硅鈣合金生產的理論和工藝 

                 徐鹿鳴

                           (北京首鋼鐵合金有限公司  北 京  中 國  100023)

摘 要 詳細論述了硅鈣合金生產的物理化學原理，介紹了國內外硅鈣合金生產的四種工藝：混合法、二步法、分層 法和電硅熱法。四種工藝的優缺點都予以論述，其中分層法是國內經過探索創新的一種嶄新的硅鈣合金生產工藝。提出硅鈣合金生產的主要矛盾，并給出相應改善措施，指出電爐大型化及“分層法”的研究應用是我國今后硅鈣生產的出路。

關鍵詞 硅鈣合金 生產工藝 原理 設備

中圖分類號 TF645.3.6                          文獻標識碼  A                文章編號  1001-1943(2008)06-0001-09

 

                                 PRINCIPLE AND TECHNICAL PROCESS OF

                               PRODUCING SILICOCALCIUM

                                         Xu  Luming

                                         (Capital   Steel  Mill   Ferroalloy  Branch,  Beijing   100023,  China)

Abstract It discusses the physicochemical principle of producing silicocaleium and introduces four kinds of domestic and foreign techniques, such as, mixing process, two-step 

process,slicingprocessandelectro silicothermic process. The dis- advantages and advantages of the above mentioned techniques are all explained. It puts forwards the principal contradictions in producing silicocalcium and as well as its improvement measures. Slicing process is a kind of technique in producing silicocalcium through domestic exploration. It points out that large scale furnaces and the application of slicing process is the fundamental way for silicocalcium production.

Keywords silicocalcium, technical process, principle,equipment

前言

 

硅鈣合金是冶煉優質鋼較為理想的脫氧劑和去硫劑，是連鑄鋼特別是含鋁鋼連鑄為防止鑄口結瘤(套眼)必須使用的鈣處理合金。煉鋼過程中向鋼中加入硅鈣合金后可以改變鋼中殘留夾雜物的性態，降低鋼中夾雜物的含量，提高鋼材的力學性能，它是 高純凈鋼生產用的凈化劑。近廿年來，硅鈣合金向鋼液中的加入方法和工藝有很大改進，塊狀合金投入鋼水包中，粉劑噴入(噴射冶金)到鋼包中的工藝，目前已改進為以硅鈣粉劑包芯線形式通過喂線機喂入鋼包或LF精煉爐中。喂線工藝的采用，大大提高了鈣元素在鋼液中的利用率。

硅鈣合金冶煉工藝是法國BOZEL公司于廿世紀初開發成功的。分為二步法、混合加料法、分層加料法(分層法),和電硅熱法四種。分層加料法冶煉工藝是原北京鐵合金廠于一九六四年研究成功的，新工藝的突出優點是能耗低，爐役周期長，產品質量高。到目前止，分層法新工藝生產硅鈣合金的產量仍占全國總產量的百分之五十以上，其操作難度大，到目前為止只能在變壓器容量等于或小于1.5MVA 電爐上進行。國內1.5MVA以上容量的電爐，均采用混合法生產工藝，其變壓器容量一般在3.6MVA 以下。與工業先進的國家相比較，我國硅鈣生產工藝、產品質量、能耗、環保、電爐容量指標等均存在很大差距，尤其是電爐容量，國內尚無6MVA以上硅鈣電爐的投產，電爐容量小是制約我國硅鈣產品發展的關鍵因素之一。國外10MVA及以上大型硅鈣電爐的冶煉電耗維持在10000kWh/t的水平，爐體壽命1年以上。目前陜西盛華冶化公司正在新建30MVA的大型硅鈣電爐，其建成投產，將是我國容量最大的硅鈣電爐。

                                                                    圖 1 碳還原 Si、Ca 氧化物生成硅鈣合金的反應自由能和溫 度的關系

                                                                            Fig.1.Relations  between  temperature  and  free  energy  of silico- calcium which Si and Ca reduced by carbon

從圖1看出，硅鈣爐內還原反應的標準自由能變化隨溫度的升高△G的負值增大。△G的負值越大，說明該化學反應進行的越強烈，并以較快的反應速度向右進行，依此，對硅鈣合金爐內的主要反應，可能進行的情況加以分析討論。

從圖1中看出，冶煉過程中，在爐溫較低的條件下，首先產生化學反應式(1),這一反應在多碳、爐溫較低的條件下進行。說明在采用混合法生產硅鈣的過程中，爐內SiC的生成不可避免。而從圖1或反應(12)、(14)看出：SiC的分解還原反應需要在1875℃或2115℃以上的高溫下才能進行，說明SiC形成后再用CaO和SiO? 進行分解、破壞不容易。SiC的熔點是2540℃,在熔渣中常優先于其他組元結晶出來，大部分SiC將積存于爐底。從工藝操作中應設法減少爐中SiC的生成，使爐料能迅速地進入高溫區域，保持高爐溫，控制反應式(1)的進行。

從圖1和反應式(2)、(7)看出，用CaC? 來還原SiO? 生成CaSi及CaSi? 的反應隨溫度的升高自由能變化負值增大的速率較快，說明爐內(2)、(7)反應較易進行，先用CaO使爐內生成CaC?  或用外加CaC?   作還原劑生產硅鈣合金可行。

從圖1和反應式(3)看出，爐內的SiO? 部分還原成SiO,自由能負值增加快，SiO生成反應易于進行。但生產的SiO易于揮發損失，故在生產中需要保 持一定厚度的料層，以吸收氣態的SiO,使之轉變為Si或SiC,提高Si元素的回收率。

從反應式(4)和圖1看出，在鐵存在時，用碳還原CaO和SiO? 的反應，能夠在較低的溫度下開始，直線(4)的斜率最大，化學反應將以較快的速度向右進行，說明有鐵存在時有利于硅鈣合金的產生。它是生產硅鈣合金及低品位硅鈣合金的理論依據。

反應(5)表明，在有碳存在時SiO? 及 CaC? 生成CaSi? 的反應，其自由能變化的斜率比反應(2)及其他生成CaSi? 和CaSi合金的自由能變化線的斜率都大，即其△G? °的負值隨溫度增長的速率快。在一定條件下，這一反應在硅鈣合金的生產中將起到主要作用。

反應(6)是SiO? 單獨被碳還原生成Si的反應。它在較高的溫度下進行。

反應(8)和(10)表明，當CaO和SiO? 用碳還原冶煉硅鈣合金時將生成SiC和蒸汽狀態的Ca元素，它們的理論開始反應溫度，比生成CaSi? 所需的溫度稍低，這一理論適用于不利用CaC? 參與反應而生產硅鈣合金的工藝。當爐料中存有過量碳時，反應(8)很容易進行，其后果是鈣蒸汽的大量揮發損失。當溫度高于1702℃時，硅鈣合金生產中不借助于中間產物CaC?,而用CaO和SiO? 直接被碳還原生產CaSi合金是可能的。這是采用混合加料法生產硅鈣合金的基本物化反應和理論依據，這一化學反應進行的溫度，比借助于CaC?  作中間物的分層加料法所需溫度要高一些。

反應(11)、(12)、(13)、(14)均為爐內SiC被破壞的反應，這些反應均需在超過1850℃或2200℃ 以上的高溫下才能進行，說明SiC的分解破壞較難進行。

反應(15)說明CaO用碳直接還原生成硅鈣極困難。反應(16)表明CaC?用CaO來破壞更不易進行。

 

2  硅鈣合金相圖分析

 

新硅鈣合金相圖溫度和組成關系見圖2。

從相圖中可知，Si和Ca可形成3種硅鈣化合物，即Ca?Si、CaSi和 CaSi?,它們的熔點分別為1314℃、1224℃和1040℃(分解溫度)。從物化反應的熱力學數據分析，以 CaSi? 的反應自由能的負值最大、穩定性最高，由此可知，其鈣蒸汽壓力低，生產過程中蒸發損失小，若以硅鈣的物性看，其熔點低，對產物的分離有利，從生產硅鈣合金的產品標準(Ca28%～31%,Si55%～65%)成分分析看，其熔點約為1030℃,對產品的流動性有利。

 

3  硅鈣合金生產方法的比較及其工藝特點

 

硅鈣合金的工業性生產，目前國內外采用4種工藝方法：混合法(一步法)、二步法、分層法和電硅熱法。

                                                                                圖2 新的硅鈣合金相圖

Fig.2    New phase diagram of silicocalcium

3.1  混合法

又稱“一步法”,是將稱量好且混合均勻的干燥石灰、硅石、碳質還原劑裝入埋弧電爐中，采用搗爐、透氣、燜燒等工藝操作，生產出含Si55%～60%和Ca 28%～31%的硅鈣合金。

此方法的主要化學反應為(10)式，其乘以5得出下式：

  CaO()+2SiO?)+5C(g)=CaSi?()+5CO(g)

△ Gθ=2039972- 1032.8  T J/mol ·CO T 開=1702℃

從化學熱力學角度可明顯看出上述反應一定存在，但反應需在高溫下進行。

實際生產中情況較復雜，由于加入爐內的CaO

和SiO? 是混合料，易于發生以下成渣反應：

2CaO+SiO?=SiO? ·2CaO

△ Gθ=- 144348- 13.97 T

形成大量低熔點爐渣，這種硅酸鹽只有在超過2300℃的高溫時才能分解還原15],成渣反應降低了(10) 式中的CaO和SiO? 的活度，同時由于低熔點渣的形成，降低了反應區的溫度，使得生成CaSi? 的反應(10)更難以進行。

為提高爐溫，要采取提高爐渣熔點的方法，即往爐料中配入過量碳，促使反應(1)、(9)進行。

SiO? (s)+3C(g)=SiC(s)+2CO(g) T 開=1235℃ CaO(s)+3C(m)= CaC?+CO(g)T 開=1864 ℃

(1)、(9)反應產生的高熔點組分SiC(熔點2540℃)和CaC? (熔點2300℃)進入爐渣，提高了爐渣熔點，提高了成渣溫度，以獲得保證反應(10)進行所需的高溫。

由于SiC、CaC? 的生成并沉積于爐底，從而造成爐底升高即爐底上漲，為此需利用反應(2)和(12)即：

CaC?+SiO?=CaSi+2COT      T 開=1433℃

2SiC+SiO?=3Si+2CO1      T 開=2076℃

來破壞爐內所生成的碳化物，以控制爐底的上漲，并生成所需的硅鈣合金。這需要采取定期往爐內單獨加入部分硅石的措施來完成。以上是混合法所依據的原理和工藝方法，其特點是：

(1)工藝操作簡便，爐況易于掌握。

(2)由于硅酸鈣成渣反應的進行，渣量加大、Ca和Si元素回收率低。

(3)過量碳的加入使得爐料的比電阻變小，電極不易下插，爐口料層疏松，爐子熱損失大，爐口塌料跑火現象較多。

(4)由于SiC比CaC? 易于生成，且難于被破壞分解，使得爐渣中含有較多的SiC。此種爐渣密度較合金密度大，位于合金下部，且渣中SiC的熔點很高，先于渣中其它組分結晶出來，沉積于爐底，生成以SiC骨架的爐瘤，致使爐底不斷上漲，縮短生產周期?；旌戏ǖ臓t子周期，國外一般為3個月，旋轉爐體的周期可達6個月以上，國內采用混合法工藝生產時爐役周期一般為20～30天。

3.2  二步法

二步法的工藝過程是先將含CaO≥80%的高質量石灰和碳質還原劑，按反應式(9)

CaO( 。)+3C(q)=CaC?(s)+ CO(g)

進行生產電石的配料，先在一臺電爐中煉制CaC2,然后將生產出的CaC? 冷卻破碎，再配入相應數量的硅石及碳質還原劑，在另一臺電爐中生產硅鈣合金，其主要化學反應為(5)式，即：CaC? (s)+2SiO? ()+2C(g)=CaSizc)+4CO(g)。這種工藝從加料操作上避免了CaO 和SiO? 的接觸，解決了成渣溫度低、爐溫難以提高的問題。此法不需加入過量的碳質還原劑，基本上避免了爐內碳化物的積存及爐底上漲,可使爐子連續生產，沒有周期性停爐。但這種工藝存在以下缺點：

(1)需用兩臺電爐及相關設備(一臺爐生產電石，一臺爐生產硅鈣合金)。

(2)綜合電耗高，熱能利用不合理。作為第二臺電爐的原料一電石需進行冷卻加工、重新熔化升溫，耗費大量的熱能。而且電石破碎加工過程中易吸水粉化，機械破碎損失也大。

(3)對原料中的水分要求嚴格。由于電石易吸水分解生成乙炔氣體 (CaC?+2H?O=Ca(OH)?+C?H?T)所以配入的碳質還原劑需進行烘烤、干燥后入爐。另外，原料利用率低，還會帶入大量分解后生成的Ca(OH)?,造成電爐透氣性不好。CaC? 受潮分解出的C?H? 排出時易爆，不安全，使勞動條件變壞。

3.3  分層加料法

綜合比較混合法及二步法的優缺點，依據硅鈣合金生產的原理，原北京鐵合金廠在生產實踐中逐漸探索并創造了一種嶄新的硅鈣合金生產工藝，即分層加料法(分層法)。

分層法的基本原理是在同一礦熱爐內改變加料工藝，使二步法的冶煉工藝在一臺電爐中實現。從工藝操作方面減少CaO和SiO? 接觸生成低熔點硅酸鈣渣，因而可不用加過量碳操作，以減少SiC的形成，減少渣中碳化物沉積爐底的現象，延長電爐的冶煉周期。其措施是在同一爐內先加石灰和碳質還原劑以生成CaC?, 然后在熱狀態下向爐內加入SiO? (硅石)破壞CaC?,簡要的說即是先在爐內冶煉低發氣量的電石，液態電石不出爐，繼而向液態電石中加入硅石，使之生成硅鈣合金。這種新工藝大大提高了電能的利用率，降低了成品的單位電耗。

原北京鐵合金廠從1964年開始在0.4MVA電爐上用分層法新工藝煉制硅鈣合金，收到提高元素 回收率和降低電耗的良好效果。四十年來該廠一直沿用分層法生產。1982年3月又在1MVA電爐應用這一新工藝，同樣取得了良好效果?，F將該廠和國內某廠硅鈣合金生產指標列于表1。

                                           表 1 混合法和分層法生產硅鈣合金指標對比                          Tab.1 Productive index comparision of silicocalcium produced by slicing process and mixing process

注：1.北京首鋼鐵合金廠Ca、Si回收率高，除工藝方面不同外，還采取了將爐渣殘留物回收入爐的措施。

2. 分層法生產的高牌號硅鈣合金比例大，電爐容量小，單位電耗偏高。

 

分層法操作工藝特點是每爐冶煉分為3個階段：第一階段為出鐵后升溫和干燒爐底階段，此期間基本上不向爐內投新料，時間約為整爐冶煉時間的1/6和1/8;第二階段是形成電石(CaC?)階段，將全爐冶煉所有的石灰及按冶煉低品位電石所需的碳質還原劑一次投入電極周圍的高溫區，進行電石冶煉。

近年來國外文獻中發表過近似分層法生產硅鈣合金的報導，西德報導原蘇聯成功的在大型電爐中首先將爐中 CaO生成CaC? 之后再加石英和其余的炭生成合金。文獻[5]還介紹了一種盡可能高熔解CaC? 量的硅酸鈣渣冶煉方法，先把生成 CaC? 所需的石灰和所需炭加進去，以后再使CaC? 和 SiO? 反應生成合金，直到渣中CaC? 下降后再重新加入石灰和炭生成CaC? 。這與原北京鐵合金廠早在1964年開創的分層加料的理論依據是一致的。筆者認為對“分層加料法”這一新的冶煉硅鈣合金的工藝方法，應繼續研究改進，爭取在大型電爐上推廣應用，定會取得更大的經濟效益。

3.4  電硅熱法

原蘇聯首先進行了用電硅熱法生產硅鈣合金的工業實踐。這一方法的依據是利用75%硅鐵中的自由Si作還原劑，還原CaO生成硅鈣合金，其還原過程可按下式進行：

4CaO+6Si (微離)+Fe?Sis=2CaSi?Fe?Sis+2CaO ·SiO?

由于合金中含有一定量的鐵元素，反應易于進行，在生產中避免了造成爐底上漲的任何碳化物生成，生產效率高，可以做到無周期的生產，但由于原料中帶有一定量的鐵元素，故只能生產出低品位的硅鈣合金。

 

4  硅鈣合金生產中的主要矛盾——爐底上漲、周期停爐

 

硅鈣生產過程中爐底上漲而被迫周期性停爐， 限制了生產率的提高，使產品單位電耗大幅增加，降低了經濟效益。因此它是國內各硅鈣生產企業急待研究解決的關鍵課題。多年來國內各企業進行硅鈣合金的生產，均在小型電爐中進行，分層法的生產周期最長為10～12個月，一般為7～8個月，混合法的生產周期一般為1個月左右。

為延長硅鈣合金電爐的生產周期，控制爐底的上漲，原北京鐵合金廠曾對生產過程中的硅鈣電爐進行熱剖，對上漲的爐底、爐瘤進行觀察，并取樣分析其化學組成和巖相結構，結果如表2所示。

                                       表2  爐底、爐瘤的化學組成    %

                                   Tab.2    Chemical    composition    of    furnace    accretion    and    bottom       %

爐底爐瘤的巖相分析：

(1)主要礦物質為SiC,分布均勻致密，體積含量為60%～65%。

(2)晶體成自形晶和半自形晶。

(3)其他礦物質有 βCaO ·SiO?,顆粒較細，填充在SiC間隙中，含量約為5%～10%; CaC? 含量為1%～5%。

爐底瘤形成的原因是由于產生過程中爐內存在著反應(1)、(9)式反應的結果。當碳質還原劑較多或分布不均勻時，造成爐內反應區局部碳高，在爐溫不高時促使反應(1)、(9)進行，產生出大量 SiC(熔點2500℃)和CaC? (熔點2300℃),這些高熔點的組分存在于爐渣中。當爐溫降低時SiC、CaC? 優先于爐渣其它組分而結晶出來，又由于硅鈣合金生產中爐渣的比重大于合金的比重沉積在合金的下面與爐底直 接接觸，即SiC首先沉淀于爐底成為骨架，CaC? 作為填充物互相結合而形成高熔點的爐瘤，使爐底不斷上漲，迫使電極上抬，爐內的熔煉區不斷上移，導致爐況惡化，最后被迫停爐。

停爐后需首先將電爐冷卻(一般向爐內噴水)并將全部冷凝爐料及熔融物全部清出，然后修補爐襯、出鐵口，重新烘爐投料進行新一爐的冶煉。這一過程一般需2～3天，不但耗用大量材料，而且使爐中積蓄熱能全部散失。

為延長電爐的生產周期，采取了以下措施：

(1)采用分層法進行硅鈣合金生產，在工藝操作方面采用出爐后干燒爐底、前期提溫、燜燒等措施，促進爐膛溫度提高，使得CaC? 和SiC的分解反應順利進行。在操作得當情況下，可使冶煉周期長達10～12個月。

(2)嚴格操作，選用比電阻大的優質碳質還原劑，配用量恰當(一般為理論配碳量),混料均勻，保證冶煉過程中電極下插較深，爐況正常。

采取混合法冶煉時，爐料中配碳量為理論用碳量的1.1～1.2倍，目的是使爐渣中生成一定量的SiC和CaC以提高渣的熔點，再采用偏加部分SiO? (硅石)的辦法將渣中CaC? 破壞，以減緩爐底上漲。

(3)出鐵后不加新爐料，立即送電。使電弧與爐底上的碳化物接觸，干燒爐底，利用高溫促使破壞碳化物的反應進行，減緩爐底上漲。

(4)在爐內配加鐵料，轉煉低牌號硅鈣合金破壞以SiC為主體的爐底爐瘤。

為了摸索轉煉規律，1978年5月原北京鋼鐵學院與原北京鐵合金廠一起進行了由硅鈣合金轉煉45%硅鐵，再由45%硅鐵轉煉硅鈣合金的試驗。

試驗在容量為0.4 MVA電爐上進行。試驗結果表明，采取轉煉45%硅鐵的辦法，對降低爐底、消除 硅鈣合金周期性生產完全可能，并可節電和減輕繁重的清爐勞動。但因45%硅鐵的銷路及廢鋼料的供應存在一些問題，當時這一措施未得到推廣。

 

5   3.6   MVA 硅鈣電爐混合法工藝的節能降耗措施

 

5.1 正常冶煉加料操作流程

出爐后加返回渣和鐵屑并推平料面加大負荷燒10～15min,下放電極并搗爐、加新料成寬大錐體、撒入附加炭燜燒60～70min,之后把料面推平燒10～15 min,鉤開電極周圍料并附加硅石、加新料成寬大錐體、撒入附加炭燜燒80min、塌料后推平料面，燒20 min,將電極周圍料鉤開再附加硅石，加新料成寬大錐體、撒入附加炭燜燒40min出爐。

混合加料方法中盡管遵守最佳的操作工藝但無法避免爐瘤的上漲，而迫使周期停爐。 SiC是混合加料生產CaSi合金的必然產物，為了得到合格產品，必 須提高爐渣熔點，所以在生產過程中需要加入過量的碳，但同時會造成SiC形成過多。 SiC是可以分解的，爐瘤 (SiC) 的形成是由于SiC形成后未完全被分解掉，就沉入爐底層。因SiC的比重高于合金比重，此時爐底SiC的上部又有2CaO·SiC? 的覆蓋，而2CaO·SiC?是一種電阻較大的硅酸鈣爐渣，爐底SiC既無電弧加熱又無電阻加熱，終致爐瘤上漲。

5.2  采取破壞爐瘤的方法來控制爐齡

生產中加入FeO來破壞爐底SiC:FeO+SiC=FeSi+CO↑

生產中每隔一定的時間利用小分層方式破壞爐底，即：

將料批中石灰抽出單獨加入“坩堝”區，達到利用CaO破壞SiC的目的：CaO+SiC=CaSi+CO1

在適當的情況下，可適當轉產幾天FeSi,等爐瘤下降后再轉煉CaSi,效果較好,但中間產品較多。

5.3  對出鐵口的維護和使用

由于出鐵時吹氧和大量的硅酸鈣渣的沖刷，對出鐵口的損壞量大，造成堵眼困難甚至危及爐齡周期，需要定期維修。為了延長其使用壽命，日常中的維護非常重要。

(1)堵眼的泥球中多加碳質材料，以減輕吹氧吸聯對爐口的氧化。

(2)出爐時盡量用鋼釬捅穿，以減少使用氧氣對爐眼的氧化。

(3)盡量減少跑眼事故的發生，因為跑眼時大量的兩性氧化物渣對爐眼的破壞很大。

(4)可以用一些特殊材料制作鐵口，如：碳鎂磚、金鋼玉磚、石墨等，但造價較高，可根據自己的技術經濟指標而定。

5.4  極心圓直徑的選擇

在選擇極心圓直徑時不能只依據理論計算數據，因每臺爐子的短網設計、電損不同，其輸入爐內的有效功率無法相同，所以在選擇極心圓直徑還應根據有效相電壓的梯度來確定。如四川槽電硅鈣廠1*爐2002年4月份極心圓根據有效相電壓的調整前后對比見表3。

                                                             表3  1'爐極心圓調整前后單位電耗對比

                                                      Tab.3 Comparision between unit power consumption before and after electrode circle adjustment in furnace 1*

5.5  能量分配對技術經濟指標的影響

能量分配在生產過程中起著重要的作用。能量在上部分配過多易造成爐料熔化過快，SiC形成過多，后果是還原速度落后于熔化速度，導致渣量大，爐瘤(SiC)上漲快。如果下部(熔池)的能量分配過多，則會造成合金過熱、元素揮發嚴重、產量低、電耗高。能量分配可通過調整操作電阻的方式來改變。在選擇好了合適的工藝參數后，通過附加硅石和改變焦炭比電阻來控制電極深度。如四川世宇冶煉公司2007年10月份的試驗，見表4。

6  問題和對策

       幾十年來我國硅鈣生產中存在的問題是能耗高，每噸產品的冶煉電耗高達13000kWh以上，產品中鈣元素含量低，一般在29%以下；物料耗量高、Ca和Si的元素回收率低且污染環境嚴重?！胺謱臃ā?/span>新工藝的的出現在某些方面改善了生產的指標。但受電爐容量小的制約，未能解決我國硅鈣合金生產中的根本問題。

6.1  電爐大型化

電爐容量是制約我國硅鈣生產技術發展的重要因素，近十幾年來，在擴大電爐容量方面做了很多工作。當前3.2MVA的硅鈣電爐已在很多企業正常運行，吉鐵公司等鐵合金企業在9MVA、12.5MVA電爐試煉硅鈣合金取得一定效果，但均未投入生產。

工業發達國家的硅鈣電爐的容量均在6MVA 以上，一般為10MVA、20MVA、30MVA的大型電爐。

關于硅鈣電爐的容量問題，法國 PECHINEY公司專家認為不能小于6MVA,并直言，中國利用2.7MVA(當時上海鐵合金廠生產硅鈣的電爐)不可能取原聯邦德國專家認為生產硅鈣選用12MVA容量的電爐較好，選用15MVA以上電爐更好，其熱制度更好控制?，F在的發展趨勢是用大電爐冶煉硅鈣合金，產品質量好、能耗低。

我國硅鈣電爐的大型化，在理論認識方面基本得到解決，但對建設和生產中出現的問題和如何使大電爐正常進行的工藝尚了解甚少。

6.2  研究“分層法”應用于大型電爐設備的措施

從硅鈣合金冶煉原理看出，“分層法”工藝是理論應用于實踐的典范。將分層法的冶煉工藝應用于大型電爐的關鍵問題是冶煉坩堝的形成。分層法新開爐的一周內，爐內即可形成一個帶“過橋”的堅實 的爐內坩堝。冶煉的全部反應在坩堝內進行，使得熱 損失及鈣、硅元素的揮發損失減少，爐溫高，冶煉順利進行。能否在大電爐中裝設一組人工坩堝，代替小電爐在冶煉過程中自然形成的坩堝。人工坩堝的材質以SiC、CaC? 為主組成(自然坩堝的材料結構)。先在5MVA小型電爐試驗，成功之后擴大到更大容量電爐，這一設想曾在1.5MVA及 1 MVA小電爐進行了試驗，(人工坩堝)證明小電爐中是可行的，建議繼續深入研究。

6.3   電爐參數的選擇

硅鈣生產對電爐參數有特殊要求，不能簡單地將硅鐵電爐轉為硅鈣電爐。二次電壓要底，低電壓大電流是硅鈣冶煉用電的主要特點，低電壓有利于電極的下插。國內外硅鈣電爐二次電流與二次電壓的比值的見表5。

 

                                                         表 5  某些國家、地區硅鈣電爐二次電流、電壓比

                                                                                  Tab.5  Secondary  current  and voltage  in  silicocalcium  fumace  in some countries and areas

6.4  采用有載調壓變壓器

硅鈣合金冶煉特別需要高溫，且熱制度穩定，為此要求電極深插并穩定、少動，以及根據爐況變化選擇工作電壓。當電極被迫上抬時，可以通過變更二次電壓，使二次電流和功率保持不變，使電熱制度穩定。

6.5  電爐極心圓可調，極心圓功率要大

硅鈣電爐極心圓功率密度比硅鐵電爐要大，為延長爐體壽命，采用硅鈣、硅鐵相互轉煉的工藝技術時將極心圓進行調整，所以硅鈣電爐的電極極心圓大小必須設計為可調整型。

6.6  旋轉爐體

為有效破壞爐體積存的碳化物，防止爐底過快上漲，法國BOZEL公司20MVA電爐爐體設計為20～240h轉一圈。原蘇聯硅鈣電爐旋轉角為20~25度，70h旋轉一圈，意大利OET公司30MVA電爐24～140h旋轉一圈。

6.7  工藝問題

六十年代以前，西方國家主要采用以碳化鈣(電 石)作還原劑，還原硅石中SiO? 生產硅鈣的二步工藝。當時原蘇聯主要采用以碳作還原劑的一步法工藝。采用轉煉工藝，爐子生產周期為2~3個月，原聯邦德國9個月轉煉一次，而法國20MVA電爐的生產周期可達一年以上，以上是我國硅鈣工作者需要思考的問題。一步法生產中是將硅石、石灰、碳質還原劑等三種原料按一定的比例混合，均勻加人爐內，其化學反應為：

CaO+SiO?+C=CaSi?+CO    

上述反應的開始反應溫度為1702℃,同時加入爐內的SiO? 和 CaO,在電爐高溫區相遇后在低于上述化學反應溫度下，先生成低熔點的CaO·SiO?爐渣，使生成 CaSi? 的反應難以進行，于是被迫向爐內加入過剩的碳，使之生成一定數量的SiC和CaC?   熔于渣中，以提高爐渣的熔點，達到生產CaSi? 的反應所需溫度。但爐渣中高熔點的SiC(熔點2540℃)和CaC? (熔點2300℃)沉積于爐底，結晶出來造成爐底上漲。

 

7  結語

 

7.1 我國硅鈣合金生產中存在的主要問題是冶煉能耗高，產品中鈣元素含量低，物料耗量高。電爐的大型化是解決上述矛盾的基本措施。

7.2 應繼續深入研究“分層法”冶煉原理及其操作工藝在大型電爐中的應用。

7.3 硅鈣合金轉煉工藝應在3.2MVA硅鈣電爐中不斷研究改進，以達到延長冶煉周期和節能降耗的目的。

 

參考文獻

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[2]北京鐵合金廠等.硅鈣合金轉煉總結.鐵合金，1975(2):24-28

[3] 0 Kubaschweski 等 .Metallurgical Thermochemistry.5th Edition:20-38

[4][蘇]M.A 雷斯著，周進華于忠譯.鐵合金冶煉.冶金工 業出版社，1981:89-95

[5](西德)G. 福爾克特編.鐵合金冶金學.俞輝，顧鏡清譯.上?？茖W技術出版社.1978:485-488

行業信息

 

 

硅鐵四巨頭制定出廠統一指導價

在第七屆中國鐵合金協會第三屆硅鐵行業研討會上獲悉，西北騰達鐵合金公司、鄂爾多斯西金冶礦、青海物通、青海 華電四家硅鐵巨頭與各參會企業達成一致意見：制定統一指 導價格，75%硅鐵出廠價格6800元/噸，以穩定市場價格。

據悉，硅鐵行業是我國鋼鐵的上游產業，上述四家企業占據這一行業一半以上的產能。因鋼鐵行業減產，硅鐵行業受到影響，目前60%的企業處于停產狀態，價格與成本倒掛。

會議要求與會企業嚴格按照指導價格來執行，如果要調整出售價格需要提前與四家溝通，征得同意以后，方可調整。而且還商定讓國內大、中型的硅鐵生產企業全部停產，只銷售目前的庫存來達到穩定價格的目的。

據相關人士表示，這反映了行業巨頭努力救市的態度，但要實現上述統一行動尚有難度，因為目前該行業的疲軟，關鍵是鋼鐵市場需求減弱。

據了解，硅鐵價格迄今已暴跌一半。上述企業制定的統一 價格比市場價要高，而更嚴重的問題是，目前市場幾乎沒有需求，導致硅鐵行業企業庫存嚴重，而硅鐵只有3個月保質期。

摘自《鐵合金經濟技術信息》