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硅铁的原料及其要求

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一、硅铁的原料

冶炼硅铁的主要原料是硅石、焦炭和钢屑。

二、含硅原料及其要求

一般只采用用SiO₂含量很高的石英和石英岩,通称为硅石,用于硅铁的硅石必须符合下列各项要求:

1)硅石中SiO₂含量要求大于97%。二氧化硅是一种相当稳定的氧化物,还原时需要相当高的反应温度。如果硅石中SiO₂含量较低,在同其他氧化物(如Al₂O3、CaO)结合成稳定化合物时,将需要更高的反应温度,这会增加电能和还原剂的消耗,降低元素回收率。除SiO₂以外,硅石中还含有少量的Al₂O3、CaO等化合物,它们全都是成渣物质,炉内渣量越多,炉况就越差。例如使用含SiO₂95%的硅石时,生产率低,电能消耗比使用含SiO₂98%的硅石高11%。因此,要求用于冶炼硅铁的硅石中,SiO₂含量必须大于97%。我国硅石蕴藏量丰富、质量好。

其主要产地和化学成分如下表所示:

2)硅石中有害杂质量要低。硅石中主要的杂质有Al₂O3、MgO、CaO、P₂O5 和Fe₂O3。除Fe₂O3外、其余氧化物均是有害杂质。对硅石中Fe₂O3的含量,除冶炼工业硅外,对Fe₂O3没有什么限制。

硫和磷是降低钢质量的有害元素,磷还是加剧硅铁粉化倾向的一个有害成分。一般硅石含硫很低,而且硫很容易形成挥发性强的SiS和SiS₂挥发跑掉,因而硅石硫含量都不予要求,而对硅石中磷含量要求要低。硅石中磷在冶炼过程中约有80%被还原进入合金,为此,必须严格控制硅石中的磷含量,要求硅石中P₂O5 的含量必须小于0.03%。

在硅铁冶炼过程中,CaO、MgO、Al₂O3都是成渣氧化物,且、钙的还原还会污染合金。在这几种氧化物中,以Al₂O3的影响为最大。一般来说,除了硅石本身含有Al₂O3外,硅石表面黏附有泥土也是使硅石Al₂O3含量升高的一个重要原因,因而用于配料的硅石最好经过水浇。为保证产品质量和使炉况顺行,硅石中Al₂O3含量必须小于1%,CaO和MgO含量之和也应小于1%。

3)硅石要有良好的抗爆性。硅石在升温过程中,因晶型转变及失水,可能出现碎裂。使用在炉内碎裂严重的硅石冶炼硅铁,将严重恶化料面的透气性,因此,对硅石和石英岩来说,除对其他化学成分有严格要求外,矿石的高温强度即抗爆性也是矿石的一个质量指标。

在小型电炉中,由于炉口温度较低,矿石的爆裂问题并不那么突出,因而小型电炉选用硅石时,硅石的化学成分仍起决定作用。但在大型电炉中,虽然化学成分合格,但高温强度差的硅石是不能用于冶炼硅铁的。各种硅石的高温强度主要取决于硅石的成因及结构,在实际生产中,硅石的高温强度可粗略地根据硅石在料面爆裂的情况和硅石的吸水性估计(吸水率小于5%)。含碳大于0.5%的硅石也不适用于冶炼硅铁,因为加热时体积膨胀,致使炉料透气性恶化。因此应选择含碳低的硅石。

4)硅石入炉时要有一定的粒度。用于配料的硅石其入炉粒度对冶炼影响很大,粒度过小的硅石,不仅含有较多的杂质,而且会严重影响料面的透气性。粒度过大的硅石,易造成炉料分层。延缓炉料的熔化和还原反应速率,因此要求硅石人炉时要有一定的粒度。

通常,大电炉合适的硅石人炉粒度范围为40~120mm,小电炉则为25~80mm。必须指出,合适的硅石粒度应根据电炉容量、工作电压、硅石和所用还原剂的性质以及操作水平,通过生产实践来确定。

(2)碳质还原剂及其要求:铁合金生产中,用得最多最广。价格最便宜的还原剂是碳质还原剂。例如,冶炼硅铁、工业硅、硅钙、高碳锰铁等许多铁合金时,都使用碳质还原剂。碳质还原剂的物理化学性质及粒度大小、对铁金硅金质量和熔炼指标影响很大。

生产铁合金用的碳质还原剂主要有冶金焦、石油焦、沥青焦、烟煤和木炭(或木块)。其中冶金焦用的最多,后四种主要用于生产工业硅,烟煤和木炭常与冶金焦搭配用于生产硅钙合金。此外,也研究或试用过气煤焦、半焦、硅石焦和褐煤焦等碳质还原剂。一般将干馏温度大于 900℃所得到的焦炭称为高温焦,干馏温度低于700℃所得到的焦炭称为低温焦或半焦。高温与低温焦相比,低温焦化学活泼性好,比电阻较大。木炭是木材在350~450℃干馏时,木质完全分解的产物,所以在生产中最好使用低温和干馏时间较短的焦炭。


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