１前言铬硼合金作为一种中间合金，用于热喷涂（焊）粉末合金、非晶态合金及高温合金，其用途越 来越广。它的生产方法有电炉冶炼法和铝热法。电炉冶炼法生产铬硼合金是用镁衬电炉将硼酸预先 熔化，然后在电炉内镇静１０～１５min。停电后，将氧化铬与铝的混合物加入到熔体表面，炉 料自动反应。待反应完成后，倾渣得到合金。铝热法熔炼铬硼合金是用铝作还原剂，还原氧化铬及 硼酐，在镁衬筒式炉内，上部点火，反应完成后，静止１～２min，放渣取锭。两种生产方法详 见表１。表１电炉法与铝热法熔炼铬硼合金工艺及指标锦州铁合金公司有色冶炼厂生产铬硼合金采 用铝热法。２铝热法熔炼铬硼合金的原理铝热法熔炼铬硼合金是以铝作还原剂，还原氧化铬及氧化 硼（硼酐），其主要反应方程式为：１／２B２O３＋Al→B＋１／２Al２O３－ΔH°２９ ８＝１９６kJ／mol１／２Cr２O３＋Al→Cr＋１／２Al２O３－ΔH°２９８＝２ ７２kJ／mol项目主原料设备铬回收率硼回收率电炉法硼酸、
氧化铬、铝粉镁衬电炉约８６％ ，较低约７０％，较高铝热法硼酐、氧化铬、铝粉镁衬筒式炉约９２％，较高约６３％，较低根据 金属热反应自动进行的原则，还原金属反应焓ΔH°２９８应高于３０１．５kJ／mol。由此 可见，上述反应不能自动进行，因此需补充热量，常采用氯酸钾作为放热副反应的加入剂。其化学 反应方程式为：１／２KC１O３＋Al→１／２KC１＋１／２Al２O３－ΔH°２９８＝７ ７９kJ／mol还原出来的硼与铬可以在熔体中化合：mB＋nCr→BmCrn－Q硼、铬化 合物有Cr４B、Cr２B、Cr５B３、CrB、Cr３B４、CrB２等，一般地说，目前该 公司生产的铬硼合金（B＞１２％，Al＜２％），主要以CrB、Cr５B３的混合物状态存在 。生产中为降低铬硼合金中的铝含量，用适量的镁代替部分铝，以铝镁合金的形式加入。冶炼过程 中，由于渣密度（约３．１g／cm３）与合金密度（约６．１g／cm３）相差较大，静止一段 时间后，渣铁自动分离。３
生产工艺流程（如图２所示）４影响冶炼回收率的主要因素及控制方法 ４．１原料及冶炼炉体的干燥程度冶炼铬硼合金的原料硼酐，极易潮解，生成B２O３·xH２O 。其它如氧化铬、铝粉及炉体等都会吸潮。若将这些水分带入冶炼过程，将会对冶炼过程产生一系 列不利影响：①水将在高温下急剧汽化逸出，极易引发冶炼喷溅；②将使还原出来的金属再次氧化 ；③消耗还原剂；④降低炉料单位热效应。所有这些都会使合金回收率降低。若硼酐潮解严重，还 会造成合金锭内部滞留大量气孔，严重影响产品质量及回收率。只有保持物料及炉体足够干燥，才 能有效提高合金回收率。笔者认为，控制物料的含水率：硼酐不大于３％，其它物料不大于０．５ ％，炉体连续使用或使用前烘烤４～５h，可以满足冶炼要求。４．２原料的粒度及炉料单位热效 应的影响由于硼酐被铝还原较难，需要较高的还原温度，因而设计炉料单位热效应值较高。这就要 求物料的粒度比较小，以扩大反应物间的接触面，使反应放出的热量集中，可以提升反应系统温度 ，加快反应速度，有助于提高两种氧化物的还原率。但是物料的粒度过小也有其弊端：①反应速度 过快，炉气大量释放会引发炉料喷溅；②细粒物料的飞扬损失加剧；③还原剂烧损增加；④物料保 存过程中易吸潮以及增加破碎工作量。权衡各项因素以及综合考虑物料粒度的互相匹配性，笔者认 为，控制各反应物的粒度均应小于１mm，炉料单位热效应值以３３６０～３５７０kJ／kg为 宜。一般冬季可取较高值，夏季稍低。４．３铝及配铝量的影响铝在氧化－还原反应中作为还原剂 ，它是活泼金属，在空气中易氧化。氧化的铝粉在冶炼过程中会减缓反应速度，造成反应所需的热 量密度不够，对降低炉渣粘度，提高还原率不利，因此需限制铝的含氧量在０．１％以下。铬硼合 金要求含铝量小于２％，考虑到铝在合金液与熔渣间的溶解平衡关系，应对铝的加入量严格限制。 配铝量过大，则合金中铝含量超标，且降低合金密度，增加熔渣中细小合金球的悬浮量，从而导致 回收率降低；配铝量过小，还原反应不彻底，反应热量亦不够，回收率也降低。配铝一般取稍不足 量，并且以镁代替部分铝。配铝量的计算一般是通过设计氧化铬和氧化硼的还原率来实现的。经实 践总结，氧化硼的还原率取７０％～７２％，氧化铬的还原率取９５％～９６％为宜。此时若其他 条件合理，合金中含铝为０．３％～１．８％，既满足成分要求，又能够保证铬、硼较高的回收率 。４．４炉渣的影响炉渣成分不适当，不仅会造成渣中过多地夹带有用元素，影响回收率，甚至可 造成渣铁不分。铬硼合金的生产中，渣的成分以Al２O３为主，并含有一定量的MgO、B２O ３及Cr２O３。Al２O３和MgO的熔点很高，Al２O３为２３２３K，MgO为３０７５ K，在无外加热源的氧化铬硼酐铝粉氯酸钾混配料点火剂冶炼炉渣合金锭精整破碎铬硼合金图２硼 铬合金生产工艺流程条件下，仅靠反应热将其熔化，则熔渣将会粘稠，流动性不好，因而要加造渣 剂。CaO可以与Al２O３在高温下化合，生成一系列低熔点化合物，如３CaO·Al２O３ （T熔＝１８０５K）、CaO·Al２O３（T熔＝１８７３K）等。CaO、MgO与B２O ３、Cr２O３也可生成多种不同组元的低熔点化合物。这些低熔点化合物的生成，有效地降低了 炉渣粘度，改善其流动性，有利于合金在熔体中的凝聚、沉降，减少渣中的夹带损失。另外，Ca O存在于渣中，会提高合金与渣相界面上的相间张力，利于渣铁分离。加入CaF２也可起到降低 炉渣粘度，改善其流动性作用。造渣剂的加入量要适当，若加入过多：①消耗热量，多消耗发热剂 ；②渣量大，有用元素在渣中的溶解量增大，影响回收率。造渣剂的加入量原则上应利用相图计算 ，生产中按经验以氧化硼的３０％加入，可选择CaO、CaF２或者二者联合使用。此时渣中含 Al２O３为５０％～５２％，B２O３和Cr２O３各为７％～８％。５结语铬硼合金冶炼工艺 中的关键如下：５．１控制物料干燥度，硼酐含水率３％以下，其他物料０．５％以下，炉体烘干 ；５．２炉料单位热效应值取３３６０～３５７０kJ／kg；５．３控制配铝量，设计硼的还原 率为７０％，铬的还原率为９５％；５．４渣系合理，造渣剂占氧化硼量的３０％～４０％。在此 工艺条件下，铬的回收率达９３％，硼的回收率达６５％。另外，在探讨铬硼合金冶炼的综合经济 效益时，不妨考虑到：（１）铬硼渣的综合利用，渣中含Al２O３成分高，可作为高铝耐火材料 或研磨材料。（２）硼元素在地壳中的储量为３×１０－４％，比较稀少且不易富集，而电炉法硼 的回收率较高，工业生产宜选用。（３）开发研制B大于２５％的铬硼合金是今后的发展方向。提 高铝热法生产铬硼合金回收率的探讨@刘飞$锦州铁合金(集团)有限责任公司!锦州12100 5铝热法;;铬硼合金;;
工艺;;回收率讨论了铝热法铬硼合金生产工艺中原料处理、渣系、热 量等方面对冶炼回收率的影响,并提出了控制方法。aO·Al２O３（T熔＝１８７３K）等。 CaO、MgO与B２O３、Cr２O３也可生成多种不同组元的低熔点化合物。这些低熔点化合 物的生成，有效地降低了炉渣粘度，改善其流动性，有利于合金在熔体中的凝聚、沉降，减少渣中 的夹带损失。另外，CaO存在于渣中，会提高合金与渣相界面上的相间张力，利于渣铁分离。加 入CaF２也可起到降低炉渣粘度，改善其流动性作用。造渣剂的加入量要适当，若加入过多：① 消耗热量，多消耗发热剂；②渣量大，有用元素在渣中的溶解量增大，影响回收率。造渣剂的加入 量原则上应利用相图计算，生产中按经验以氧化硼的３０％加入，可选择CaO、CaF２或者二 者联合使用。此时渣中含Al２O３为５０％～５２％，B２O３和Cr２O３各为７％～８％。 ５结语铬硼合金冶炼工艺中的关键如下：５．１控制物料干燥度，硼酐含水率３％以下，其他物料 ０．５％以下，炉体烘干；５．２炉料单位热效应值取３３６０～３５７０kJ／kg；５．３控 制配铝量，设计硼的还原率为７０％，铬的还原率为９５％；５．４渣系合理，造渣剂占氧化硼量 的３０％～４０％。在此工艺条件下，铬的回收率达９３％，硼的回收率达６５％。另外，在探讨 铬硼合金冶炼的综合经济效益时，不妨考虑到：（１）铬硼渣的综合利用，渣中含Al２O３成分 高，可作为高铝耐火材料或研磨材料。（２）硼元素在地壳中的储量为３×１０－４％，比较稀少 且不易富集，而电炉法硼的回收率较高，工业生产宜选用。（３）开发研制B大于２５％的铬硼合金是今后的发展方向。提高铝热法生产铬硼合金回收率的探讨@刘飞$锦州铁合金(集团)有限责任公司!锦州121005铝热法;;铬硼合金;;工艺;;回收率讨论了铝热法铬硼合金生产工艺中原料处理、渣系、热量等方面对冶炼回收率的影响,并提出了控制方法。