硅鉻合金

由硅、鉻、鐵為主成分的鐵合金。又稱硅鉻鐵合金。它主要用作電硅熱法生產中、低、微碳鐵的中間合金。鍊鋼中用作脱氧劑(代替硅鐵)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。 ^[1] 

含鉻量不小於30.0%，且含硅量不小於35.0%的鐵、鉻和硅 的合金。其生產工藝分為兩種：一步法(通常稱“有渣法”或“礦石法”)和兩步法 (通常稱“無渣法”)。一步法冶煉所用原料有硅石、鉻礦、焦炭。兩步法冶煉所用 原料有硅石、碳素鉻鐵、鋼屑。兩種冶煉方法，都採用焦炭做還原劑。

合金中硅的來源主要是硅石中的SiO₂，鉻的來源分別為鉻礦和碳素鉻鐵。均在鐵合金 礦熱爐中進行冶煉而製得。主要用於生產中低碳鉻鐵、微碳鉻鐵的還原劑和煉 鋼的中間合金劑。按硅鉻合金含Si、Cr、C高低可分為多種不同牌號的硅鉻合 金。其合金系組成相為，Si>50%由(Fe·Cr)Si₂組成，含Si>40%由(Fe·Cr) Si₂和(Fe·Cr)Si組成，含Si>30%由(Fe·Cr)Si和(Fe·Cr)Si組成，Si< 19%時(Fe·Cr)₃C和(Fe·Cr)₂₃C₆佔大多數。

由於硅鉻合金相組成決定了爐外降碳效果，所以在工業生產中，硅鉻合金中的含Si量一般控制大於40%。出 爐的硅鉻合金含C一般在0.2—0.8%很難直接使用，必需經過爐外降碳處理，合金含C量可降至0.02%以下，依據用户要求煉製不同牌號的硅鉻合金。 此外，還有將硅鐵加入液態的高碳鉻鐵中，生產出硅鉻合金。

貝克特(F.M.Becket)及其合作者自1906年起至1940年開發硅還原鉻礦石生產低碳鉻鐵的工藝。最早是用50%～75%Si的硅鐵和硅作還原劑。用硅鐵作還原劑，因鐵高不能生產Cr>70%的低碳鉻鐵。而工業硅價格貴。用鉻礦石先冶煉出硅鉻鐵合金，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佈了硅鉻鐵合金含碳量與含硅量的關係圖。中國吉林鐵合金廠是於1957年開始生產硅鉻鐵合金的。

鉻與硅在高温下生成兩種穩定的化合物為CrSi與CrSi₂。因為鉻的硅化物比它的碳化物穩定，所以當有硅存在時，部分碳將被硅取代，生成碳硅複合鉻化物，直至生成硅化物。巴甫洛夫(Ю.А.Павлов)研究了Cr：Fe=1的Cr-Si-Fe-C系鑄造合金的相結構。

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。當硅含量增加至>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Si 29%～34%之間增加了新相(Cr，Fe)Si。當Si超過34%，鉻、鐵與硅形成硅化物。由於含硅量增多而出現CrSi₂與SiC相。鉻與硅間的親和力比鐵與硅的大，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Si 44%～51%時，Cr與Si生成CrSi₂，部分FeSi與Si生成FeSi₂。當Si 51%～60%時，合金由Cr-Si₂、FeSi₂、SiC與Si組成。從上述結果可以看出含硅高的鉻硅鐵合金是由鉻和鐵的硅化物、SiC及Si組成，即碳是以SiC相存在。工業生產的硅鉻鐵合金的結構分析與此基本吻合。碳以不溶解於液相硅鉻鐵的SiC相存在。

用鉻礦石生產硅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、硅石、焦炭等在埋弧還原電爐內直接煉成硅鉻鐵合金。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硅石作熔劑，在埋弧還原電爐內煉成高碳鉻鐵，並粒化或破碎成粒狀;再將高碳鉻鐵粒與硅石、焦炭在另一座埋弧還原電爐內煉成硅鉻鐵合金。因產品含碳較高，需要在爐外作降碳處理，才能得到碳合格的硅鉻鐵合金。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。除此之外還有搖包脱碳法和渣洗脱碳法。 ^[2] 

鉻礦石、硅石、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，以保持爐渣温度高，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%，SiC 23%。下部則為硅鉻鐵合金與終渣。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着在鐵棍上，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%。

第一步生產高碳鉻鐵;(工藝見鉻鐵)第二步用高碳鉻鐵、硅石、焦炭、鋼屑冶煉硅鉻鐵合金的工藝與冶煉45%硅鐵相似，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硅鉻鐵合金時，含碳可達0.13%;而用小於20mm的粒度時，含碳<0.06%。硅鉻鐵合金含硅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。

因此生產硅鉻鐵合金時，硅含量控制在43%～53%之間較合適。SiC在硅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温度，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。通過保温鎮靜，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C0.4%～0.8%，不能作為生產微碳鉻鐵的中間合金，需經過爐外脱碳處理。工業生產採用搖包脱碳法與渣洗脱碳法。 ^[3] 

將盛有硅鉻合金液和脱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，為硅鉻鐵合金與脱碳劑混合創造良好條件。SiC從合金中析出後被脱碳劑吸收。脱碳劑為微碳鉻鐵爐渣，或石灰與螢石渣。用量為硅鉻鐵合金的5%～8%。搖動時間為5～10min。搖包脱碳處理後，硅鉻鐵合金的碳含量可以降至0.02%。

將液態硅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硅。在冷卻過程中，合金繼續析出碳化硅，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，硅鉻鐵合金的含磷可下降75%～90%。

標準號 StandardNo： GB/T 4009-2008

中文標準名稱 StandardTitle in Chinese： 硅鉻合金

英文標準名稱： Chromium silicon

發佈日期 IssuanceDate： 2008-8-5

實施日期 ExecuteDate： 2009-4-1

首次發佈日期 FirstIssuance Date： 1983-12-14

標準狀態 StandardState： 現行

複審確認日期 ReviewAffirmance Date：

計劃編號 Plan No： 20061152-T-605

代替國標號 ReplacedStandard： GB/T 4009-1989

被代替國標號 ReplacedStandard:

廢止時間 RevocatoryDate：

採用國際標準號 AdoptedInternational Standard No： ISO 5449:1980

採標名稱 AdoptedInternational Standard Name： 硅鉻合金 規格和交貨條件

採用程度 ApplicationDegree： MOD

採用國際標準 AdoptedInternational Standard： ISO

國際標準分類號(ICS)： 77.100.

中國標準分類號(CCS)： H42

標準類別 StandardSort： 產品

標準頁碼 Number ofPages:

標準價格(元) Price(￥)：

主管部門 Governor： 中國鋼鐵工業協會

歸口單位 TechnicalCommittees： 全國鋼標準化技術委員會