硅铁炉况的分析和维护

1 前言

在硅铁生产过程中或多或少存在着炉况的波动，较大的炉况波动会造成冶炼操作困难，指标恶化。对炉况的变化需准确及时地作出判断，以尽快找住引起炉况变化的原因和正确指定出处理炉况的有效措施，改善硅铁冶炼经济技术指标。

2 硅铁冶炼存在的基本反应

硅铁电炉冶炼时从上到下可分为预热带、烧结区即坩埚壳、坩埚区和电弧区，个区域的温度和基本反应及产物大致如下：

2.1 预热带（SiO歧化反应区）温度约500~1300℃，厚度约200~400mm，炉心处由于沉料快而厚，锥体边脚由于沉料慢而薄。其主要反应是：

2Si=SiO2+Si …………………………①

△G0=-630113+290.56T t开≤1895℃

SiO(g)+2C(s)=SiC(S)+CO(g)………………②

△G0=-5875-4.02T

3SiO(g)+CO(g)=SiC(S)+ 2SiO2(s)……….③

△G0=-1260227+581.13T t开≤1896℃

Si(l)+C(s)=SiC(s)…………………………④

△ G0=-100600+34.9T t开≤2609℃

主要产物是SiC、Si、SiO2、、SiO 较多地被多孔的焦炭吸附并形成SiC，不与焦炭接触的SiO发生歧化反应后所得的Si也有部分在操作和炉料运行中与焦炭接触按④生成SiC，因此在该区对SiC的生成更有利。但由于①、②、③反应都是气体物质接触固体炉料时发生，因此所得产物量是有限的。

2.2 烧结区即坩埚壳（SiC形成区）温度约1300-1750℃，厚度随炉况而变化（应在400mm以上），其主要反应是：

1/2SiO2（L）+3/2C(s)=1/2SiC(S)+CO(g)………………………⑤

△ G0=67035-43.89T t开=1254℃

3SiO(g)+CO(s)=SiC(S)+2SiO2（L）………………………………⑥

△G0=-332.75+0.1529T t开≤1903℃

Fe(l)+ SiC(S)= FeSi(l)+ C(s) ………………………………⑦

△ G0=9900-9.14T t开=810℃

6SiO2（L）+12C(s)+Fe(l)=FeSi(l)+5Si(l)+12 CO(g) ……………⑧△ G0=9900-9.14T t开=810℃

2SiO(g)= SiO2（L）+ Si(l) ……………………………………①

SiO(g)+2C(s)= SiC(S)+CO(g)……………………………………②

Si(L) + Fe(l)= FeSi(l) ………………………………………⑧

△ G0=-28500-0.64T

主要产物是SiC、含Si低的[Si]Fen及SiO2，由于该区硅石软化呈半熔融状态，与C接触更充分，大量生成SiC。此时铁屑以熔化，其破解SiC反应加快，或按⑧反

应生成一部分含Si低的[Si]Fen，有①、③反应所得的液态SiO2与SiC形成烧结状态影响炉料透气性。

2.3 坩埚区（SiC的分解区）温度约1750-2000℃，厚度随炉况而变化，其主要

反应是：

SiO(g)+SiC(S)=2 Si(L)+ CO(g) ……………………………⑨

△ G0=49150-24.59T t开=1726℃

1/2SiO2（L）+ SiC(S)=3/2Si(L)+CO(g) ……………………⑩

△ G0=97380-47.64T t开=1771℃

1/2SiO2（L）+ C(S)=1/2Si(L)+CO(g) ………………………⑾

△ G0=83700-43.2T t开=1665℃

主要产物是Si和含Si高的[Si]Fen，由于该区温度提高使SiO2破解SiC而生成大量的Si，有该区上部所得的含Si低的[Si]Fen溶解该区生成的Si而得到含Si高的[S i]Fen。由于焦炭在进入该区前参与生成SiC的反应大量被消耗掉，因此在坩埚区⑾

反应较少且受⒃反应所限制。

2.4 电弧区（各质气化区）温度约2000-6000℃，其大小与电压有关，主要反

应是：

3/2SiO2（L）+ SiC(S)=1/2Si(L)+CO(g)+ 2SiO(g)……………………⑿△ G0=211975-95.69T t开=1942℃

2SiO2（L）+ SiC(S)= CO(g)+ 1/3SiO(g)……………………⒀

△ G0=315850-131.13T t开=2136℃

SiO(g)+SiC(S)=2 Si(L)+ CO(g) ……………………………⑨

SiO2（L）+ Si(L)=2 SiO(g) …………………………………⒁

△ G0=121430-52.87T t开=2024℃

以及各种物质的气化反应。

主要产物是SiO和Si，由于该区温度特别高，未放映完的SiO2和SiC继续反映生成大量的SiO。该区是气体物质的来源，它不但产生SiO而且也气化其它物质。

2.5 其它反应

2SiO(g)+ CO(g)= SiC(S)+ CO2(g)+ SiO2（L）……………………………⒂△G0=-215.643+0.1176T t开≤1561℃

SiO2（L）+C（s）= SiO(g)+ CO(g) …………………………………………⒃

△ G0=159600-77.94T t开=1775℃

SiO+C=Si+CO …………………………………………………⒄

△ G0=8900-8.86T t开=731℃

由于焦炭在进入坩埚区前除按⑦反应外一般都被生成SiC的还原反应消耗尽了（即形成所谓的炭下不到底的现象），所以⒃反应甚少，⒃反应一般在亏炭情况下

附加焦炭直接进入干果时发生。在预热区和烧结区由于其它反应较强烈所以⒂、⒄

反应都应为很次要的反应。

3 不正常炉况的形成和影响因素

若硅铁电炉的主要反应能够顺利进行，则硅铁炉料就能以正常速度下沉，炉况

就处于正常状态。

若硅铁冶炼的某些因素发生变化，如原材料变化、电压波动、设备故障停炉等

的影响，会使硅铁冶炼的某一环节的主要反映异常，次要反应或副反应发展，导致

炉料下沉减慢，炉内积渣，冶炼操作困难等炉况不顺，恶化生产技术指标。主要反

应异常的情形有如下几种：

1）SiC的生成反应

由于SiC的生成反应在很低的温度下△ G0就已成负值，而且焦炭对SiO\CO的吸附作用很强以及SiO2的熔化度使SiC的生成条件大大改善。因此炉料中的焦炭在进

入坩埚之前就已被生成SiC的反应所消耗掉，当炉料亏炭时生成的SiC减少，使进入坩埚区的SiC少，SiO2多。当炉料多炭时生成大量的SiC，使进入坩埚区的SiC过多，SiO2过少。

2）SiC的破解反应

当进入坩埚区SiC过多SiO2过少时，则SiC的破解反应不完全，产生的Si少，生产率降低。由于炉渣中含SiC高而使炉渣变稠，几乎不能排泄，使大量的SiC积存炉底，产生炉底上涨，坩埚缩小，电极上抬并进入而塌料频繁，坩埚间和到出铁口通

道阻塞。当进入坩埚内SiC减少，SiO2增多时，使内SiC的破解反应朝生成SiO的反应方向发展，使炉内Psio过大，且炉渣含SiO2升高，渣量增加。当坩埚区温度降低时，即使进入坩埚内SiC和SiO2比例正常，SiC的破解反应也因此不能充分进行，造成坩埚区被半成品（即SiC和SiO2）充填而缩小，炉内反应减少，炉料下沉减慢，

烧结区扩展并使上层炉料严重板结。当坩埚区缩小后电弧区温度升高产生较多的S iO，PSIO增大。

若炉内因亏炭而积存大量的SiO2使坩埚缩小，此时若补充焦炭由于电极上抬，坩埚

区温度降低，SiC的破解反应减弱，会有焦炭下不到底的现象。若电炉热停路频繁

或电压低输入坩埚内的功率减小时，坩埚区温度降低，也有炉底亏炭的假象。