硅鋁鐵

作為鍊鋼用脱氧劑和合金元素，鋁的作用是非常大的。多少年來，鍊鋼多采用鋁餅或鋁錠直接加入鍊鋼爐內或鋼包鋼水的方法。用的是一次純鋁，不僅成本高，且鋁被空氣和渣中氧氧化達70-90%，造成鋁燒損過大和鋼液中殘鋁量的較大的波動。圍繞提高鋁的收得率和準確的殘鋁控制做了大量工作。喂線法作為這方面的典型代表，已廣泛地應用在鍊鋼後步工序的鋼水殘鋁量微調及補充脱氧上，其基本原理是控制了鋁加入鋼水的深度，避免了鋁與空氣及渣中不穩定組元的接觸。採用鋁鐵及其它含鋁合金進、行脱氧也被證明是一種非常有效的方法，不僅耗鋁量大大降低，可以更準確地控制鋁加入量，非金屬夾雜物含量也有所降低，硅鋁鐵作為近兩年來新的複合脱氧劑，在保證與純鋁脱氧同樣的鋼的終氧含量水平及機械性能的前提下，不僅取得了明顯的節鋁效果（比採用純鋁時節鋁40-50%），而且改善了部分鋼水的澆注性能，水口結瘤等現象大大減輕。為儘快使這一技術得到應用，冶金部1989年正式行文，提出“1990年開始在全國重點企業和地方企業中，全部推廣應用硅鋁鐵作脱氧劑”，取代原來所用一次鋁，並同時頒佈了暫行供貨標準，邁出了使用硅鋁鐵進行鋼水脱氧和合金化的可喜的一步 ^[1]  。

自然界中含Al₂O₃及SiO₂並且可供冶煉用的原料相當廣泛，除鋁礬土、硅石外，含硅鋁的多種原料如高嶺土、硅殘石、藍晶石、煤殲石、粉煤灰等均可用作硅鋁合金生產，有些含鐵高而未加利用的鋁土礦更是合用。當然冶煉高含鋁量的合金要求高含鋁量的礦石。我國的鋁礬土儲量雖然比較豐富，但主要用於生產電解鋁。從戰略發展的角度出發，採用其它原料甚而工業廢料生產硅鋁鐵合金符合我國國情，因而須對這種原料生產低牌號硅鋁鐵給予充分重視。

冶煉這種合金的主要工藝難點是爐底上漲。主要原因是爐內形成碳化物後，電阻率下降，引起電極上抬，從而使爐底温度不足，形成假爐底。另外，由於該合金和冶煉過程形成的熔渣比重差別較小，易造成冶煉過程渣鐵不能充分分離，鐵合金中硅鋁含量越高，這種情形越明顯。

實踐表明，當採用鋁礬土配料進行高含鋁量的合金冶煉時，爐料燒結困難，易造成塌料使冶煉難以正常進行，這與冶煉硅鐵時硅石易燒結的特點相反。

對硅鋁鐵合金生產，按原料處理方式分，有礦石還原劑經配料直接入爐和先經造團處理然後入爐兩種。

我國大多數鐵合金廠，沒有造團處理設備.由於進行硅鋁鐵合金生產的電爐，多是原來根據硅鐵生產需要設計的，因而電壓檔次相對偏高，在改產硅鋁鐵合金時，由於鋁礬土電阻率小，在原有的操作電壓水平上，電極不易下插，炯燒不好，導致爐況不易控制。另外，我國改產硅鋁鐵的礦熱爐一般容量都比較小，在生產高鋁含量合金時，由於渣鐵不易分離，需在爐外進行處理，小容量礦熱爐出鐵量少，使這一工序的有效實施難以進行。

從資源合理利用及我國的生產設備及工藝狀況出發，應生產低鋁含量的合金，而作為使用廠家，則一般要錄合金鋁含量儘可能高些，這構成了一對矛盾 ^[2]  。

利用硅鋁鐵合金進行脱氧經實際應用，證明效果良好。和採用鋁脱氧相比，不僅鋁的收得率高，殘鋁量易於控制，夾雜物形態也有所改善。

採用硅鋁合金後，元素收得率高，主要是因為合金比重增大，鋁比重2.7g/cm³，硅鋁鐵（FeAl₃₀Si₂₀）比重3.5-4.2g/cm³ ，鍊鋼終渣比重一般為2.8-3.2g/cm³，因而合金加入後會沉入渣面以下，有效地控制了鋁與空氣及熔渣中的氧反應。

脱氧效果好，一般認為是生成了複雜的脱氧產物，氧化物活度降低，有利於脱氧反應進行。另外，易生成低熔點相，使夾雜物易聚合，促進上浮去除。分別採和鋁和硅鋁鐵（FeAl₃₀Si₂₀）脱氧時，鋼中全鋁含量，前者比後者高，而後者的酸溶鋁卻比前者要高，這説明採用硅鐵時，鋁氧化物夾雜大大減少 ^[3]  。

各元素單獨脱氧時，通過元素含量和氧含量的平衡關係可以看出鋁比硅的脱氧能力要強得多，至少相差一個數量級。

在較低的鋁含量下，硅可以明顯改善鋁的脱氧能力，當鋁含量增加到一定值時，這種作用消失，這時氧含量受鋁含量控制，硅失去脱氧能力。使用成分60%Si和40%Al的硅鋁合金、其脱氧產物成分取決於合金加入量。當其加入量為0.3%時，析出硅酸鋁；0.6%時，析出多鋁紅柱石；0.9%時，析出產物90%為α-剛玉。顯然Al/Si= 40/60這一比值中，鋁含量較多，硅鋁合金加入量的增多，意味着過量鋁的增多，因而不利於複合脱氧的發展。

脱氧產物的去除速度符合斯托克斯定律，即產物尺寸越大，越有利於上浮去除。只有鋼液中有SiO₂存在的前提下，加鋁時生成的Al₂O₃，才能與之結合生成低熔點產物，促進其上浮去除。這説明，保證有硅脱氧反應的發生，對改善脱氧的動力學條件是很重要的 ^[1]  。

1.從設備及資源條件看，生產較低鋁含量的硅鋁鐵合金符合我國的國情。

2.提高硅鋁鐵中硅鋁比有利於脱氧。鑑於這兩點，必須開發高硅低鋁的硅鋁鐵產品 ^[3]  。