Kaedah pengeluaran ferrosilicon terutamanya berdasarkan tindak balas pengurangan suhu tinggi. Proses utama adalah pengurangan silika (SIO₂) dan besi dalam relau elektrik menggunakan ejen pengurangan karbon untuk menghasilkan aloi ferrosilicon.
1. Penyediaan bahan mentah
Silika (sio₂):
Keperluan: Kandungan silika lebih besar daripada atau sama dengan 97%, kandungan kekotoran yang rendah (misalnya, Al₂o₃, CaO) untuk memastikan kesucian silikon.
Pra-rawatan: menghancurkan zarah 5-50 mm untuk meningkatkan kecekapan tindak balas.
Sumber besi:
Bidang keluli, pemfailan besi, atau bijih besi (misalnya, magnetite) biasanya digunakan.
Peranan besi: bertindak sebagai pembawa silikon, mengurangkan suhu tindak balas, dan membentuk aloi.
Ejen pengurangan karbon:
Coke (pilihan): Kandungan karbon tetap tinggi (lebih besar daripada atau sama dengan 80%), kandungan abu rendah (kurang daripada atau sama dengan 10%).
Lain -lain: Arang, Petroleum Coke (lebih mahal, untuk keperluan khas).
Bahan mentah tambahan:
Bidang keluli (untuk mengawal kebolehtelapan udara tanur), kapur (fluks, untuk mengurangkan kelikatan sanga).
2. Peralatan Utama - Tungku Arka Tergantung (relau arka elektrik)
Jenis relau:
Relau arka terbuka atau tertutup di bawah fluks, dengan jenis tertutup menjadi jenis utama (mesra alam dan dengan tahap penggunaan tenaga haba yang tinggi).
Kapasiti: biasanya 10-50 mW, kapasiti relau besar sehingga 100, 000 tan/tahun.
Elektrod:
Elektrod yang dibakar sendiri atau elektrod grafit sehingga diameter 1.5 meter yang menghantar tenaga elektrik jauh ke dalam cas relau.
Reka bentuk dapur:
Lapisan bahan refraktori (contohnya bata karbon, bata magnesia) tahan terhadap suhu tinggi (1800-2000 darjah).
3. Proses pengeluaran
(1) dos dan memuatkan
Campurkan silika, besi, kok dan bahan mentah tambahan dalam nisbah (contohnya silika: Coke ≈3: 1).
Layer-by-Layer Loading: Coke di bahagian bawah, campuran silika dan sumber besi di bahagian atas, untuk mengekalkan kebolehtelapan udara di dalam relau.
(2) tindak balas pengurangan suhu tinggi
Suhu tindak balas: 1600 ~ 2000 darjah, tenaga dibekalkan oleh arka elektrik dan pemanasan rintangan.
Tindak balas kimia utamaadalah:
SIO 2+2 C → Si +2 Co ↑ (Reaksi Asas) Feo+C → Fe+Co ↑ (pengurangan sumber besi).
Reaksi buruk: Sebilangan kecil perantaraan seperti sic dan fesi₂ terbentuk. Adalah perlu untuk mengawal suhu relau untuk mengelakkan karbonasi yang berlebihan.
(3) lebur dan penyahmampatan
Silikon dan besi yang dikurangkan membentuk cair aloi (ketumpatan kira -kira 5.2 g/cm³), yang tenggelam ke bahagian bawah relau.
Slag (terutamanya terdiri daripada Cao-sio-al₂o₃) terapung ke bahagian atas dan dilepaskan secara teratur.
(4) menuangkan dan menghantar
Molten Ferrosilicon memasuki ladle melalui lubang outlet.
Ia dicurahkan ke dalam jongkong atau granulasi (pelindapkejutan air digunakan untuk mendapatkan ferrosilicon berbutir).
(5) Penapisan (pilihan)
Oksigen/argon pembersihan: Mengurangkan kekotoran seperti aluminium dan kalsium, mengakibatkan ferrosilicon aluminium rendah (contohnya, gred khas untuk pengurangan logam magnesium).
Penambahan ejen pembentukan sanga: Pemisahan kekotoran selanjutnya.
4. Penggunaan tenaga dan keperluan kuasa
Penggunaan elektrik:
Untuk menghasilkan 1 tan ferrosilicon, 8, 000-9, 000 kWh elektrik diperlukan, iaitu 60-70% daripada jumlah kos.
Sumber Tenaga: Kebanyakan mereka terletak di kawasan dengan banyak kuasa hidroelektrik (contohnya, Yunnan, China, dan Norway).
Teknologi penjimatan tenaga:
Pemulihan haba sisa (penggunaan gas ekzos untuk memanaskan bahan mentah).
Tungku elektrik jenis tertutup mengurangkan kehilangan haba.
5. Langkah -langkah perlindungan alam sekitar
Rawatan gas ekzos:
Tungku elektrik tertutup mengumpul gas CO (yang boleh dibakar untuk menjana elektrik atau digunakan sebagai bahan bakar kimia).
Penapis beg menangkap habuk (termasuk zarah SIO₂, yang digunakan dalam pengeluaran bahan binaan).
Rawatan Air Sisa:
Air kumbahan air ferrosilicon granular perlu dikitar semula untuk mencegah pencemaran serbuk silikon.
Pelupusan sisa pepejal:
Slag boleh digunakan untuk pembinaan jalan atau sebagai bahan tambahan kepada simen.
6. Proses pengeluaran khas
(1) kaedah langsung (kaedah satu langkah)
Pengurangan serentak silika dan besi, sesuai untuk jenis rendah dan sederhana-silisik (contohnya Fesi45).
Kelebihan: Proses mudah, kos rendah; Kelemahan: Kawalan kekotoran yang lemah.
(2) kaedah tidak langsung (kaedah dua langkah)
Pertama, silikon perindustrian (SI lebih besar daripada atau sama dengan 98%) dihasilkan, maka ia dicairkan dengan besi untuk menghasilkan ferrosilicon tinggi silisik (misalnya, Fesi90).
Kelebihan: kesucian yang lebih tinggi; Kelemahan: Peningkatan penggunaan tenaga.
7. Ciri -ciri pengeluaran dunia
China:
Ia menyumbang lebih daripada 60% daripada kapasiti pengeluaran dunia, tertumpu di kawasan hidro di barat laut (Ningxia, Inner Mongolia) dan Barat Daya (Yunnan).
Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, relau kecil dan usang (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Norway/Rusia:
Penggunaan tenaga bersih (kuasa hidro/nuklear) untuk menghasilkan ferrosilicon tambah nilai tinggi (contohnya aluminium rendah Fesi75).
8. Cabaran dan Inovasi Teknologi
Penggantian bahan mentah: Percubaan untuk menggantikan Coke dengan arang batu biomas untuk mengurangkan pelepasan karbon.
Kawalan pintar:
Pengoptimuman bahan -bahan dan suhu ketuhar menggunakan kecerdasan buatan untuk meningkatkan kecekapan tenaga (misalnya 5-10% pengurangan penggunaan tenaga).
Ujian metalurgi hidrogen:
Kajian kemungkinan menggunakan hidrogen untuk penggantian separa ejen pengurangan karbon untuk mencapai keramahan pengeluaran alam sekitar (masih di peringkat penyelidikan makmal).