原材:料冶煉硅鐵的原料有硅石、碳質還原劑和鐵原料。
1.硅石要求SiO2>97%,Al2O3<1.0%,CaO<0.5%,P2O5<0.03%。硅石在加熱過程中不爆裂,軟化溫度高。冶煉入爐前要經過水洗去除附著的泥土與雜物。
2.碳質還原劑要求碳質還原劑固定碳高,灰分和揮發物低,比電阻高,孔隙度大,化學反應活性好,高溫熱穩定性好,有一定的機械強度。常用的碳質還原劑有冶金焦、氣煤焦、石油焦、煙煤、干餾煤等。用煙煤作部分還原劑,可改善冶煉操作和減少爐況波動。通過多種還原劑的綜合搭配,可以提高爐子操作電阻、輸入電功率和電效率。(見電碳熱法)
3.常用鐵原料有兩種:
(1)鋼屑。為普通碳素鋼屑,曲卷長度不超過100mm,含鐵量應>95%,不能混有合金鋼屑、有色金屬屑和生鐵屑。
(2)鐵礦石。冶煉75%Si硅鐵用鐵礦石含Fe≥60%、CaO≤1.0%、SiO2≤10%、P≤0.1%、S≤0.01%,最好用鐵精礦球團礦,也可用軋鋼氧化鐵皮;冶煉Si≤50%的硅鐵也可以用硅酸鐵礦。
冶煉反應:冶煉硅鐵時,二氧化硅被碳還原首先生成中間產物一氧化硅和碳化硅:
SiO2+C=SiO+CO↑SiO2+3C=SiC+2CO↑
一氧化硅在高溫下呈氣體狀態。在料層中慢慢上升,與爐料中的碳相互作用生成硅或碳化硅:
SiO+C=Si+CO↑SiO+2C=SiC+CO↑
一氧化硅也會發生歧化反應,生成硅和二氧化硅:
2SiO=Si+SiO2在高溫下,碳化硅與二氧化硅或一氧化硅反應生成硅:
2SiC+SiO2=3Si+2CO↑
或SiC+SiO=2Si+CO↑
生成的碳化硅,在有鐵存在時,可以在較低溫度下與鐵反應生成硅化鐵:
SiC+Fe=FeSi+C
反應產生的硅也溶解于鐵中。
爐外精煉:電工用鋼要求純度較高的硅鐵,其中有些元素如Ti、Mn等需要選用純凈的原料,使產品達到要求。而產品中的Al、Ca、C等則靠爐外精煉來解決。硅鐵爐外精煉方法有熔渣精煉法、氧氣精煉法和氯氣揮發法3類。
1.熔渣精煉法:在電爐內熔化石英石、石灰石和白云石得到合成渣。將出爐的硅鐵和熔渣在鋼包中混合,經爐-包反復傾倒數次后,即可得到含Al<0.01%的硅鐵。精煉1t硅鐵消耗電能2000~2500kWh。使用含45%~55%SiO2、25%~30%CaO、10%~13%CaF2、8%~10%FeO的合成渣,用量為硅鐵重的13%~17%。
2.氧氣精煉法:氧氣從鋼包底部的多孔塞柱吹入熔態硅鐵,并在硅鐵表面加渣料。
3.氯氣揮發法:往硅鐵熔體中吹入氯氣使Al、Ca生成氯化物揮發。此法因污染環境嚴重已不采用。