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SiO

2

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) SiO

2

含量大于97%

(2) 有害杂质含量低。硅石中主要杂质Al

2O

3

，MgO,CaO,P

2

O

5

和Fe

2

O

3

。除

Fe

2O

3

外，其他氧化物均是有害物质，其中P

2

O

5

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%，SiO

2约25%，MgO约1.0%，Al

2

O

3

<0.4%,P

2

O

5

<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SiO

2

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 3～20

3 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：