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硅鐵冶煉的基本原理和一氧化碳在冶煉反應中的作用是什么?

更新時間:2022-03-08 關注:1721


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為什么用硅石、焦炭和鋼屑在礦熱爐中經(jīng)過高溫加熱后,能冶煉出硅鐵?要想知道這個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,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。這是因為在高溫條件下,碳對氧的結(jié)合能力比硅對氧的結(jié)合力大??梢姼邷貢r有了碳,二氧化硅就不穩(wěn)定了,這時二氧化硅中的氧和碳進行反應,生成氣態(tài)的一氧化碳,通過料層從爐口逸出。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如下: SiO2+2C=Si+2CO↑ 上式是吸熱反應,從反應式中可知,為了加速反應的進行,應把電極往爐料中插的深些,以提高爐溫,擴大坩堝區(qū),同時應增加料面的透氣性,使一氧化碳氣體盡快逸出。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加速進行,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較容易進行,這是因為被還原出來的硅與鐵形成硅鐵,于是改善了還原過程的條件,所以鐵越多二氧化硅的還原反應越容易進行,生產(chǎn)也證明這點,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45004800度,每公斤硅耗電約為11度。冶煉每噸75硅鐵的電耗約為82009000度,每公斤硅耗電約為12度。冶煉每噸硅的電耗約為1200013000度,每公斤硅耗電約13度。

從化學反應上說一般認為,氧化物中的氧被其他物質(zhì)奪去的反應,叫還原反應。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程。

反應過程中,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。各反應如下: CaO+C=Ca+CO↑ P2O5+5C=2P+5CO↑ AI2O3+3C=2AI+3CO↑ 各反應中生成的一氧化碳氣體,從爐口逸出,其他生成物如鈣、鋁和磷等進入硅鐵中,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 SiO23040;AI2O34560;CaO1020﹪。此種爐渣熔點約為16001700.渣量大時,消耗電量增加,同時過粘的爐渣,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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