[科普中国]-锆铁

基本信息

锆铁是由锆与铁及硅、铝等元素组成的铁合金。炼钢用的锆铁是锆硅铁，含Zr15%～45%，Si30%～65%。用铝热法生产的则因含铝故称锆铝铁，含Zr>15%。

1789年德国克拉普罗特(M．H．Klaproth)发现了一种新的氧化物，取名叫“Zircomia’。1824年瑞典贝采利厄斯(J．J．Berzelius)用钾还原K2ZrF6的方法，首次制出锆。1923年美国钢厂首次进行了用锆硅铁做脱氧剂的试验，取得良好效果。之后开始用金属热法生产出锆硅铁和锆铝铁。中国南京特殊合金厂，于1987年试制出锆硅铁，含Zr20%～40%，Si45%～55%；用作炼钢脱氧剂。1

性质锆的原子量为91．22。外层电子结构为ztdz5s。。熔点1852℃。沸点4400℃。密度6．49g/cm3(20℃)。锆铁系相图见一FN。锆与铁生成稳定的化合物FeZr2(45．1%zr)，熔点1650℃，Fe—Zr系内有两个共晶体。在16%Zr时共晶熔点为1330℃；在84%Zr时共晶熔点约为940℃。锆与硅生成多种硅化锆。有Zr：Si(Si13．65%)，ZrSi3(Si15．55%)，ZrSi(Si23．55%)和ZrSi2(si38．12%)等。商品锆硅铁的密度约3．5g/cm3，熔化温度范围为1260～1345℃。

详细信息锆是稀有金属。它是碳化物形成元素。在炼钢过程中，锆是强有力的脱氧和脱氮元素。锆能细化钢的奥氏体晶粒。它和硫能化合成硫化锆，因此能防止钢的热脆性。锆还有降低钢的应变时效现象和提高钢的低温韧性等优点。锆在铸铁中的作用类似钛。可形成碳化锆，与硫结合形成硫化物。在冷却时促进石墨的生成。少量的锆即有利于白口铸铁的石墨化，使白口铁灰口化。在生产韧性铸铁时缩短退火时间。

经常使用的锆铁是硅锆铁合金、铝锆铁合金和硅锆合金。它们有几种牌号，低牌号的合金含Zr 5—8%、Si 40—45%;中牌号的合 金含Zr 12—15%、Si 39—43%;高牌号的合金含Zr 35—40%、Si 47—52%，其 余为Fe或Al。还有一种专利复合合金，含Zr小于10%，同时还含有Mn、Al、 Si、Ti等元素。镍锆合金含Zr量为30%或70%。用金属Zr和废钢重熔生产的 锆铁是使用较多的一种产品，含Zr量在40—90%。因锆是炼钢的最强脱氧剂 之一以及锆在钢中的特殊作用，锆铁作为脱氧剂和合金添加剂而用于特殊用 途的高温合金、低合金高强度钢、超高强度钢以及铸铁中，继而被用于原子技术、航空制造、无线电技术等。可以采用炼制复合含Si合金的办法炼制硅锆铁。

资源分布锆资源含锆矿石有十几种。而在工业上可用的只有锆英石(zircon)和斜锆石(baddeleyite)两种。锆英石也叫锆石，是分布最广的锆矿物。主要产地为美国、巴西、印度、澳大利亚、中国和独联体等国。其主要组成为ZrO2·SiO2。理论成分为：ZrO267．01%和SiO233．99%。锆英石矿石中各种杂质含量为：Fe2O3)0．5%～5．0%和少量CaO、．MgO、TiO2等。斜锆石主要产地在巴西和斯里兰卡。中国储量不大。其主要成分是ZrO2。工业斜锆石含ZrO275%～85%，主要杂质为Fe2O3 2%～5%，SiO2 10%～20%及少量A1203和TiO2。矿物密度为5．7g/cm3莫氏硬度6．5。2

生产方法生产方法有电碳热法、电硅热法和电铝热法。

电碳热法是以锆英石和木炭为炉料。在电炉内用连续操作方法冶炼。定期出铁。产品成分为：Zr22%～27%，Si 38%～43%，Al 0.5%～1.0%和 C0.1%～0.5%。

电硅热法是将锆英石、石灰、萤石、75%硅铁和氧化铁皮混合，装入碳砖衬电弧炉内熔炼。待炉温升到1700℃后，开始搅拌、还原。还原结束，炉温升到1800～1900℃时出炉、扒渣、浇铸。炼出的锆硅铁成分为：Zr 20%～40%，Si 45%～55%，Al