硅铁生产是将硅石、焦碳和钢屑在碳砖砌衬的还原炉内进行连续冶炼的电热过程,其基本反应原理是以碳为还原剂,通过电弧、炉料使电能转换为热能,以辐射、对流、传导方式加热和熔化炉料(1700℃左右),将硅石中的SiO 2 还原成单质硅,硅与钢屑中的铁作用生成硅铁。反应原理如下:
(1)SiO 2 +2C=Si+2CO (2) Fe+Si=FeSi
但在实际反应过程中,SiO 2 的还原过程要比上述复杂,并分阶段进行,在SiO 2 的还原过程中伴有 SiC、SiO的生成。
(1)SiO 2 +C=SiO+CO (2) SiO 2 +Si=2SiO
SiO在高温下呈气态,上升过程中与炉料中的C反应生产SiC和Si:
(1)SiO+2C=SiC+CO (2) 2SiO+2C=2Si+2CO
SiO 2 与C作用也能直接生成SiC:
(1)SiO 2 +3C=SiC+2CO
当SiC遇到铁时很容易被破坏:
(1)SiC+Fe=FeSi+C
在温度高于1827℃时,SiC也能被SiO 2 破坏:
(1)2SiC+SiO 2 =3Si+2CO
除SiO 2 的还原反应外,炉料中的CaO、P 2 O 5 、Fe 2 O 3 、Al 2 O 3 在冶炼高温下大部分还原组成合金,其余未还原氧化物进入炉渣。
熔化的金属和炉渣聚集在炉底,通过出铁口放渣,生产出不同规格的硅铁。生产工艺及排污流程见图: |