影响还原铁粉质量的因素

生产中影响还原铁粉质量的因素有哪些？

      为了提高还原铁粉的质量，我们研究还原铁粉生产过程，发现还原铁粉在生产过程易受到以下因素的影响：

一.原料

   1.原料中杂质的影响

    原料中杂质特别是SiO₂的含量超过一定限度后，不仅还原时间延长，并且使还原不完全，铁粉中铁含量降低。这是因为一部分氧化铁还原到浮斯体的阶段即与SiO₂结合而生成极难还原的硅酸铁(2FeO + SiO₂--> Fe₂SiO₄)。所以要求原料中总铁含量要大于70~73%，SiO2含量要小于0.25~0.30%，为了达到此要求，都要对原料进行磁选。
   2.原料粒度的影响

      多相反应与界面有关，原料粒度愈细，界面的面积愈大，进而促进反应的进行。实际生产中，粒径为1毫米，20分钟还原百分率达90%以上，而粒径为4毫米，达到同样的还原百分率要70分钟以上，所以原料要粉碎到细小颗粒。

二.固体碳还原剂

   1.固体碳还原剂类型影响

      在生产中常用的还原剂有木炭，焦炭和无烟煤，还原能力: 木炭 >焦炭 >无烟煤.这是因为要炭的气孔率最大，活性也最大。但是木炭价格较贵，产量有限，因此，常采用焦炭或无烟煤作为还原剂。焦炭和无烟煤含有较高的硫，会使还原铁粉含硫量增高。为此，使用焦炭和无烟煤时，同时要加入适理的脱硫剂，如石灰石，以去除其中的硫。

   2.固体碳还原剂用量影响

      在一定还原条件下，固体碳的消耗量主要是根据氧化铁的含氧量而定。如果还原温度变了，则碳使用量也会变化。在1000℃时，当加入木炭量低于86%时，木炭不够还原全部氧化铁；当加入木炭多于90%时，则有木炭剩余，铁粉中含碳量升高，最合适的木炭加入量为：86~90%，可得到含铁98%以上含碳0.5%以下的还原铁粉。

三.还原工艺条件

   1.还原温度和还原时间的影响

      在还原过程中，如其他条件不变，还原温度和还原时间互相影响。实践证明，随着还原温度的提高，还原时间可以缩短。但是过高的还原温度高温烧结合得海绵铁块变硬，同时合海绵铁渗碳趋势增大，将造成下一步粉碎困难。总的来说，在一定范围内提高还原温度是强化还原过程的措施之一，因此，采用高温快速还原工艺，可显著缩短还原时间，提高还原炉的产量，但必须根据成具体情况，既要发挥有利一面，也要注意不利的一面，还原时间不可能减到太短。

   2.料层的厚度的影响

      料层厚度不同，在还原温度一定时，还原时间也不同，实践证明，随着料层厚度增加，还原时间也随之增长。由于料层厚度影响害的时间，合理装料便是一个重要的问题。用固体碳还原铁鳞时，过去曾用装罐层装法，改用装罐环装法后，还原效果有所提高，因为由水平层装改为环装，使得在传热方向上的料层厚度减小，这有利于热的传递，现在采用装罐柱装法；即每罐装5-7柱，还原效果比环装法更好。

   3.还原罐密封程度的影响

      在还原过程中，除了选择适当的温度和时间外，还在保证一定的气氛。为了保证气氛中有足够的一氧化碳浓度，在用装罐法还原时必须密封还原罐，否则，往往还原不透，或者使海绵铁在冷却过程中容易氧化。

四.添加剂

    1.加入一定的固体碳的影响

      固体碳还原剂的加入方法,一种是原料铁鳞或铁矿石与固体碳混合压团去还原，另一种是原料与还原剂分层相间装入去还原。实验证明。前者的还原速度比后者要大大提高，但是必须准确掌握还原剂用量并选用纯的固体碳。生产上常采用后者，同时再在原料中加入一定的固体碳。
       加入少量的固体还原剂于原料中，可以同时起疏松剂还辅助还原剂的作用。还原时间一般包括将原料加热到还原温度的时间，还原气体通过料层和原料颗粒扩散的时间以及还原反应所需的时间，由于料层装填比较紧密，还原后引起烧结，使还原气体通过料层的循环变坏，所以加入的固体碳可以起疏松剂的作用。别一方面，加入的碳与CO₂或水蒸气(H₂O+C=CO+H₂)反应可促进不害的气相组成中CO浓度增加，所以加入的碳又起到辅助还原剂的作用。

   2.返回料的影响

     往原料中预先加入一定的密铁粉，对还原过程有好的影响。在原料中加入10%的密铁粉可使还原生产率提高18%。

   3.引入气体还原剂的影响

     生产实践中采用管式炉固体碳还原时，同时向炉内通入煤气发生炉煤气，用转化天然气的气-固联合还原均可使还原过程加速，所得海绵铁比较疏松，质量也比较高。这说明固体碳还原时引入气体是有好作用的。

   4.海绵铁的处理

    海绵铁块破碎成为还原铁粉时产生加工硬化，并且，海绵铁有时含氧量较高或严重渗碳。因此，一般海绵铁粉都要还原退火以起到下列作用：

   1)退火软化作用，提高还原铁粉的塑性，改善铁粉的压缩性
   2)补充还原作用，把总铁97%提高到98%以上
   3)脱碳作用，把含碳量从0.4~0.2%降低到0.25~0.05%以下，

       经较长时间球磨的还原铁粉压缩性差，在压制压力4吨/平方厘米时，压坯密度不大于5g/cm³，将这种铁粉经650℃还原退火处理后，压坯密度可提高到6g/cm³。同时压坯表面光洁度很好，压模寿命因而大大提高。

       为什么不同的退火温度对还原铁粉的压缩性的影响不同？这要从金属加工硬化说起。所谓加工硬化，简单说来就是金属在被冷加工后，金属的结晶点阵发生歪扭，应力集中，致使金属硬化。加工硬化了的金属在加热时，在某一温度范围，结晶点阵弹性歪扭的消除过程首先从这些部分开始。这个过程叫做回复。通常依靠回复不能完全愀复金属的原有性能。如欲完全消除加工硬化，就要加热到某一比加复温度上限还要高的所谓再结晶温度。一般说来，变形金属加热到新的晶核形成和晶粒长大所发生的过程叫做再结晶。
       实践证明，冷加工的程度愈大，则再结晶温度愈低。铁的再结晶温度为450℃左右。根据以上分析，铁的理论退火温度是450~500℃，但是实际一般退火温度要略高一些，含碳量小于0.2%的还原铁粉，退火温度通常在600~700℃之间。还原铁粉的退火不是纯退火，而是还原退火。因而大都采用700~850度进行还原退火。

       经过改进以上生产工艺的改进，最终还原铁粉性能可达到以下标准：TFe >98%,C<0.1%,氢损<0.8%,压缩性可达6.5g/cm³