硅铁炉况的分析和维护.doc

1前言在硅铁生产过程中或多或少存在着炉况的波动，较大的炉况波动会造成冶炼操作困难，指标恶化对炉况的变化需准确及时地作出判断，以尽快找住引起炉况变化的原因和正确指定出处理炉况的有效措施，改善硅铁冶炼经济技术指标2 硅铁冶炼存在的基本反应硅铁电炉冶炼时从上到下可分为预热带、烧结区即坩埚壳、坩埚区和电弧区，个区域的温度和基本反应及产物大致如下：2.1 预热带(SiO歧化反应区)温度约 500~1300 C,厚度约200~400mm炉心处由于沉料快而厚，锥体边脚由于沉料慢而薄其主要反应是：2Si=SiO2+Si ①△ G0=-630113+290.56T t 开w 1895 CSiO(g)+2C(s)=SiC(S)+CO(g) ②△ G0=-5875-4.02T3SiO(g)+CO(g)=SiC(S)+ 2SiO2(s) ③△ G0=-1260227+581.13T t 开 w 1896 CSi(l)+C(s)=SiC(s) ④△ G0=-100600+34.9T t 开w 2609C主要产物是SiC、Si、SiO2、、SiO较多地被多孔的焦炭吸附并形成 SiC，不与焦炭接触的SiO发生歧化反应后所得的 Si也有部分在操作和炉料运行中与焦炭接触按④生成SiC，因此在该区对 SiC的生成更有利。

但由于①、②、③反应都是气体物 质接触固体炉料时发生，因此所得产物量是有限的2.2 烧结区即坩埚壳(SiC形成区)温度约1300-1750 C,厚度随炉况而变化( 应在400mni以上)，其主要反应是：1/2SQ2 (L) +3/2C(s)=1/2SiC(S)+CO(g) ⑤△ G0=67035-43.89T t 开=1254 C3SiO(g)+CO(s)=SiC(S)+2SiO2 ( L) ⑥△ G0=-332.75+0.1529T t 开w 1903 CFe(l)+ SiC(S)= FeSi(l)+ C(s) ⑦△ G0=9900-9.14T t 开=810 C6SiO2 ( L) +12C(s)+Fe(l)=FeSi(l)+5Si(l)+12 CO(g) ⑧△ G0=9900-9.14T t 开=810 C2SiO(g)= SiO2 ( L) + Si(l) ①SiO(g)+2C(s)= SiC(S)+CO(g) ②Si(L) + Fe(l)= FeSi(l) ⑧△ G0=-28500-0.64T主要产物是SiC、含Si低的[Si]Fen及SiO2，由于该区硅石软化呈半熔融状态， 与C接触更充分，大量生成 SiC。

此时铁屑以熔化，其破解 SiC反应加快，或按⑧反应生成一部分含 Si低的[Si]Fen，有①、③反应所得的液态 SiO2与SiC形成烧结状态影响炉料透气性2.3 坩埚区（SiC的分解区）温度约 1750-2000 C,厚度随炉况而变化，其主要 反应是：SiO(g)+SiC(S)=2 Si(L)+ CO(g) ⑨△ G0=49150-24.59T t 开=1726 C1/2SiO2 ( L) + SiC(S)=3/2Si(L)+CO(g) ⑩△ G0=97380-47.64T t 开=1771 C1/2SiO2 ( L) + C(S)=1/2Si(L)+CO(g) (11)△ G0=83700-43.2T t 开=1665 C主要产物是Si和含Si高的[Si]Fen，由于该区温度提高使 SiO2破解SiC而生成大量的 Si ，有该区上部所得的含 Si 低的 [Si]Fen 溶解该区生成的 Si 而得到含 Si 高的 [S i]Fen 由于焦炭在进入该区前参与生成 SiC 的反应大量被消耗掉，因此在坩埚区1 反应较少且受（16）反应所限制2.4 电弧区（各质气化区）温度约 2000-6000 C,其大小与电压有关，主要反 应是：3/2SiO2 ( L) + SiC(S)=1/2Si(L)+CO(g)+ 2SiO(g) (12)△ G0=211975-95.69T t 开=1942 C2SiO2 ( L) + SiC(S)= CO(g)+ 1/3SiO(g) (13)△ G0=315850-131.13T t 开=2136 CSiO(g)+SiC(S)=2 Si(L)+ CO(g) ⑨SiO2 ( L) + Si(L)=2 SiO(g) (14)△ G0=121430-52.87T t 开=2024 C以及各种物质的气化反应。

主要产物是 SiO 和 Si ，由于该区温度特别高，未放映完的 SiO2 和 SiC 继续反映生 成大量的SiO该区是气体物质的来源，它不但产生 SiO而且也气化其它物质15)2.5 其它反应2SiO(g)+ CO(g)= SiC(S)+ CO2(g)+ SiO2 ( L)△ G0=-215.643+0.1176T t 开W 1561 CSiO2( L) +C( s) = SiO(g)+ CO(g)△ G0=159600-77.94T t 开=1775 CSiO+C=Si+CO (17)△ G0=8900-8.86T t 开=731 C由于焦炭在进入坩埚区前除按⑦反应外一般都被生成 SiC 的还原反应消耗尽了(即形成所谓的炭下不到底的现象)，所以(16)反应甚少，(16)反应一般在亏炭情况下 附加焦炭直接进入干果时发生在预热区和烧结区由于其它反应较强烈所以(15)、(17) 反应都应为很次要的反应3 不正常炉况的形成和影响因素若硅铁电炉的主要反应能够顺利进行，则硅铁炉料就能以正常速度下沉，炉况 就处于正常状态若硅铁冶炼的某些因素发生变化，如原材料变化、电压波动、设备故障停炉等 的影响，会使硅铁冶炼的某一环节的主要反映异常，次要反应或副反应发展，导致 炉料下沉减慢，炉内积渣，冶炼操作困难等炉况不顺，恶化生产技术指标。

主要反 应异常的情形有如下几种：1 ) SiC的生成反应由于SiC的生成反应在很低的温度下△ G0就已成负值，而且焦炭对 SiO\CO的吸附作用很强以及 SiO2的熔化度使SiC的生成条件大大改善因此炉料中的焦炭在进 入坩埚之前就已被生成 SiC 的反应所消耗掉，当炉料亏炭时生成的 SiC 减少，使进入 坩埚区的SiC少，SiO2多当炉料多炭时生成大量的 SiC，使进入坩埚区的 SiC过多， SiO2 过少2 ) SiC的破解反应当进入坩埚区SiC过多SiO2过少时，则SiC的破解反应不完全，产生的 Si少，生 产率降低由于炉渣中含 SiC高而使炉渣变稠，几乎不能排泄，使大量的 SiC积存炉底，产生炉底上涨，坩埚缩小，电极上抬并进入而塌料频繁，坩埚间和到出铁口通 道阻塞当进入坩埚内 SiC减少，SiO2增多时，使内SiC的破解反应朝生成 SiO的反 应方向发展，使炉内 Psio 过大，且炉渣含 SiO2 升高，渣量增加当坩埚区温度降低 时，即使进入坩埚内 SiC 和 SiO2 比例正常， SiC 的破解反应也因此不能充分进行，造 成坩埚区被半成品(即 SiC和SiO2)充填而缩小，炉内反应减少，炉料下沉减慢， 烧结区扩展并使上层炉料严重板结。

当坩埚区缩小后电弧区温度升高产生较多的 SiO, PSIO增大若炉内因亏炭而积存大量的 SiO2使坩埚缩小，此时若补充焦炭由于电极上抬，坩埚区温度降低， SiC 的破解反应减弱，会有焦炭下不到底的现象若电炉热停路频繁 或电压低输入坩埚内的功率减小时，坩埚区温度降低，也有炉底亏炭的假象3 ）SiO 的捕集反应SiO 的捕集反应主要指 SiO 的歧化反应和 SiO 转化为 SiC 的反应若料层太薄，或 料面温度过高，或刺火塌料频繁，使 SiO的捕集反应减少没，造成大量 SiO损失和热量损失，使电炉生产率降低，消耗增加若炉内产生过多的 SiO，由于初期SiO在预热层大量捕集，过多的 SiO的歧化等 反应放出大量热量，使料面温度升高炉料比电阻减小，形成的 SiO2与SiC的半熔状物，造成炉料透气通道被堵塞，当此处长久得不到炉气的预热温度降低形成炉料板 结并由外向里发展，此种情况若未及时处理，则 SiO2随后在坩埚区边缘逐渐聚集使坩埚缩小，由于炉渣含 SiO2较高，炉渣粘稠不易排出造成炉内积渣并进而炉底上涨 ，坩埚继续缩小，最终会使坩埚分隔不通，炉况严重恶化过多的 SiO 从坩埚区逸出不但带走坩埚区大量的热量，而且减少了坩埚区 Si 的生成，降低了电炉生产率。

主导硅铁冶炼反应的应是 SiC 的破解反应，一般炉况变化发生在 SiC 的破解反应 受阻，次反应或副反应发展时，进而产生炉内积渣，坩埚收缩，电极上抬等一系列 炉况变化3.2 产生不正常炉况的影响因素1 ）焦炭用量的影响由于焦炭水分、固定碳含量的变化，造成焦炭配入量的不准当焦炭过多时，电极上抬，坩埚温度降低，进入坩埚的 SiC多、SiO2少，使SiC的破解反应不完全，造成坩埚内积存 SiC后坩埚缩小；当焦炭过少时，进入坩埚内 SiC少、SiO2多，使SiO2不能充分还原，渣量增加， PSIO增大2 ）电压的影响当系统电压波动时会对炉况产生影响当电压过高时，电极上抬，坩埚温度降 低，SiC的破解反应减弱，使坩埚内积存 SiC和SiO2，造成坩埚缩小；当电压过低时，输入坩埚内的功率减小，破解 SiC 的反应区域减小，生成 SiC 的区域增大，炉料运 行减慢，是 SiC 形成粗大晶粒增加了破解难度3 ）极心圆的影响极心圆直径大小不合理会对炉况产生影响极心圆过大时热量不集中，渣铁排 不净，造成电极上抬，使坩埚区温度降低， SiC 的破解反应减弱，渣量增加；极心 圆过小集中，炉心化料快并使 SiO2气化增多，硅的挥发损失增加，由于坩埚区小且电极上抬坩埚区温度降低，因此 SiC 的破解反应减少，生产率降低，电耗损升高。

4 ）硅石的影响硅石性能的变化，质量的降低会对炉况产生影响硅石杂质含量高，渣化快， 强度和抗爆性能差，粒度大小不均匀，使硅石过早熔化，炉料透气性变差，因此 S iC 生成快， SiO 捕集差由于化料速度大于还原速度，以及炉料比电阻降低，使电 极上抬，因此坩埚温度降低， SiC 的破解反应减弱，渣量增加硅石性能的变化，质量的降低会对炉况产生影响硅石杂质含量高，渣化快， 强度和抗爆性能差，粒度大小不均匀，使硅石过早熔化，炉料透气性变差，因此 S iC 生成快， SiO 捕集差由于化料速度大雨还原速度以及炉料比电阻降低，使电极 上抬，因此坩埚温度降低， SiC 的破解反应减弱，渣量增加硅石大小不均，使炉料中形成 SiC 和 SiO2 不均匀，影响 SiC 破解和 SiO2 的还原， 渣量增加并使 PSIO 增大5 ）操作的影响冶炼操作主要是围绕电极深插，炉料透气良好，扩大坩埚进行若操作中不当使电极上抬，坩埚温度降低， SiC的破解反应减弱；或炉料透气差，使 CO排出困难，炉内反应减慢，并且不利于 SiO 捕集反应6 ）热停炉的影响热停炉后坩埚区温度降低， SiC 的破解反应停止，未及时破解的 SiC 转变为致密的粗 大晶粒，使其破解难度增加，同时也会因电极的上下移动而使生料落入坩埚内，造 成渣量增加，坩埚缩小。

4 炉况的维护一般坩埚区温度高低决定坩埚大小，料面透气范围的大小是坩埚大小的表现，所以在炉况的维护时要求：①电极深插稳插②料面透气性好，火焰区宽大均匀因 为电极深插，坩埚区温度提高，使 SiC 的破解反应区增大， SiC 的破解反应加快；炉 料透气性好，以利。