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硅铁冶炼的基本原理和一氧化碳在冶炼反应中的作用是什么?

更新时间:2022-03-08 关注:480


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为什么用硅石、焦炭和钢屑在矿热炉中经过高温加热后,能冶炼出硅铁?要想知道这个道理首先就要了解冶炼硅铁所用的各种原料,在各种高温条件下的变化规律。

冶炼硅铁主要原料是硅石,硅石中含二氧化硅约98.二氧化硅很稳定,硅和氧之间的亲和力很强,不易分离。生产上为了把氧从二氧化硅分离除去,采用在矿热炉内高温条件下,以焦炭中的碳夺取二氧化碳中的氧,而且温度越高,碳夺取氧的能力随之增强。这是因为在高温条件下,碳对氧的结合能力比硅对氧的结合力大。可见高温时有了碳,二氧化硅就不稳定了,这时二氧化硅中的氧和碳进行反应,生成气态的一氧化碳,通过料层从炉口逸出。二氧化硅中的氧被碳夺走后,剩下的硅与铁形成硅铁。其中有一定数量的硅与铁生成化合物,例如FeSi5,Fe2Si5,FeSia 二氧化硅与碳作用其反应如下: SiO2+2C=Si+2CO↑ 上式是吸热反应,从反应式中可知,为了加速反应的进行,应把电极往炉料中插的深些,以提高炉温,扩大坩埚区,同时应增加料面的透气性,使一氧化碳气体尽快逸出。如果取扎透气眼,捣炉等措施,均有利于二氧化碳与硅的反应加速进行,使硅铁较快地生成。

由于冶炼硅铁中的矿热炉中有钢屑、有铁,使二氧化硅的还原反应较容易进行,这是因为被还原出来的硅与铁形成硅铁,于是改善了还原过程的条件,所以铁越多二氧化硅的还原反应越容易进行,生产也证明这点,冶炼含硅越低的硅铁,则其单位电耗越低。如冶炼每吨45硅铁的电耗,约为45004800度,每公斤硅耗电约为11度。冶炼每吨75硅铁的电耗约为82009000度,每公斤硅耗电约为12度。冶炼每吨硅的电耗约为1200013000度,每公斤硅耗电约13度。

从化学反应上说一般认为,氧化物中的氧被其他物质夺去的反应,叫还原反应。夺取氧的物质,叫还原剂,如焦炭等。 依上述硅铁冶炼原理是还原过程。

反应过程中,硅石内的二氧化硅绝大部分被碳还原之外,其他杂质和焦炭带入的灰分,如氧化钙﹙CaO﹚,五氧化二磷﹙P2O5﹚和三氧化二铝﹙AI2O3﹚等也被碳还原,其中五氧化二磷绝大部分被还原。各反应如下: CaO+C=Ca+CO↑ P2O5+5C=2P+5CO↑ AI2O3+3C=2AI+3CO↑ 各反应中生成的一氧化碳气体,从炉口逸出,其他生成物如钙、铝和磷等进入硅铁中,因此,要求原料中的杂质尽量少,以保证硅铁的质量。

在冶炼过程中有少部分的二氧化硅,三氧化二铝和氧化钙等未被还原,而形成炉渣。炉渣成分约含 SiO23040;AI2O34560;CaO1020﹪。此种炉渣熔点约为16001700.渣量大时,消耗电量增加,同时过粘的炉渣,不易从炉内排除,引起炉况恶化。故要采用较好的原料,以减少渣量,降低单位电耗。

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