論文
硅鐵冶煉的基本原理和一氧化碳在冶煉反應(yīng)中的作用是什么？
更新時(shí)間：2022-03-08 關(guān)注：2594
為什么用硅石、焦炭和鋼屑在礦熱爐中經(jīng)過(guò)高溫加熱后，能冶煉出硅鐵？要想知道這個(gè)道理首先就要了解冶煉硅鐵所用的各種原料，在各種高溫條件下的變化規(guī)律。
冶煉硅鐵主要原料是硅石，硅石中含二氧化硅約98﹪.二氧化硅很穩(wěn)定，硅和氧之間的親和力很強(qiáng)，不易分離。生產(chǎn)上為了把氧從二氧化硅分離除去，采用在礦熱爐內(nèi)高溫條件下，以焦炭中的碳奪取二氧化碳中的氧，而且溫度越高，碳奪取氧的能力隨之增強(qiáng)。這是因?yàn)樵诟邷貤l件下，碳對(duì)氧的結(jié)合能力比硅對(duì)氧的結(jié)合力大?？梢?jiàn)高溫時(shí)有了碳，二氧化硅就不穩(wěn)定了，這時(shí)二氧化硅中的氧和碳進(jìn)行反應(yīng)，生成氣態(tài)的一氧化碳，通過(guò)料層從爐口逸出。二氧化硅中的氧被碳奪走后，剩下的硅與鐵形成硅鐵。其中有一定數(shù)量的硅與鐵生成化合物，例如FeSi5,Fe2Si5,FeSia 二氧化硅與碳作用其反應(yīng)如下： SiO2+2C=Si+2CO↑ 上式是吸熱反應(yīng)，從反應(yīng)式中可知，為了加速反應(yīng)的進(jìn)行，應(yīng)把電極往爐料中插的深些，以提高爐溫，擴(kuò)大坩堝區(qū)，同時(shí)應(yīng)增加料面的透氣性，使一氧化碳?xì)怏w盡快逸出。如果取扎透氣眼，搗爐等措施，均有利于二氧化碳與硅的反應(yīng)加速進(jìn)行，使硅鐵較快地生成。
由于冶煉硅鐵中的礦熱爐中有鋼屑、有鐵，使二氧化硅的還原反應(yīng)較容易進(jìn)行，這是因?yàn)楸贿€原出來(lái)的硅與鐵形成硅鐵，于是改善了還原過(guò)程的條件，所以鐵越多二氧化硅的還原反應(yīng)越容易進(jìn)行，生產(chǎn)也證明這點(diǎn)，冶煉含硅越低的硅鐵，則其單位電耗越低。如冶煉每噸45硅鐵的電耗，約為4500～4800度，每公斤硅耗電約為11度。冶煉每噸75硅鐵的電耗約為8200～9000度，每公斤硅耗電約為12度。冶煉每噸硅的電耗約為12000～13000度，每公斤硅耗電約13度。
從化學(xué)反應(yīng)上說(shuō)一般認(rèn)為，氧化物中的氧被其他物質(zhì)奪去的反應(yīng)，叫還原反應(yīng)。奪取氧的物質(zhì)，叫還原劑，如焦炭等。 依上述硅鐵冶煉原理是還原過(guò)程。
反應(yīng)過(guò)程中，硅石內(nèi)的二氧化硅絕大部分被碳還原之外，其他雜質(zhì)和焦炭帶入的灰分，如氧化鈣﹙CaO﹚，五氧化二磷﹙P2O5﹚和三氧化二鋁﹙AI2O3﹚等也被碳還原，其中五氧化二磷絕大部分被還原。各反應(yīng)如下： CaO+C=Ca+CO↑ P2O5+5C=2P+5CO↑ AI2O3+3C=2AI+3CO↑ 各反應(yīng)中生成的一氧化碳?xì)怏w，從爐口逸出，其他生成物如鈣、鋁和磷等進(jìn)入硅鐵中，因此，要求原料中的雜質(zhì)盡量少，以保證硅鐵的質(zhì)量。
在冶煉過(guò)程中有少部分的二氧化硅，三氧化二鋁和氧化鈣等未被還原，而形成爐渣。爐渣成分約含 SiO230～40﹪;AI2O345～60﹪;CaO10～20﹪。此種爐渣熔點(diǎn)約為1600～1700℃.渣量大時(shí)，消耗電量增加，同時(shí)過(guò)粘的爐渣，不易從爐內(nèi)排除，引起爐況惡化。故要采用較好的原料，以減少渣量，降低單位電耗。
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