冶炼硅铁工艺设计
冶炼硅铁工艺设计
攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：冶炼硅铁工艺设计学生姓名：邱江学号：200811103052 所在院(系)：材料工程学院专业：冶金专业班级：08冶金有色班指导教师：苟淑云职称：教授2011年6月6日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。
1前言1.1 硅铁简介铁合金是指一种或几种以上的金属或非金属元素于铁组合成的合金，硅铁即是硅与铁的合金。
硅铁是炼钢和铸造的重要原料，它能改善钢和铸件的物理化学性能和机械性能，提高钢和铸件的质量。
【1】1.2 硅铁的冶炼简介硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的。
传统炼制硅铁时，是将硅从含有2的硅石中还原出来。
冶炼硅铁大多使用冶金焦作还原剂，钢屑是硅铁的调节剂。
2 原料2.1 原料及其要求2.1.1 含硅原料及其要求含原料一般采用SiO2含量很高的石英和石英岩（通称为硅石）。
表1为各种硅石的质量和物理性能。
用于冶炼硅铁的硅石必须符合下列各项要求：(1) SiO2含量大于97%(2) 有害杂质含量低。
硅石中主要杂质Al2O3，MgO,CaO,P2O5和Fe2O3。
除Fe2O3外，其他氧化物均是有害物质，其中P2O5必须小于1%，CaO和MgO之和也应小于1.(3)有良好的抗爆性。
(4)有一定的粒度。
硅石的粒度根据电炉的容量、工作电压、硅石个所用还原剂的性质以及操作水平确定，一般大型电炉的硅石入炉粒度为40～120mm，小型电炉为25～80mm。
表1 各种硅石质量的物理性能2.1.2 炭质还原剂及其要求铁合金生产中，用的最多、最广且价格最最便宜的还原剂是炭质还原剂。
硅铁生产所用的炭质还原剂主要为冶金焦，其主要理化性能指标要求如下表1.此外，对冶金焦的灰分组成也有一定要求，具体为FeO约45%，CaO约27%，SiO2约25%，MgO约1.0%，Al2O3<0.4%,P2O5<0.04%。
为了增大炉料的比电阻，增加化学活性，也有搭配使用气煤焦[2]。
硅铁炉烟气调研
硅铁炉烟气调研1.硅铁冶炼原理硅铁是用带埋弧电极的电弧炉生产的。
混合物炉料主要由硅石、铁屑和作为还原剂的焦炭组成。
反应产物为硅铁、一氧化碳、其他各种挥发物质、水蒸气和一氧化硅气休。
二氧化硅还原生产硅铁合金的主要反应式为：SiO2+2C=Si+2CO可能发生的中间反应有：SiO2+= SiO+ COSiO2+Si=2 SiO2SiO2=2O+O2SiO+C=Si+ COSiO2+3C= SiC+2COSiO+ SiC=2Si+ CO2.硅铁冶炼工艺流程：硅铁冶炼即是用焦炭中的碳还“原硅石中的Si的基本反应。
实际生产过程中，采用矿热炉内高温条件，以焦炭中的碳夺取SiO2中的氧，生成气态的CO 通过料层从炉口逸出把硅还原出来。
反应式如下：SiO2+2C=Si+2CO(1-1)本式是吸热反应。
提高炉温可以加速反应的进行。
反应的理论开始还原温度为1663℃，即当温度达到1663℃时1-1反应才开始进行。
Fe有促进SiO2还原作用：在有铁存在的条件下，1-1式还原出来的硅与铁按下式反应生产硅化铁：生成硅化铁的反应是放热反应，因为铁能降低SiO2还原反应的理论开始反应温度，并改善的还原条件，所以Fe有促进SiO2还原作用。
冶炼的硅铁含硅越低，SiO2被还原的理论开始温度也就越低。
也就是说硅铁的牌号越低，理论还原温度越低。
相反，生产中硅含量越高，开始还原的温度越高，还原单位硅铁所笑傲的热量增加，电耗升高。
SiO2被还原的顺序是：SiO2-SiO-Si，随着开始反应为年度的升高，SiO在高温下是气态，温度升高使其获得的动能增大，特别是刺火严重时，挥发量很大，造成材料消耗和能耗增大。
产品增加1%的硅含量，每吨产品多还原10kg硅，不但还原需要的能量增加了，而且由于开始还原为年度提高，加大了与外界温度梯度，增加了散热损失。
理论表明，硅标号每上升1%，理论冶炼电耗升高月100kw.h/吨。
在1700℃以上温度时，大部分SiO挥发到焦炭气孔中，广泛的和碳接触并作用，按下式反应：SiO+C=Si+CO（1-3）反应还原成硅，其中大部分硅与铁形成硅铁，少部分的硅在高温区与SiO2作用，按下式反应：2然后SiO又和碳进行反应生成Si，结果反应连续不断地进行。
传统的硅铁生产工艺
传统的硅铁生产工艺
传统的硅铁生产工艺是基于高炉冶炼技术的。
一般来说，硅铁生产工艺包括以下几个步骤：
1. 原料准备：主要的原料是高纯度的硅石和铁矿石。
这些原料经过破碎、研磨和筛分等处理后，得到粒径适中的原料。
2. 配料与烧结：将硅石和铁矿石按照一定比例混合配料，并加入一定量的焦炭作为还原剂。
然后将配料放入高温炉中进行热烧结，使原料固化成块状物。
3. 炉料装入炉子：将烧结好的炉料装入高炉中。
高炉一般为圆筒形，内衬耐火砖。
炉料通过顶部装入炉子，底部设置风口和出渣口。
4. 炉火点火：当炉料装入炉子后，通过火柴点燃炉料顶部的焦炭，使其燃烧。
燃烧产生的热量使炉内达到高温状态。
5. 还原反应：在高温下，焦炭与炉料中的氧化物发生还原反应，将氧化物还原为金属。
其中，硅石中的二氧化硅被还原为二氧化硅和金属硅。
6. 熔化与收取：还原后的金属硅和铁矿石熔化，在炉底形成液体。
液体金属通过底部的出铁口流出，经过冷却、凝固得到硅铁。
以上是传统的硅铁生产工艺的主要步骤。
随着技术的发展，还出现了其他改进的生产工艺，如电炉法、碳硅热还原法等。
硅铁工艺技术
硅铁工艺技术硅铁是一种非常重要的冶金材料，被广泛应用于钢铁冶炼和合金添加。
硅铁工艺技术是指将硅石和冶炼废渣中的富硅贫铁矿石进行高温还原反应，制得硅铁合金的方法和工艺。
硅铁工艺技术的主要步骤包括矿石的预处理、原料的磨碎和混合、还原炉炉料的填充和预热、还原反应过程以及炉渣处理等。
首先是矿石的预处理。
矿石通常采用磨碎和浮选等方法，将富硅贫铁矿石中的硅石和铁分离，并通过物理或化学方法去除掉其中的杂质。
其次是原料的磨碎和混合。
将预处理过的硅石和富硅贫铁矿石按一定比例混合均匀，然后进行细碎，使原料颗粒尺寸均匀，有利于后续反应的进行。
然后是还原炉炉料的填充和预热。
将混合好的原料经过称量，按一定比例填入还原炉中。
为了提高反应速度和反应效果，通常需要对填料进行预热，提高填料温度。
接下来是还原反应过程。
还原炉中填有预热的硅铁炉料，然后加入还原剂，通常为焦炭等。
在高温下进行还原反应，硅石和铁矿石中的氧化物被还原成硅和铁元素，生成硅铁合金。
还原反应需要控制好反应温度、还原剂添加量和气氛等参数。
最后是炉渣处理。
在反应过程中，产生大量的炉渣。
炉渣中含有一定的硅和其他杂质。
为了提高硅铁合金的质量，需要对炉渣进行处理，通常采用渣铁分离和渣掺铁法等。
硅铁的工艺技术对于硅铁合金的质量和产量都有重要的影响。
合理的工艺路线和工艺参数的选择能够提高硅铁的回收率和合金质量，降低生产成本和对环境的影响。
综上所述，硅铁工艺技术是将硅石和富硅贫铁矿石进行高温还原反应，制得硅铁合金的方法和工艺。
它包括预处理、原料磨碎和混合、还原炉填料和预热、还原反应以及炉渣处理等步骤。
合理的工艺技术能够提高硅铁合金的质量和产量，降低生产成本和对环境的影响。
硅铁工艺技术的研究和改进对于钢铁冶炼和合金生产有着重要的意义。
高硅高硫铁水冶炼设计方案
高硅高硫铁水冶炼方案近段时间，4#高炉炉况不稳定，铁水Si、Mn、S含量偏高，转炉按常规操作模式极易造成喷溅，同时转炉脱硫能力相对较差，易造成硫高化废，对此情况提出如下冶炼方案：一、高Si、高S铁水对转炉冶炼带来的影响铁水Si、S偏高（指Si＞0.80%，S＞0.070%），给炼钢生产带来诸多不良影响。
铁水是氧气顶欢转炉的主要金属料，占袭人量的80%，铁水中各元素含量影响转炉冶炼过程和各项技术经济指标，尤其是Si、P、S三元素含量。
从公司近期的铁水条件看，Si、S含量有偏高现象，给转炉的冶炼带来一定的困难。
要去除钢中多余Si含量，有效脱P、S，应相应增加渣料的消耗，但渣料过多，容易引起喷溅，不利于去除P、S，再者加剧对炉衬的侵蚀，而且渣中SiO2含量过高，影响成渣速度，吹损增加。
氧气顶吹转炉脱S效率一般只有30～40％，而我公司炼钢用铁水舍S量控制也有值高现象，同样不利于转炉冶炼。
二、高硅铁水冶炼转炉炼钢用铁水Si含量较合适的为0.40~0.60%，而近期高炉不稳定，Si含量0.80%以上较普遍，转炉冶炼高硅铁水可采取如下操作：1.金属料装入制度对入高Si铁水，必须稳定入炉金属料，装入量过大，会造成吹炼过程中喷溅严重，造渣困难，但装入量过小，会增加各种消耗，而且溶池变浅会缩短炉衬寿命，针对高硅铁水渣量大、易喷溅的特点，降低装入总量，保证炉容比在0.97m3/t左右，即转炉装入量为80±2吨2.供氧操作铁水硅含量高，渣量大，必须增加氧气射流对熔池的穿透力和搅拌力，前期氧压0.85Mpa左右，流量15500M3以上，前期严禁吊枪操作，尽量保证枪位稳定，化好渣、不喷溅、快速脱碳、溶池均匀升温。
3.造渣操作渣料加入量按铁水Si含量加入，铁水Si≤0.60%时，石灰量按50kg/t加入，当Si含量≥0.60%时，每增加0.10%的Si含量，石灰用量增加8~9kg/t，但最大石灰加入量原则上不超过90kg/t。
硅酸镁冶炼硅铁
硅酸镁冶炼硅铁一、硅铁的概述硅铁是一种重要的铁合金，主要由硅和铁元素组成。
由于其优异的物理、化学和机械性能，硅铁在工业中具有广泛的应用，如铸造、炼钢、耐火材料和化学制品等。
二、硅酸镁的特性硅酸镁是一种天然的硅质原料，其化学成分主要包括二氧化硅（SiO2）和氧化镁（MgO）。
它具有高纯度、高活性、高耐火度等特点，因此在冶金、陶瓷、玻璃等领域有广泛的应用。
三、硅酸镁冶炼硅铁的原理硅酸镁冶炼硅铁的原理主要是基于硅酸镁和碳在高温下发生的还原反应。
反应方程式如下：SiO2+2MgO+4C→Si+2Mg+2CO在高温条件下，硅酸镁中的硅被碳还原为单质硅，而碳则被氧化为二氧化碳。
通过该反应，我们可获得高纯度的硅铁。
四、硅酸镁冶炼硅铁的方法1. 配料与混合：将硅酸镁与适量的碳按比例混合，充分搅拌均匀。
2. 熔炼：将混合物加入熔炼炉中，在高温下进行熔炼。
熔炼温度通常为1800-2000°C。
3. 还原反应：在熔炼过程中，硅酸镁与碳发生还原反应，生成硅铁。
4. 冷却与浇铸：将熔融的硅铁冷却并浇铸成块状或颗粒状。
5. 精炼与除杂：通过精炼和除杂工艺，去除硅铁中的杂质，提高其纯度。
6. 包装与运输：将处理后的硅铁进行包装，然后运输至目的地。
五、硅酸镁冶炼硅铁的影响因素1. 原料质量：硅酸镁的纯度和活性对冶炼过程有重要影响。
高纯度的硅酸镁可以降低杂质含量，提高硅铁的质量。
2. 熔炼温度与时间：熔炼温度和时间是影响还原反应进行程度的关键因素。
高温和高反应时间有利于提高硅的还原率，但也会增加能耗和设备磨损。
因此，选择合适的温度和时间非常重要。
3. 碳的种类与用量：碳的种类和用量对还原反应的速度和程度有显著影响。
一般来说，活性炭具有较高的反应活性，可以促进还原反应的进行。
碳的用量则需根据实际情况调整，以满足冶炼过程的需求。
4. 炉气氛围：炉气的成分和气氛对还原反应有一定影响。
在还原气氛下（如CO、H2等），碳的还原能力较强；而在氧化气氛下，则不利于还原反应的进行。
硅铁冶炼工艺技术简介
中国硅铁交易网
硅铁冶炼工艺技术简介
国外的铁合金厂对进炉原料的预备工作非常重视，进炉前需要对原料进行破碎、筛分；粒度小于6mm的粉料需要进行烧结，冶炼操纵中倾向于搭配20%-55%烧结矿，改善炉料的透气性，以取得较好的技术经济指标。
我国铁合金生产厂对组织精料进炉也日益重视。
1987年湖南铁合金厂建成24m2的烧结机，为锰硅合金电炉提供熔剂型烧结矿。
1994年遵义铁合金厂又成功生产出团粒烧结锰矿。
粒度小于6mm的粉锰矿也可以采用制成冷粘结球团或冷压球团的方法进行处理；冷粘结或冷压球团方法处理粉锰矿是一种投资省、见效快的方法。
日本钢管株式会社和新泻厂采用锰矿粉、铁矿粉、焦粉和锰铁渣按锰硅合金生产所需的原料比例配制复合冷压球转告阵硅合金的生产试验，获得了节电243kW·ht、节焦23kgt、锰金属回收率进步1.2%的效果。
1983年8月某厂在9000kV·A锰硅合金封闭炉上进行了配加30%的冷压球团的生产试验，结果表明，炉况稳定，吃料快，透气性好，不翻渣，不刺火，煤气回收正常，各项技术指标都得到了改善。
对粉锰矿进行预处理，不仅仅是为了充分利用锰矿资源，扩大粉矿的利用率，更重要的还在于改善炉料的透气性，控制原料的粒度构成，减少产品成分的波动，进步炉料电阻率，使炉况和操纵工艺相对稳定，以便把成熟、固定的工艺参数编进程序，进而采用电子计算机控制整个冶炼过程，终极达到进步劳动生产率、改善操纵条件和节约能源的目的。
硅铁精炼
2硅铁精炼降铝随着电工钢的生产和发展，对硅铁中含铝量提出了高要求。
为此一些国家对硅铁的标准作了相应的修改和补充。
表列出了日本、苏联、美国电工钢用75%硅铁标准中某些元素的变化。
为了提高硅铁质量，满足冶炼特殊钢的要求，国内外对于硅铁炉外精炼作了一些工作，取得了成绩。
硅铁中铝含量可降至0.5%以下，最低可降至0.01%，合金中的钙也同时得到脱除。
国外在硅铁精炼方面做了大量的试验研究工作，并取得了一定的成就。
一.硅铁降铝的发展历史1.热分解搅拌和热冲搅拌苏联60年代末，试验采用配加石灰的氧化脱铝处理硅铁熔体，借助与石灰石分解时产生的气体（CO2）搅拌合金和合成渣熔体。
但是降铝效果不明显，以后再未使用。
1973年他们又用菱铁矿精炼硅铁熔体，利用菱铁矿热分解时产生的氧化铁和二氧化碳使铝和钙氧化，同时以气体搅拌熔体。
由于菱铁矿中的FeCO3和MgCO3的分解温度在450℃和730℃小于石灰石中的CaCO3950到1000℃前者的密度（3.7～3.9kg/cm3）大于硅铁，故沉浸于硅铁熔体中，起到脱铝的作用。
苏联曾用倒包热冲精炼法实行75%硅铁炉外降铝。
出铁后加入精炼混合料，然后进行倒包热冲。
这样可是Al由1.5%～2.0%降至0.3%～0. 5%；Ca由0.25%～0.5%降至0.05%～0.1%.2.吹气搅拌精炼波兰先后三次发表有关压缩空气吹炼的文章。
他们主要采用黄铁矿、铁矿、萤石作精炼料，合金出炉时加于熔体中，并吹压缩空气（压力为0.2～0.5大气压）吹炼15分钟，Al降至≤0.5%脱铝率在70%左右。
苏联工业性生产含铝≤0.5%的75%硅铁是采用合成渣（铁矿、石灰、硅砂、石灰石）处理硅铁，然后再用压缩空气（余压为0.2~0.3大气压）吹炼的方法。
硅铁自炉内放入包里期间，将上述干燥的合成料（粒度为5~25mm）不断加入熔体中。
待合成料完全熔化后，将压缩空气通过石墨喷咀（插进深度为合金层的2/3）吹入熔体中。
硅铁车间工艺流程图
附录F4硅铁车间工艺流程图煅烧车间工艺流程图↓↓ ↓↓ ↓附录F4原料车间压球工艺流程图↓↓↓↘↓↙↓↓↓↓还原车间工艺流程图↓↓↑↓↓↓↓精炼车间工艺流程图↓↓↓↓↓↓↓↓↓附录F5硅铁车间工艺条件及技术指标1.硅石1.1SiO2含量：≥97%。
1.2硅石中有害杂质含量：Al2O3≤0.8% P2O5≤0.02% MgO+CaO≤1%1.3硅石应有较好的机械强度和抗爆性。
1.4硅石加工粒度：60-120mm。
2.焦粉2.1固定碳含量：≥84%2.2灰分：≤6%2.3挥发份：≤22.4入炉粒度：5-15mm（其中5mm以下的不得大于5%）2.5要求高电阻，不得有粉沫。
3.钢屑3.1含铁量：≥97%3.2应是普通炭钢屑，不得混有合金钢屑、有色金属屑和生铁屑等。
3.3生锈严重的钢屑不得使用。
3.4钢屑的卷曲长度为30-50mm。
3.5要纯净，不得混有泥土等杂质。
4.冶金焦4.1粒度：5—10mm4.2固定碳≥84%4.3灰分≤6%4.4挥发份≤10%4.5不得有粉尘粉沫5.球团矿5.1含铁≤60%5.2粉沫≤5%5.3有较好的机械强度6.硅铁指标6.1硬75＃硅铁占90%。
6.2软75＃硅铁占10%。
6.370＃硅以下的产品不生产。
6.4硅的偏析-不大于4%，小于20×20mm的数量，不得超过8%。
7.硅铁生产技术条件7.1矿热炉容量7.1.1炉膛底部直径5.8m。
7.1.2炉子直径7.32m。
7.1.3炉膛深度2.15m。
7.1.4极心圆直径2.5m。
7.1.5电极直径1.00m。
7.2二次侧电压：118-160A7.3运行电流：13档7.4出铁时间：5-15分钟7.5出铁次数：3-4次/班（特殊情况除外）7.6配料比：硅石200kg 焦粉108-140kg 钢屑10kg7.7 球团矿：36kg(根据硅铁含硅量调整)煅烧工艺条件及技术指标1.工艺条件1.2 要求白云石成分稳定，粒度20～35mm，不含泥土及杂质。
硅铁粉工艺
硅铁粉工艺硅铁粉工艺是一种常用的冶金工艺，其主要用途是制备硅铁合金。
硅铁合金是一种重要的铁合金，广泛应用于钢铁、铸造、电子等行业。
本文将介绍硅铁粉工艺的原理、流程和优点。
一、硅铁粉工艺原理硅铁粉工艺是利用硅铁粉作为原料，通过高温还原反应制备硅铁合金的一种工艺。
硅铁粉是一种细粉末状的物质，其颗粒大小一般为0.1-3毫米。
硅铁粉的主要成分是硅和铁，其中硅的含量一般为50%-70%。
硅铁粉工艺的原理是在高温还原条件下，将硅铁粉与煤粉等还原剂一起加入冶炼炉中，经过一定时间的还原反应，生成硅铁合金。
在还原反应中，硅铁粉中的硅和铁与还原剂中的碳发生化学反应，生成硅铁合金和一定量的CO和CO2等还原气体。
硅铁粉工艺的具体流程包括：原料配比、混合、压块、烘干、破碎、筛分、入炉、冶炼、出炉等几个步骤。
1. 原料配比：根据所需的硅铁合金成分要求，将硅铁粉、煤粉等原料按一定比例混合，并加入适量的粘结剂。
2. 混合：将配好的原料在混合机中进行充分混合，使各种原料均匀分布。
3. 压块：将混合好的原料压成固定形状的块状物，以便于后续的烘干和破碎。
4. 烘干：将压制好的块状物在烘干炉中进行烘干，以去除其中的水分和粘结剂。
5. 破碎：将烘干后的块状物进行破碎，得到一定大小的颗粒状物料。
6. 筛分：将破碎后的物料进行筛分，得到符合要求的硅铁粉。
7. 入炉：将筛分后的硅铁粉放入冶炼炉中，并加入适量的还原剂。
8. 冶炼：在高温还原条件下，将硅铁粉和还原剂进行一定时间的还原反应，生成硅铁合金。
9. 出炉：待冶炼结束后，将硅铁合金从冶炼炉中取出，进行淬火、破碎、筛分等处理，得到符合要求的硅铁合金。
三、硅铁粉工艺优点硅铁粉工艺具有以下优点：1. 原料利用率高：硅铁粉工艺所用的硅铁粉和煤粉等原料均能充分利用，减少了原料的浪费。
2. 产品质量稳定：硅铁粉工艺可以控制原料的配比和混合均匀度，保证了产品的质量稳定性。
3. 生产成本低：硅铁粉工艺所需的设备和能源消耗较少，生产成本相对较低。
冶炼硅铁工艺设计要点
攀枝花学院学生课程设计〔论文〕题目：冶炼硅铁工艺设计学生姓名：邱江学号：202111103052所在院(系)：材料工程学院专业：冶金专业班级：08冶金有色班指导教师：苟淑云职称：教授2021年6月6日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目冶炼硅铁工艺设计1、课程设计的目的使学生融会贯穿相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，从而加深对所学理论知识的理解、掌握与应用。
本课题是为了使学生了解硅铁的生产原理、主要原料及工艺。
2、课程设计的内容和要求〔包括原始数据、技术要求、工作要求等〕1〕生产硅铁的根本工艺和主要工艺参数；预计所需的主要原材料种类及数量，主要产品成分等。
可以与进行物料平衡和热平衡计算的同学一起商定有关参数。
2〕提交3000～5000字的设计说明书，在说明书中须按标准注明设计的依据及主要参考文献；3、主要参考文献李春德.?铁合金冶金学?.冶金工业出版社.刘卫.?铁合金生产?.冶金工业出版社.袁熙志.?冶金工艺工程设计?.冶金工业出版社.张承武.?炼钢学?〔下册〕.冶金工业出版社.4、课程设计工作进度方案第十六周：对选定题目进行分析，查阅相关文献资料，做好原始记录，确定相关参数。
第十七周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，进行课程设计辩论，提交设计说明书。
指导教师〔签字〕日期年月日教研室意见：年月日学生〔签字〕：接受任务时间：年月日注：任务书由指导教师填写。
课程设计〔论文〕指导教师成绩评定表题目名称评分工程工 01 学习态度作表02 科学实践、调研现03 课题工作量20%04综合运用知识的能力 能05应用文献的能力力设计〔实验〕能力，方案水 06的设计能力平35%07 计算及计算机应用能力对计算或实验结果的分析 能力〔综合分析能力、技术经济分析能力〕插图〔或图纸〕质量、篇成09幅、设计〔论文〕标准化果 程度 质10 设计说明书〔论文〕质量量45%11 创新成绩 指 导 教 师 评语冶炼硅铁工艺设计分 得 值评价内涵分6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学 工作态度。
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攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：冶炼硅铁工艺设计学生姓名：邱江学号：200811103052 所在院(系)：材料工程学院专业：冶金专业班级： 08冶金有色班指导教师：苟淑云职称：教授2011年6月6日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表1前言1.1 硅铁简介铁合金是指一种或几种以上的金属或非金属元素于铁组合成的合金，硅铁即是硅与铁的合金。
硅铁是炼钢和铸造的重要原料，它能改善钢和铸件的物理化学性能和机械性能，提高钢和铸件的质量。
【1】1.2 硅铁的冶炼简介硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的。
传统炼制硅铁时，是将硅从含有2的硅石中还原出来。
冶炼硅铁大多使用冶金焦作还原剂，钢屑是硅铁的调节剂。
2 原料2.1 原料及其要求2.1.1 含硅原料及其要求含原料一般采用SiO2含量很高的石英和石英岩（通称为硅石）。
表1为各种硅石的质量和物理性能。
用于冶炼硅铁的硅石必须符合下列各项要求：(1) SiO2含量大于97%(2) 有害杂质含量低。
硅石中主要杂质Al2O3，MgO,CaO,P2O5和Fe2O3。
除Fe2O3外，其他氧化物均是有害物质，其中P2O5必须小于1%，CaO和MgO之和也应小于1.(3)有良好的抗爆性。
(4)有一定的粒度。
硅石的粒度根据电炉的容量、工作电压、硅石个所用还原剂的性质以及操作水平确定，一般大型电炉的硅石入炉粒度为40～120mm，小型电炉为25～80mm。
表1 各种硅石质量的物理性能2.1.2 炭质还原剂及其要求铁合金生产中，用的最多、最广且价格最最便宜的还原剂是炭质还原剂。
硅铁生产所用的炭质还原剂主要为冶金焦，其主要理化性能指标要求如下表1.此外，对冶金焦的灰分组成也有一定要求，具体为FeO约45%，CaO约27%，SiO2约25%，MgO约1.0%，Al2O3<0.4%,P2O5<0.04%。
为了增大炉料的比电阻，增加化学活性，也有搭配使用气煤焦[2]。
2.1.3 含铁原料及其要求电炉冶炼硅铁时，一般采用钢屑作含铁原料，钢屑在SiO2还原过程中有促进作用。
冶炼时，希望钢屑能较快融化，以便吸收硅或有效地破坏SiC。
为此，要求钢屑长度不能超过100mm，为保证硅铁的化学成分和内在质量，不允许使用合金钢钢屑、有色金属屑和生铁屑，而只能使用碳素钢钢屑。
钢屑不应夹带杂质，生铁严重和沾有油污的钢屑不能入炉，铁屑的寒铁量应大于95%。
表2 冶炼硅铁用冶金焦的理化性能指标固定碳灰分挥发分水分硫电阻率(11000C) 气孔率粒% % % % % % % % >82 <14 <3 <6 <0.6 1200 30～54 3～203 冶炼设备3.1 变压器与断网炉用变压器将从电网获取的高压电、小电流转换成符合冶炼的低电压、大电流, 经短网、铜瓦送到电极后, 转化为炉内所需热能。
短网的阻抗对节电和有效利用电能影响很大。
短网的合理布置及结构,对提高功率因数和电效率,降低电能损失有重要意义。
短网应尽量降低各导电部位的长度和通电后的温度, 温度越高导体电阻越大, 新的电炉设计逐步趋于用通水导电铜管替代铜排。
3.2 电极把持器系统电级把持器是炉内最重要的部件之一,它与电极压放、升降装置及铜瓦等一起保证电炉的送电、负荷调整、电极下放等。
由于该设备的烟罩内,全部构件包括液压、水路、绝缘等都处在高温区, 承受高温幅射气流的冲刷, 工环境极为恶劣, 特别是“刺火”时, 受到更高温度气流的冲刷。
3.3 烟罩在生产时,冶炼工艺要求电极极心圆在炉料作用下仍能保持稳定的尺寸。
现设计的矮烟罩, 较过去的高烟罩不仅有利于烟气回收, 而且对固定电极柱,稳定极心圆直径也很有作用。
目前多采用水冷钢骨架,内顶部和侧面焊有Y 型铆钉,喷涂耐热高温混凝土或耐火材料, 其使用寿命长、维修量小。
3.4 炉体设备炉体包括炉壳和炉衬。
炉衬要承受高温电弧和电流的冲刷及炉渣侵蚀。
直接与电弧和铁水接触的炭砖最易氧化, 因此炉壳不仅有足够的强度, 而且必须非常严密。
3.5 液压系统液压控制和驱动是电炉实现自动控制的重要保证。
新设计的系统采用箱体阀块集成化的模式, 大大简化管路布置, 整个结构紧凑, 便于安装检修。
阀件工作面和接头经过特殊处理,耐磨无泄漏, 工作十分可靠, 为工艺操作提供了保证[3]。
4 硅铁生产工艺流程4.1 硅铁冶炼基本原理用碳还原二氧化硅是冶炼硅铁时的基本反应。
生产上为了把氧从二氧化硅中除去，在矿热炉内创造高温条件，以焦炭中的碳夺取硅石(SiO)中的氧，生成的CO气体通过料层从路口逸出，硅石中的硅便还原出来。
冶炼硅铁时，炉内的反应机理可用图1描述图1 硅铁冶炼反应机理4.2 冶炼机理冶炼硅铁总的反应方程式为实际上硅铁反应机理是非常复杂的，尽管研究者们提出来的还原机理不完全相同，但有几点公认是无疑的，即在冶炼过程中有中间产物碳化硅和一氧化硅产生，而且在碳化硅和一氧化硅的生成与分解在二氧化硅的整个还原过程中起着重要作用。
在较低温度下，二氧化硅与碳作用：在较高温度下，二氧化硅被还原成一氧化硅：而且碳化硅在高温下因二氧化硅和一氧化硅的存在而被破坏：铁存在时对SiO2的还原过程有很大的影响，把铁反应出来的硅溶解，使硅脱离反应区，还加速了Si反应的进行，同时铁与硅生成稳定的化合物硅化铁(SiFe),并放出一定的热量，使二氧化硅的还原温度降低。
另外中间化合物碳化硅被铁破坏(Fe+SiC=SiF+C ΔG0=9900-9.14T T开=1083K)，结果使硅的生成容易些[4]。
从以上的分析中可以看出，生产中控制还原剂的加入量是很重要的。
还原剂过多，会使SiC生成量增加，使炉底积存的碳化硅越来越多。
反应还原剂过少，SiO2不能充分地还原，价低了硅的回收率[5]。
4.3 合金成分的控制合金含硅量越高，要求还原温度就越高，对原料质量性能和炉况操作维护要求更高，由于硅石质量性能较差，难以保持较高的炉温，还原反应速度与炉料融化速度不匹配而恶化炉况。
为了加快还原反应速度，增加配铁量降低硅的还原温度，因此合金含硅量按75%硅铁国际下限控制，即按72≤[Si] ≤74%范围操控。
4.4 冶炼操作为了减少炉况波动，统一操作，坚持混合料加入，维护电极稳定，加强炉料均匀透气，保持较大坩埚，避免生料进入坩埚内造成三相负荷不平衡，热量分布不均，降低反应速度。
在配电操作中，须密切关注炉况。
正常情况下，电极电流几乎全部进入坩埚区，支路电流占很小比例，因此在配电时必须关注三相电极电流和对地电压的平衡，通过观察电极周围火焰和沉料情况判断该相电极放弧做功好坏，若对放弧做功差的某项电极急于下插来增大做功，这样只会增加支路电流，增加热损失，而对进入坩埚坩埚区得功率增加很有限，应准确分析原因，如电极结渣或大量生料进入坩埚区，及时与电炉操作工联系加以处理。
保持三个坩埚稳定良好的放弧做功状态，保持较高的反应区温度，达到稳定良好的炉况[6]。
5 硅铁生产中杂质元素的控制5.1 铝的控制方法5.1.1 精料入炉还原剂采用低灰分(≤10 % ) 的蓝炭。
在转炼的头一个班就全部使用蓝炭, 减少灰分中Al2O3的带入量。
5.1.2 炉外精炼按要求的铝含量, 出铁后, 按一定比例加入氧化性四元渣即: SiO2一CaO 一CaF 一Fe0 系低熔点四元渣, 并加顶吹氧进行炉外精炼, 吹氧压力≤5 k g 为宜。
5.1.3 中频炉生产(重熔法)由于在炉外顶吹精炼吹氧时, 在没加装中间包及更先进精炼设备时, 铁水温度损失大, 铁损多, 生产更低铝含量的硅铁就较为困难, 所以该公司就采用中频炉进行生产:在保证温度的前提下, 进行二次精炼, 进行更进一步的脱铝操作,能使合金中Al≤ 0 . 1 %。
5.2 钙的控制方法(1)入炉硅石需洗选干净, 尽可能地把混人硅石中的杂石、风化石挑选干净,减少其带入量(2)由于各元素和氧的亲和力强弱顺序为: C、Ca、Al、Si、Fe, 硅铁中杂Ca、Al对氧的亲和力大于Si、Fe ,所以硅铁中杂质Ca 、Al会优先于Si 和Fe氧化生成CaO 和A12O3 。
所以在必要的情况下可采用吹压缩空气或氧气进行脱钙处理。
一般硅铁生产过程中, 只要能把混入硅石中的杂石、风化石挑选干净, 合金中含钙量就能控制在0.5 % 以下, 如客户需要更低钙含量的硅铁,就可采用炉外精炼( 吹氧和压缩空气)的方法进行处理。
5.3 碳的控制方法5.3.1 控制浇铸温度碳在硅铁合金中的溶解度随温度降低而减少。
碳在固相硅和硅化物中的溶解度是相当有限的, 在液态合金中碳的溶解度随着温度升高而增加, 所以浇铸温度的控制对合金中碳的含量有直接关系。
资料表明, 浇铸温度低于1 5 5 0 ℃, 可使碳化物尽可能多地析出。
常用的降温方法有镇静、倒包和摇包处理等。
5.3.2 合理控制用碳量在硅铁生产过程中, SiC 的生成和分解是一个重要的因素。
当炉子上部温度大于1500 ℃时则发生以F 反应:4 C + 2 SiO = 2SiC+2CO↑而炉子下部温度大于1800℃时, 则发生SiC 分解反应, 即:3SiO2 + 2SiC 二Si +4SiO+ 2CO↑所以在生产过程中控制还原剂的加人量很重要, 还原剂过多,会使SiC 生成量增加, 从而造成合金中碳含量增加。
为此在生产中还原剂的加入量一定要合适。
5.3.3 炉外精炼(1) 吹氧降碳由于碳极易与氧结合, 吹氧几乎能使全部游离的碳迅速与氧结合并析出硅液。
在吹氧过程中, 不但加强氧与游离碳的迅速结合, 也加强了合金的搅拌, 改善了碳化物的析出条件, 使碳人物能迅速析出液面。
(2) 重熔降碳碳化硅与硅铁密度相差较小(SiC: 3.21g/cm3、75SiFe:3.5g/cm3),弥散在合金中的碳化硅析出速度较慢, 有相当一部分聚集在晶界。
重熔合金时这一部分碳化硅进一步聚集, 使颗粒变大, 从而使SiC的上浮条件更为有利, 合金中碳含量得到进一步降低。
此方法在该公司中频炉上得到验证, 能使硅铁合金中碳含量降到0.03%以下。
(3)防止外来污染在硅铁镇静过程中,采用锯未、蔗渣及干稻草进行保温, 禁止使用焦粉,严禁使用石墨粉涂刷铁水包和锭模内壁,避免合金增碳[7]。
6硅铁牌号及用途6.1 硅铁牌号和化学成分硅铁按硅及其杂质含量，分为十六个牌号，其化学成分如表3：（根据GB2277-87）表3 硅铁牌号和化学成分6.2 硅铁的用途(1)硅和氧很容易化合成二氧化硅。
所以硅铁常用于炼钢作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧同时，对提高钢水温度也是有利的。
硅铁作为合金元素加入剂。
广泛用于低合金结构钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，以外硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。