Kaedah pengeluaran ferrosilicon terutamanya berdasarkan tindak balas pengurangan suhu tinggi. Proses asas 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 5-50mm untuk meningkatkan kecekapan tindak balas.
Sumber besi:
Biasanya keluli besi, pemfailan besi, atau bijih besi (seperti magnetit) digunakan.
Peranan besi: Bertindak sebagai pembawa untuk silikon, menurunkan 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:
keluli sekerap (untuk mengawal kebolehtelapan udara relau), kapur (fluks, untuk mengurangkan kelikatan sanga).
2. Peralatan Utama - tenggelam arka tenggelam (relau arka elektrik)
Jenis ketuhar:
Buka atau tenggelam tenggelam tenggelam, dengan jenis tertutup menjadi yang utama (mesra alam dan dengan tahap penggunaan tenaga haba yang tinggi).
Kuasa: Biasanya 10 - 50 MW, produktiviti relau besar - sehingga 100 000 tan/tahun.
Elektrod:
Elektrod sendiri atau elektrod grafit dengan diameter sehingga 1.5 meter, yang menghantar tenaga elektrik jauh ke dalam cas relau.
Reka bentuk relau:
Lapisan yang diperbuat daripada bahan refraktori (seperti bata karbon, bata magnesia), tahan suhu tinggi (1800-2000 darjah).
3. Proses pengeluaran
(1) dos dan memuatkan
Campurkan silika, besi, kok dan bahan mentah tambahan dalam perkadaran (contohnya, silika: Coke ≈3: 1).
Loading Layered: 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 yang dibekalkan oleh arka elektrik dan pemanasan rintangan.
Reaksi kimia asas:
SIO 2+2 C → Si +2 Co ↑ (reaksi utama) Feo+C → Fe+Co ↑ (pengurangan sumber besi).
Reaksi buruk: Sebilangan kecil produk perantaraan seperti sic dan fesi₂ terbentuk. Suhu ketuhar mesti dikawal untuk mengelakkan karbonasi yang berlebihan.
(3) lebur dan penyahmampatan
Silikon dan besi yang dikurangkan membentuk aloi cair (ketumpatan kira -kira 5.2 g/cm³), yang tenggelam ke bahagian bawah relau.
Slag (terutamanya terdiri daripada Cao - sio₂ - al₂o₃) terapung ke bahagian atas dan dilepaskan secara teratur.
(4) mencurahkan dan menghantar
Molten Ferrosilicon memasuki ladle melalui lubang outlet.
Ia dibuang ke dalam jongkong atau granulasi (pelindapkejutan di dalam air digunakan untuk mendapatkan ferrosilicon granulated).
(5) Penapisan (pilihan)
Oksigen/argon pembersihan: Mengurangkan kandungan kekotoran seperti aluminium dan kalsium, yang membolehkan pengeluaran ferrosilicon aluminium rendah (contohnya, gred khas untuk pengurangan logam magnesium).
Menambah 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 terletak di kawasan yang mempunyai banyak kuasa hidroelektrik (contohnya Yunnan, China, dan Norway).
Teknologi penjimatan tenaga:
Pemulihan haba sisa (menggunakan gas ekzos untuk memanaskan bahan mentah).
Tungku elektrik jenis tertutup mengurangkan kehilangan haba.
5. Langkah -langkah alam sekitar
Pembersihan gas ekzos:
Tungku elektrik yang dilampirkan 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 ferrosilicon granular perlu dirawat untuk mencegah pencemaran serbuk silikon.
Pelupusan sisa pepejal:
Slag boleh digunakan untuk pembinaan jalan atau sebagai aditif dalam simen.
6. Proses pengeluaran khas
(1) kaedah langsung (kaedah satu langkah)
Pengurangan serentak silika dan besi, sesuai untuk rendah - dan gred sederhana silikon (mis. Fesi45).
Kelebihan: Proses mudah, kos rendah; Kelemahan: Kawalan kekotoran yang lemah.
(2) kaedah tidak langsung (kaedah dua langkah)
Pertama, silikon industri dihasilkan (SI lebih besar daripada atau sama dengan 98%), maka ia dicairkan dengan besi untuk menghasilkan ferrosilicon silikon tinggi (contohnya, 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 kuasa hidro di utara - barat (Ningxia, Inner Mongolia) dan selatan - West (Yunnan).
Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, dapur kecil dan ketinggalan zaman (<25000 кВА) были выведены из эксплуатации из-за влияния политики «двойного углерода».
Norway/Rusia:
Penggunaan tenaga bersih (tenaga hidroelektrik/tenaga nuklear) untuk pengeluaran ferrosilicon tambah nilai tinggi (mis. Aluminium rendah FESI75).
8. Cabaran dan Inovasi Teknologi
Penggantian bahan mentah: Usaha untuk menggantikan Coke dengan arang batu biomas untuk mengurangkan pelepasan karbon.
Kawalan pintar:
Mengoptimumkan bahan-bahan dan suhu ketuhar menggunakan kecerdasan buatan untuk meningkatkan kecekapan tenaga (mis., Mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 5-10%).
Ujian metalurgi hidrogen:
Mempelajari kemungkinan menggunakan hidrogen untuk menggantikan ejen pengurangan karbon sebahagiannya untuk mencapai pengeluaran mesra alam (masih di peringkat penyelidikan makmal).