硅鈣合金生產(chǎn)工藝的研究

硅鈣合金生產(chǎn)工藝的研究

硅鈣鋁合金加工工藝硅鈣合金是一種理想的過濾劑和硫酸鹽，用于研究改進(jìn)的鋼。這是一種含有鋁的連合體中毒，尤其是含有鋁的連通體中毒。煉鋼過程中向鋼中加入硅鈣合金后可以改變鋼中殘留夾雜物的性態(tài),降低鋼中夾雜物的含量,提高鋼材的力學(xué)性能,它是高純凈鋼生產(chǎn)用的凈化劑。近廿年來,硅鈣合金向鋼液中的加入方法和工藝有很大改進(jìn),塊狀合金投入鋼水包中,粉劑噴入(噴射冶金)到鋼包中的工藝,目前已改進(jìn)為以硅鈣粉劑包芯線形式通過喂線機(jī)喂入鋼包或LF精煉爐中。喂線工藝的采用,大大提高了鈣元素在鋼液中的利用率。硅鈣合金冶煉工藝是法國BOZEL公司于廿世紀(jì)初開發(fā)成功的。分為二步法、混合加料法、分層加料法(分層法),和電硅熱法四種。分層加料法冶煉工藝是原北京鐵合金廠于一九六四年研究成功的,新工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是能耗低,爐役周期長,產(chǎn)品質(zhì)量高。到目前止,分層法新工藝生產(chǎn)硅鈣合金的產(chǎn)量仍占全國總產(chǎn)量的百分之五十以上,其操作難度大,到目前為止只能在變壓器容量等于或小于1.5MVA電爐上進(jìn)行。國內(nèi)1.5MVA以上容量的電爐,均采用混合法生產(chǎn)工藝,其變壓器容量一般在3.6MVA以下。與工業(yè)先進(jìn)的國家相比較,我國硅鈣生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、環(huán)保、電爐容量指標(biāo)等均存在很大差距,尤其是電爐容量,國內(nèi)尚無6MVA以上硅鈣電爐的投產(chǎn),電爐容量小是制約我國硅鈣產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。國外10MVA及以上大型硅鈣電爐的冶煉電耗維持在10000kWh/t的水平,爐體壽命1年以上。目前陜西盛華冶化公司正在新建30MVA的大型硅鈣電爐,其建成投產(chǎn),將是我國容量最大的硅鈣電爐。1反應(yīng)式的生產(chǎn)硅鈣合金是由兩個(gè)強(qiáng)脫氧元素硅、鈣和鐵組成的。其生產(chǎn)用的原料為較純的CaO、SiO2礦物和碳質(zhì)還原劑,也可以采用以硅鐵中硅元素作為還原劑的電硅熱法生產(chǎn)低牌號的硅鈣合金。由于CaO和SiO2這兩種化合物十分穩(wěn)定,加上硅鈣合金熔煉爐內(nèi)存在生成硅和鈣的碳化物的趨向,這些高熔點(diǎn)的碳化物沉積于爐底,會導(dǎo)致爐底不斷上漲而被迫停爐,進(jìn)行周期性生產(chǎn),故硅鈣合金的冶煉要比硅鐵冶煉困難和復(fù)雜得多。以碳作還原劑冶煉硅鈣時(shí),發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)一般認(rèn)為有24個(gè),其中有研究意義的約16個(gè),計(jì)算反應(yīng)時(shí)以產(chǎn)生1mol的CO反應(yīng)的自由能作比較,現(xiàn)按各反應(yīng)式的理論開始反應(yīng)溫度(時(shí)的溫度)由低向高順序排列如下:為便于討論,將上述16個(gè)反應(yīng)式作自由能變化與溫度關(guān)系圖(生成物為1molCO氣體時(shí),如圖1所示)進(jìn)行分析討論。從圖1看出,硅鈣爐內(nèi)還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化隨溫度的升高的負(fù)值增大。的負(fù)值越大,說明該化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的越強(qiáng)烈,并以較快的反應(yīng)速度向右進(jìn)行,依此,對硅鈣合金爐內(nèi)的主要反應(yīng),可能進(jìn)行的情況加以分析討論。從圖1中看出,冶煉過程中,在爐溫較低的條件下,首先產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)式(1),這一反應(yīng)在多碳、爐溫較低的條件下進(jìn)行。說明在采用混合法生產(chǎn)硅鈣的過程中,爐內(nèi)SiC的生成不可避免。而從圖1或反應(yīng)(12)、(14)看出:SiC的分解還原反應(yīng)需要在1875℃或2115℃以上的高溫下才能進(jìn)行,說明SiC形成后再用CaO和SiO2進(jìn)行分解、破壞不容易。SiC的熔點(diǎn)是2540℃,在熔渣中常優(yōu)先于其他組元結(jié)晶出來,大部分SiC將積存于爐底。從工藝操作中應(yīng)設(shè)法減少爐中SiC的生成,使?fàn)t料能迅速地進(jìn)入高溫區(qū)域,保持高爐溫,控制反應(yīng)式(1)的進(jìn)行。從圖1和反應(yīng)式(2)、(7)看出,用CaC2來還原SiO2生成CaSi及CaSi2的反應(yīng)隨溫度的升高自由能變化負(fù)值增大的速率較快,說明爐內(nèi)(2)、(7)反應(yīng)較易進(jìn)行,先用CaO使?fàn)t內(nèi)生成CaC2或用外加CaC2作還原劑生產(chǎn)硅鈣合金可行。從圖1和反應(yīng)式(3)看出,爐內(nèi)的SiO2部分還原成SiO,自由能負(fù)值增加快,SiO生成反應(yīng)易于進(jìn)行。但生產(chǎn)的SiO易于揮發(fā)損失,故在生產(chǎn)中需要保持一定厚度的料層,以吸收氣態(tài)的SiO,使之轉(zhuǎn)變?yōu)镾i或SiC,提高Si元素的回收率。從反應(yīng)式(4)和圖1看出,在鐵存在時(shí),用碳還原CaO和SiO2的反應(yīng),能夠在較低的溫度下開始,直線(4)的斜率最大,化學(xué)反應(yīng)將以較快的速度向右進(jìn)行,說明有鐵存在時(shí)有利于硅鈣合金的產(chǎn)生。它是生產(chǎn)硅鈣合金及低品位硅鈣合金的理論依據(jù)。反應(yīng)(5)表明,在有碳存在時(shí)SiO2及CaC2生成CaSi2的反應(yīng),其自由能變化的斜率比反應(yīng)(2)及其他生成CaSi2和CaSi合金的自由能變化線的斜率都大,即其的負(fù)值隨溫度增長的速率快。在一定條件下,這一反應(yīng)在硅鈣合金的生產(chǎn)中將起到主要作用。反應(yīng)(6)是SiO2單獨(dú)被碳還原生成Si的反應(yīng)。它在較高的溫度下進(jìn)行。反應(yīng)(8)和(10)表明,當(dāng)CaO和SiO2用碳還原冶煉硅鈣合金時(shí)將生成SiC和蒸汽狀態(tài)的Ca元素,它們的理論開始反應(yīng)溫度,比生成CaSi2所需的溫度稍低,這一理論適用于不利用CaC2參與反應(yīng)而生產(chǎn)硅鈣合金的工藝。當(dāng)爐料中存有過量碳時(shí),反應(yīng)(8)很容易進(jìn)行,其后果是鈣蒸汽的大量揮發(fā)損失。當(dāng)溫度高于1702℃時(shí),硅鈣合金生產(chǎn)中不借助于中間產(chǎn)物CaC2,而用CaO和SiO2直接被碳還原生產(chǎn)CaSi合金是可能的。這是采用混合加料法生產(chǎn)硅鈣合金的基本物化反應(yīng)和理論依據(jù),這一化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的溫度,比借助于CaC2作中間物的分層加料法所需溫度要高一些。反應(yīng)(11)、(12)、(13)、(14)均為爐內(nèi)SiC被破壞的反應(yīng),這些反應(yīng)均需在超過1850℃或2200℃以上的高溫下才能進(jìn)行,說明SiC的分解破壞較難進(jìn)行。反應(yīng)(15)說明CaO用碳直接還原生成硅鈣極困難。反應(yīng)(16)表明CaC2用CaO來破壞更不易進(jìn)行。2各熔點(diǎn)的影響新硅鈣合金相圖溫度和組成關(guān)系見圖2。從相圖中可知,Si和Ca可形成3種硅鈣化合物,即Ca2Si、CaSi和CaSi2,它們的熔點(diǎn)分別為1314℃、1224℃和1040℃(分解溫度)。從物化反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)分析,以CaSi2的反應(yīng)自由能的負(fù)值最大、穩(wěn)定性最高,由此可知,其鈣蒸汽壓力低,生產(chǎn)過程中蒸發(fā)損失小,若以硅鈣的物性看,其熔點(diǎn)低,對產(chǎn)物的分離有利,從生產(chǎn)硅鈣合金的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(Ca28%～31%,Si55%～65%)成分分析看,其熔點(diǎn)約為1030℃,對產(chǎn)品的流動性有利。3比較硅鈣合金生產(chǎn)工藝及其工藝特點(diǎn)硅鈣合金的工業(yè)性生產(chǎn),目前國內(nèi)外采用4種工藝方法:混合法(一步法)、二步法、分層法和電硅熱法。3.1提高爐渣熔點(diǎn)的方法又稱“一步法”,是將稱量好且混合均勻的干燥石灰、硅石、碳質(zhì)還原劑裝入埋弧電爐中,采用搗爐、透氣、燜燒等工藝操作,生產(chǎn)出含Si55%～60%和Ca28%～31%的硅鈣合金。此方法的主要化學(xué)反應(yīng)為(10)式,其乘以5得出下式:從化學(xué)熱力學(xué)角度可明顯看出上述反應(yīng)一定存在,但反應(yīng)需在高溫下進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)中情況較復(fù)雜,由于加入爐內(nèi)的CaO和SiO2是混合料,易于發(fā)生以下成渣反應(yīng):形成大量低熔點(diǎn)爐渣,這種硅酸鹽只有在超過2300℃的高溫時(shí)才能分解還原,成渣反應(yīng)降低了(10)式中的CaO和SiO2的活度,同時(shí)由于低熔點(diǎn)渣的形成,降低了反應(yīng)區(qū)的溫度,使得生成CaSi2的反應(yīng)(10)更難以進(jìn)行。為提高爐溫,要采取提高爐渣熔點(diǎn)的方法,即往爐料中配入過量碳,促使反應(yīng)(1)、(9)進(jìn)行。由于SiC、CaC2的生成并沉積于爐底,從而造成爐底升高即爐底上漲,為此需利用反應(yīng)(2)和(12)即:來破壞爐內(nèi)所生成的碳化物,以控制爐底的上漲,并生成所需的硅鈣合金。這需要采取定期往爐內(nèi)單獨(dú)加入部分硅石的措施來完成。以上是混合法所依據(jù)的原理和工藝方法,其特點(diǎn)是:(1)工藝操作簡便,爐況易于掌握。(2)由于硅酸鈣成渣反應(yīng)的進(jìn)行,渣量加大、Ca和Si元素回收率低。(3)過量碳的加入使得爐料的比電阻變小,電極不易下插,爐口料層疏松,爐子熱損失大,爐口塌料跑火現(xiàn)象較多。(4)由于SiC比CaC2易于生成,且難于被破壞分解,使得爐渣中含有較多的SiC。此種爐渣密度較合金密度大,位于合金下部,且渣中SiC的熔點(diǎn)很高,先于渣中其它組分結(jié)晶出來,沉積于爐底,生成以SiC骨架的爐瘤,致使?fàn)t底不斷上漲,縮短生產(chǎn)周期。混合法的爐子周期,國外一般為3個(gè)月,旋轉(zhuǎn)爐體的周期可達(dá)6個(gè)月以上,國內(nèi)采用混合法工藝生產(chǎn)時(shí)爐役周期一般為20～30天。3.2si2s+2cg二步法的工藝過程是先將含CaO≥80%的高質(zhì)量石灰和碳質(zhì)還原劑,按反應(yīng)式(9)進(jìn)行生產(chǎn)電石的配料,先在一臺電爐中煉制CaC2,然后將生產(chǎn)出的CaC2冷卻破碎,再配入相應(yīng)數(shù)量的硅石及碳質(zhì)還原劑,在另一臺電爐中生產(chǎn)硅鈣合金,其主要化學(xué)反應(yīng)為(5)式,即:CaC2(s)+2SiO2(s)+2C(g)=CaSi2(1)+4CO(g)。這種工藝從加料操作上避免了CaO和SiO2的接觸,解決了成渣溫度低、爐溫難以提高的問題。此法不需加入過量的碳質(zhì)還原劑,基本上避免了爐內(nèi)碳化物的積存及爐底上漲,可使?fàn)t子連續(xù)生產(chǎn),沒有周期性停爐。但這種工藝存在以下缺點(diǎn):(1)需用兩臺電爐及相關(guān)設(shè)備(一臺爐生產(chǎn)電石,一臺爐生產(chǎn)硅鈣合金)。(2)綜合電耗高,熱能利用不合理。作為第二臺電爐的原料一電石需進(jìn)行冷卻加工、重新熔化升溫,耗費(fèi)大量的熱能。而且電石破碎加工過程中易吸水粉化,機(jī)械破碎損失也大。(3)對原料中的水分要求嚴(yán)格。由于電石易吸水分解生成乙炔氣體(CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑)所以配入的碳質(zhì)還原劑需進(jìn)行烘烤、干燥后入爐。另外,原料利用率低,還會帶入大量分解后生成的Ca(OH)2,造成電爐透氣性不好。CaC2受潮分解出的C2H2排出時(shí)易爆,不安全,使勞動條件變壞。3.3分層法工藝技術(shù)綜合比較混合法及二步法的優(yōu)缺點(diǎn),依據(jù)硅鈣合金生產(chǎn)的原理,原北京鐵合金廠在生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸探索并創(chuàng)造了一種嶄新的硅鈣合金生產(chǎn)工藝,即分層加料法(分層法)。分層法的基本原理是在同一礦熱爐內(nèi)改變加料工藝,使二步法的冶煉工藝在一臺電爐中實(shí)現(xiàn)。從工藝操作方面減少CaO和SiO2接觸生成低熔點(diǎn)硅酸鈣渣,因而可不用加過量碳操作,以減少SiC的形成,減少渣中碳化物沉積爐底的現(xiàn)象,延長電爐的冶煉周期。其措施是在同一爐內(nèi)先加石灰和碳質(zhì)還原劑以生成CaC2,然后在熱狀態(tài)下向爐內(nèi)加入SiO2(硅石)破壞CaC2,簡要的說即是先在爐內(nèi)冶煉低發(fā)氣量的電石,液態(tài)電石不出爐,繼而向液態(tài)電石中加入硅石,使之生成硅鈣合金。這種新工藝大大提高了電能的利用率,降低了成品的單位電耗。原北京鐵合金廠從1964年開始在0.4MVA電爐上用分層法新工藝煉制硅鈣合金,收到提高元素回收率和降低電耗的良好效果。四十年來該廠一直沿用分層法生產(chǎn)。1982年3月又在1MVA電爐應(yīng)用這一新工藝,同樣取得了良好效果?，F(xiàn)將該廠和國內(nèi)某廠硅鈣合金生產(chǎn)指標(biāo)列于表1。分層法操作工藝特點(diǎn)是每爐冶煉分為3個(gè)階段:第一階段為出鐵后升溫和干燒爐底階段,此期間基本上不向爐內(nèi)投新料,時(shí)間約為整爐冶煉時(shí)間的1/6和1/8;第二階段是形成電石(CaC2)階段,將全爐冶煉所有的石灰及按冶煉低品位電石所需的碳質(zhì)還原劑一次投入電極周圍的高溫區(qū),進(jìn)行電石冶煉。在此階段中應(yīng)盡力避免硅石進(jìn)入爐內(nèi)的高溫區(qū),以減少硅酸鈣渣的生成。第三階段是燜燒、提溫,生成硅鈣合金階段,此期間的主要任務(wù)是促進(jìn)反應(yīng)CaC2+2SiO2+2C=CaSiO2+4CO↑的進(jìn)行,要求爐溫高,不允許跑火、塌料,加入全爐冶煉所需的全部硅石及部分碳質(zhì)還原劑,按生成含Ca30%及Si60%的硅鈣合金進(jìn)行配料。待第二階段中所生成的CaC2(電石)在渣中被SiO2破壞生成硅鈣合金,且渣中CaC2貧化到一定程度,合金中的鈣濃度達(dá)到30%左右時(shí)即可出爐,再進(jìn)行下一爐的循環(huán)生產(chǎn)。過多的不必要的冶煉延長了出爐時(shí)間,造成電爐內(nèi)鈣元素的大量揮發(fā)損失。近年來國外文獻(xiàn)中發(fā)表過近似分層法生產(chǎn)硅鈣合金的報(bào)導(dǎo),西德報(bào)導(dǎo)原蘇聯(lián)成功的在大型電爐中首先將爐中CaO生成CaC2之后再加石英和其余的炭生成合金。文獻(xiàn)還介紹了一種盡可能高熔解CaC2量的硅酸鈣渣冶煉方法,先把生成CaC2所需的石灰和所需炭加進(jìn)去,以后再使CaC2和SiO2反應(yīng)生成合金,直到渣中CaC2下降后再重新加入石灰和炭生成CaC2。這與原北京鐵合金廠早在1964年開創(chuàng)的分層加料的理論依據(jù)是一致的。筆者認(rèn)為對“分層加料法”這一新的冶煉硅鈣合金的工藝方法,應(yīng)繼續(xù)研究改進(jìn),爭取在大型電爐上推廣應(yīng)用,定會取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。3.4自由si作還原劑原蘇聯(lián)首先進(jìn)行了用電硅熱法生產(chǎn)硅鈣合金的工業(yè)實(shí)踐。這一方法的依據(jù)是利用75%硅鐵中的自由Si作還原劑,還原CaO生成硅鈣合金,其還原過程可按下式進(jìn)行:由于合金中含有一定量的鐵元素,反應(yīng)易于進(jìn)行,在生產(chǎn)中避免了造成爐底上漲的任何碳化物生成,生產(chǎn)效率高,可以做到無周期的生產(chǎn),但由于原料中帶有一定量的鐵元素,故只能生產(chǎn)出低品位的硅鈣合金。4降低爐底,消除硅鈣過程的規(guī)律和規(guī)律硅鈣生產(chǎn)過程中爐底上漲而被迫周期性停爐,限制了生產(chǎn)率的提高,使產(chǎn)品單位電耗大幅增加,降低了經(jīng)濟(jì)效益。因此它是國內(nèi)各硅鈣生產(chǎn)企業(yè)急待研究解決的關(guān)鍵課題。多年來國內(nèi)各企業(yè)進(jìn)行硅鈣合金的生產(chǎn),均在小型電爐中進(jìn)行,分層法的生產(chǎn)周期最長為10～12個(gè)月,一般為7～8個(gè)月,混合法的生產(chǎn)周期一般為1個(gè)月左右。為延長硅鈣合金電爐的生產(chǎn)周期,控制爐底的上漲,原北京鐵合金廠曾對生產(chǎn)過程中的硅鈣電爐進(jìn)行熱剖,對上漲的爐底、爐瘤進(jìn)行觀察,并取樣分析其化學(xué)組成和巖相結(jié)構(gòu),結(jié)果如表2所示。爐底爐瘤的巖相分析:(1)主要礦物質(zhì)為SiC,分布均勻致密,體積含量為60%～65%。(2)晶體成自形晶和半自形晶。(3)其他礦物質(zhì)有βCaO·SiO2,顆粒較細(xì),填充在SiC間隙中,含量約為5%～10%;CaC2含量為1%～5%。爐底瘤形成的原因是由于產(chǎn)生過程中爐內(nèi)存在著反應(yīng)(1)、(9)式反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)碳質(zhì)還原劑較多或分布不均勻時(shí),造成爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)局部碳高,在爐溫不高時(shí)促使反應(yīng)(1)、(9)進(jìn)行,產(chǎn)生出大量SiC(熔點(diǎn)2500℃)和CaC2(熔點(diǎn)2300℃),這些高熔點(diǎn)的組分存在于爐渣中。當(dāng)爐溫降低時(shí)SiC、CaC2優(yōu)先于爐渣其它組分而結(jié)晶出來,又由于硅鈣合金生產(chǎn)中爐渣的比重大于合金的比重沉積在合金的下面與爐底直接接觸,即SiC首先沉淀于爐底成為骨架,CaC2作為填充物互相結(jié)合而形成高熔點(diǎn)的爐瘤,使?fàn)t底不斷上漲,迫使電極上抬,爐內(nèi)的熔煉區(qū)不斷上移,導(dǎo)致爐況惡化,最后被迫停爐。停爐后需首先將電爐冷卻(一般向爐內(nèi)噴水)并將全部冷凝爐料及熔融物全部清出,然后修補(bǔ)爐襯、出鐵口,重新烘爐投料進(jìn)行新一爐的冶煉。這一過程一般需2～3天,不但耗用大量材料,而且使?fàn)t中積蓄熱能全部散失。為延長電爐的生產(chǎn)周期,采取了以下措施:(1)采用分層法進(jìn)行硅鈣合金生產(chǎn),在工藝操作方面采用出爐后干燒爐底、前期提溫、燜燒等措施,促進(jìn)爐膛溫度提高,使得CaC2和SiC的分解反應(yīng)順利進(jìn)行。在操作得當(dāng)情況下,可使冶煉周期長達(dá)10～12個(gè)月。(2)嚴(yán)格操作,選用比電阻大的優(yōu)質(zhì)碳質(zhì)還原劑,配用量恰當(dāng)(一般為理論配碳量),混料均勻,保證冶煉過程中電極下插較深,爐況正常。采取混合法冶煉時(shí),爐料中配碳量為理論用碳量的1.1～1.2倍,目的是使?fàn)t渣中生成一定量的SiC和CaC以提高渣的熔點(diǎn),再采用偏加部分SiO2(硅石)的辦法將渣中CaC2破壞,以減緩爐底上漲。(3)出鐵后不加新爐料,立即送電。使電弧與爐底上的碳化物接觸,干燒爐底,利用高溫促使破壞碳化物的反應(yīng)進(jìn)行,減緩爐底上漲。(4)在爐內(nèi)配加鐵料,轉(zhuǎn)煉低牌號硅鈣合金破壞以SiC為主體的爐底爐瘤。為了摸索轉(zhuǎn)煉規(guī)律,1978年5月原北京鋼鐵學(xué)院與原北京鐵合金廠一起進(jìn)行了由硅鈣合金轉(zhuǎn)煉45%硅鐵,再由45%硅鐵轉(zhuǎn)煉硅鈣合金的試驗(yàn)。試驗(yàn)在容量為0.4MVA電爐上進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明,采取轉(zhuǎn)煉45%硅鐵的辦法,對降低爐底、消除硅鈣合金周期性生產(chǎn)完全可能,并可節(jié)電和減輕繁重的清爐勞動。但因45%硅鐵的銷路及廢鋼料的供應(yīng)存在一些問題,當(dāng)時(shí)這一措施未得到推廣。53.6vma硅鈣爐混合工藝的能耗措施5.1撒入附加炭半充液和掃碼出爐后加返回渣和鐵屑并推平料面加大負(fù)荷燒10～15min,下放電極并搗爐、加新料成寬大錐體、撒入附加炭燜燒60～70min,之后把料面推平燒10～15min,鉤開電極周圍料并附加硅石、加新料成寬大錐體、撒入附加炭燜燒80min、塌料后推平料面,燒20min,將電極周圍料鉤開再附加硅石,加新料成寬大錐體、撒入附加炭燜燒40min出爐。混合加料方法中盡管遵守最佳的操作工藝但無法避免爐瘤的上漲,而迫使周期停爐。SiC是混合加料生產(chǎn)CaSi合金的必然產(chǎn)物,為了得到合格產(chǎn)品,必須提高爐渣熔點(diǎn),所以在生產(chǎn)過程中需要加入過量的碳,但同時(shí)會造成SiC形成過多。SiC是可以分解的,爐瘤(SiC)的形成是由于SiC形成后未完全被分解掉,就沉入爐底層。因SiC的比重高于合金比重,此時(shí)爐底SiC的上部又有2CaO·SiC2的覆蓋,而2CaO·SiC2是一種電阻較大的硅酸鈣爐渣,爐底SiC既無電弧加熱又無電阻加熱,終致爐瘤上漲。5.2改變爐底,調(diào)煉casi生產(chǎn)中加入FeO來破壞爐底SiC:FeO+SiC=FeSi+CO↑生產(chǎn)中每隔一定的時(shí)間利用小分層方式破壞爐底,即:將料批中石灰抽出單獨(dú)加入“坩堝”區(qū),達(dá)到利用CaO破壞SiC的目的:CaO+SiC=CaSi+CO↑在適當(dāng)?shù)那闆r下,可適當(dāng)轉(zhuǎn)產(chǎn)幾天FeSi,等爐瘤下降后再轉(zhuǎn)煉CaSi,效果較好,但中間產(chǎn)品較多。5.3提高爐眼的使用壽命由于出鐵時(shí)吹氧和大量的硅酸鈣渣的沖刷,對出鐵口的損壞量大,造成堵眼困難甚至危及爐齡周期,需要定期維修。為了延長其使用壽命,日常中的維護(hù)非常重要。(1)堵眼的泥球中多加碳質(zhì)材料,以減輕吹氧吸聯(lián)對爐口的氧化。(2)出爐時(shí)盡量用鋼釬捅穿,以減少使用氧氣對爐眼的氧化。(3)盡量減少跑眼事故的發(fā)生,因?yàn)榕苎蹠r(shí)大量的兩性氧化物渣對爐眼的破壞很大。(4)可以用一些特殊材料制作鐵口,如:碳鎂磚、金鋼玉磚、石墨等,但造價(jià)較高,可根據(jù)自己的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)而定。5.4相電壓梯度的確定在選擇極心圓直徑時(shí)不能只依據(jù)理論計(jì)算數(shù)據(jù),因每臺爐子的短網(wǎng)設(shè)計(jì)、電損不同,其輸入爐內(nèi)的有效功率無法相同,所以在選擇極心圓直徑還應(yīng)根據(jù)有效相電壓的梯度來確定。如四川槽電硅鈣廠1#爐2002年4月份極心圓根據(jù)有效相電壓的調(diào)整前后對比見表3。5.5能量分配加工過程能量分配在生產(chǎn)過程中起著重要的作用。能量在上部分配過多易造成爐料熔化過快,SiC形成過多,后果是還原速度落后于熔化速度,導(dǎo)致渣量大,爐瘤(SiC)上漲快。如果下部(熔池)的能量分配過多,則會造成合金過熱、元素?fù)]發(fā)嚴(yán)重、產(chǎn)量低、電耗高。能量分配可通過調(diào)整操作電阻的方式來改變。在選擇好了合適的工藝參數(shù)后,通過附加硅石和改變焦炭比電阻來控制電極深度。如四川世宇冶煉公司2007年10月份的試驗(yàn),見表4。6產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)幾十年來我國硅鈣生產(chǎn)中存在的問題是能耗高,每噸產(chǎn)品的冶煉電耗高達(dá)13000kWh以上,產(chǎn)品中鈣元素含量低,一般在29%以下;物料耗量高、Ca和Si的元素回收率低且污染環(huán)境嚴(yán)重?！胺謱臃ā毙鹿に嚨牡某霈F(xiàn)在某些方面改善了生產(chǎn)的指標(biāo)。但受電爐容量小的制約,未能解決我國硅鈣合金生產(chǎn)中的根本問題。6.1硅鈣電磁線的容量電爐容量是制約我國硅鈣生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的重要因素,近十幾年來,在擴(kuò)大電爐容量方面做了很多工作。當(dāng)前3.2MVA的硅鈣電爐已在很多企業(yè)正常運(yùn)行,吉鐵公司等鐵合金企業(yè)在9MVA、12.5MVA電爐試煉硅鈣合金取得一定效果,但均未投入生產(chǎn)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的硅鈣電爐的容量均在6MVA以上,一般為10MVA、20MVA、30MVA的大型電爐。關(guān)于硅鈣電爐的容量問題,法國PECHINEY公司專家認(rèn)為不能小于6MVA,并直言,中國利用2.7MVA(當(dāng)時(shí)上海鐵合金廠生產(chǎn)硅鈣的電爐)不可能取得好的指標(biāo)。法國BOZEL電冶公司的硅鈣電耗指標(biāo)為:原聯(lián)邦德國專家認(rèn)為生產(chǎn)硅鈣選用12MVA容量的電爐較好,選用15MVA以上電爐更好,其熱制度更好控制?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢是用大電爐冶煉硅鈣合金,產(chǎn)品質(zhì)量好、能耗低。其電耗指標(biāo)為:我國硅鈣電爐的大型化,在理論認(rèn)識方面基本得到解決,但對建設(shè)和生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題和如何使大電爐正常進(jìn)行的工藝尚了解甚少。6.2人工自然從硅鈣合金冶煉原理看出,“分層法”工藝是理論應(yīng)用于實(shí)踐的典范。將分層法的冶煉工藝應(yīng)用于大型電爐的關(guān)鍵問題是冶煉坩堝的形成。分層法新開爐的一周內(nèi),爐內(nèi)即可形成一個(gè)帶“過橋”的堅(jiān)實(shí)的爐內(nèi)坩堝。冶煉的全部反應(yīng)在坩堝內(nèi)進(jìn)行,使得熱損失及鈣、硅元素的揮發(fā)損失減少,爐溫高,冶煉順利進(jìn)行。能否在大電爐中裝設(shè)一組人工坩堝,代替小電爐在冶煉過程中自然形成的坩堝。人工坩堝的材質(zhì)以SiC、CaC2為主組成(自然坩堝的材料結(jié)構(gòu))。先在5MVA小型電爐試驗(yàn),成功之后擴(kuò)大到更大容量電爐,這一設(shè)想曾在1.5MVA及1MVA小電爐進(jìn)行了試驗(yàn),(人工坩堝)證明小電爐中是可行的,建議繼續(xù)深入研究。6.3硅鈣導(dǎo)電材料的下插硅鈣生產(chǎn)對電爐參數(shù)有特殊要求,不能簡單地將硅鐵電爐轉(zhuǎn)為硅鈣電爐。二次電壓要底,低電壓大電流是硅鈣冶煉用電的主要特點(diǎn),低電壓有利于電極的下插。國內(nèi)外硅鈣電爐二次電流與二次電壓的比值的見表5。6.4確定工作電壓硅鈣合金冶