯礦石有十幾種。而在工業上可用的只有鋯英石(zircon)和斜鋯石(baddeleyite)兩種。鋯英石也叫鋯石，是分布最廣的鋯礦物。主要產地為美國、巴西、印度、澳大利亞、中國和獨立國協等國。其主要組成為ＺrＯ2•SiＯ2。理論成分為：ＺrＯ2 67．01％和SiＯ２33．99％。鋯英石礦石中各種雜質含量為：Fe２O３０．5％～5．０％和少量CaO、．MgＯ、TiＯ2等。斜鋯石主要產地在巴西和斯里蘭卡。中國儲量不大。其主要成分是ZrＯ２。工業斜鋯石含ZrＯ２75％～85％，主要雜質為Fe２Ｏ3 2％～5％，SiＯ2 10％～20％及少量A1203和TiＯ２。礦物密度為5．7g／cm。。莫氏硬度6．5。
生產方法
生產方法有電碳熱法、電矽熱法和電鋁熱法。
電碳熱法是以鋯英石和木炭為爐料。在電爐內用連續操作方法冶煉。定期出鐵。產品成分為：Ｚr22％～27％，Si38％～43％，Al０．5％～1．0％和CO．1％～O．5％。
電矽熱法是將鋯英石、石灰、螢石、75％矽鐵和氧化鐵皮混合，裝入碳磚襯電弧爐內熔煉。待爐溫升到1700℃後，開始攪拌、還原。還原結束，爐溫升到1800～1900¨C時出爐、扒渣、澆鑄。煉出的鋯矽鐵成分為：Zr20％～40％，Si45％～55％，Al<０．5％，P<０．1％。鋯回收率為55％左右。爐渣中含Zr0。10％～15％，鹼度為０．8～1．０。
電鋁熱法是生產含鋯量高的鋯矽鐵的方法。以鋯英石、鋁粒、鐵精礦、石灰、75％矽鐵為原料。混合後裝入碳磚襯傾動式電弧爐內冶煉，間歇操作。產品成分為：Zr52％～54％，Si23％～27％，Al5％～7％，Ti０．6％，P０．08％，C０．06％～0．12％。鋯鋁鐵也是用電鋁熱法生產的，以鋯英石粉、鐵礦粉、鋁粒、石灰粉及硝酸鈉為原料，混合均勻後，在電爐中冶煉。煉出合金成分為：zr16．5％～19．5％，Al21％～28％，Fe47．5％～51．5％，si2．2％～3．2％。電耗為700kwh／t。鋯回收率約60％。
