1、硅猛合金的冶煉關于硅鐳合金的冶煉方式和方法鄧紹鑫、鄧元華內容摘要：硅猛合金是煉鋼屮常用的復合脫氧劑，因此，世界上對于硅鐳合金的冶煉都十分的重視。木文通過對硅鐳合金的冶煉過程進行剖析闡述，客觀上總結了國內外硅鐳合金冶煉的技術手段和方法。關鍵詞：硅鐳合金復合脫氧劑冶煉硅鐳合金是煉鋼常用的復合脫氧劑，又是生產中，低碳鐳鐵和電硅熱法生產金屬鐳的還原劑。硅鐳合金可在大屮小型礦熱爐內采取連續式操作進行冶煉。目前，世界上硅鐳合金電爐正向大型化、全封閉的方向發展，南非1975年投產了一臺88000KVA的大型硅鐳合金電爐。生產硅鐳合金的原料有猛礦、富猛渣、硅石、焦炭。生產硅鐳合金可使用一種鐳礦或兒種鐳礦(包括

2、富鐳渣)的混合礦。為保證煉出合格產品，礦石屮的鐳鐵比和鐳磷比應滿足一定要求，見表1-2所示。所用的鐳礦含鐳越高，表1-2各項指標越好，圖1-1為鐳礦品位對硅鐳合金技術經濟指標的影響。鐳礦中二氧化硅含量通常不受限制。采用含二氧化硅較高的鐳礦(3040%Si02)來冶煉硅猛合金在技術上是允許的，在資源利用上是合理的。1-1鐳礦屮的雜質P205要低P205使合金屮磷含量升高。猛礦粒度一般為1080mm,小于10mm不超過總量的10%。對于硅石的要求，SiO2297%,P205<0.02,粒度1040mm,不帶泥土及雜物。對于焦炭的要求，固定碳$84%,灰分W14%,焦炭粒度，一般中小電爐使用3

3、13mm,大電爐使用525mm。對于石灰的要求與碳素猛鐵對石灰的要求相同。為了改善硅的還原，爐料中必須有足夠的SiO2使在酸性渣中進行冶煉，渣屮SiO2過高，會使排渣困難，通常冶煉硅鐳合金的爐渣成分：CaO+MgO(SiO2)二3442%,二0.60.8Mn<8%SiO2鐳的高價氧化物不穩定，受熱后容易分解和被C0還原成低價的氧化物MnO,在1373K'1473K的溫度區間，鐳的高價氧化物已經分解或還原成MnO0MnO較穩定，只能用碳直接還原，由于爐料屮SiO2較高，MnO在沒開始還原時就與它反應成硅酸鹽，富猛渣屮的硅鐳也是硅酸鹽的形式存在，因此從MnO中還原鐳的反應，實際上是液

4、態爐渣的硅酸鹽屮進行還原的。由于鐳與碳組成穩定的化合物Mn3C,用碳還原MnO得到的不是純鐳，而是猛的化合物Mn3CoMnOSi0243C=Mn3C+S102+C0爐料屮的氧化鐵比氧化猛容易還原，還原出來的鐵與鐳組成共熔體，大大改善了MnO的還原條件。溫度升高，硅也被還原出來，其反應式是：SiO2+2C二Si+2CO由于硅與鐳生成比Mn3C更穩定地化合物MnSi,當硅遇到了Mn3C時，Mn3C屮的碳被排擠出來，使合金含碳量下降，其反應式為：l/3Mn3C+Si二MnSi+l/3C被還原出來的硅越多，碳化物破壞得越徹底，合金的含碳量就越低。用碳還原爐料中的硅和猛生產硅猛合金，其總反應式：MnOS

5、iO2+3C=MnSi+3COAF=3821656.6-2435.67To由于還原出來的硅與猛結合生成MnSi,從而改善了還原條件。合金屮的含硅量越低，SiO2的開始還原溫度越低，例如，冶煉硅鐳20時，SiO2開始還原溫度為1763K,冶煉硅猛14時為1748K。生產硅鐳合金的工藝與生產碳素猛鐵基木相同但在爐況的掌握上比生產碳素鐳鐵要難些。為此在操作上更要求做到精心細致，正確的判斷爐況和及時處理。正常爐況的標志是電極插入深度合適，爐料均勻下沉，爐口冒火均勻，成分穩定和各項技術經濟指標良好。準確的配料比是保證得到正常爐況的關鍵。配料比屮的主要問題是配碳量問題。當爐料中還原劑過多時，爐料導電性增強

6、，電流上漲電極上抬，圮竭縮小，疵火塌料現象增多，爐口的外觀和煉硅鐵時的還原劑過多時有些相同，由于爐料屮有過多的還原劑，二氧化硅還原較多因而合金中硅高。若還原劑過剩量太大，電極上抬很嚴重，爐底溫度低，合金中硅含量反而下降。當爐料中還原劑不足時，電極下插深，爐口火焰低，發暗，由于還原劑不足，渣屮二氧化硅高，渣發粘，出鐵時鐵渣不分，合金屮硅低碳高。配碳量是根據公式計算出來的，但要把爐上的一些實際情況考慮進去。例如爐渣堿度大渣稀，出鐵帶走的生料多，配料量可以大些，又如舊的出鐵口爐眼大，出鐵時帶走的焦炭多，配碳量也要大一些。爐渣的堿度對硅鐳合金的冶煉也有很大的影響。堿度過高，成渣溫度大大下降，爐內溫度提

7、不高，加之50與SiO2結合成硅酸鹽，這些都使SiO2的還原困難，合金含硅量上不去。此外，堿度過高，爐渣過稀，出鐵時帶走的生料多，出鐵口也容易燒壞，爐眼也不好堵，因此堿度太高是不好的。堿度太低，渣發粘，排渣困難，排渣不徹底，容易引起翻渣，堿度太低，電阻大，爐渣的導電性大大下降，常常給不滿負荷，因而爐溫低，坦竭縮小，化料速度慢，生產率彳氐由于爐溫低和渣發粘SiO2還原發生困端合金中硅低碳嵐渣屮跑鐳多。生產屮可根據渣量和渣的流動性來判斷爐渣堿度，正常冶煉時，每爐的渣量和鐵量在一定范圍內波動。若出渣過多，出鐵較少，說明堿度高；若渣量少，流不出來，出鐵口掛渣，說明堿度低。爐渣的流動性和堿度直接相關，渣

8、稀，堿度就高、渣粘、堿度就低。二氧化硅是較難還原的氧化物，它的還原程度與還原劑的用量特別是與爐溫有關。因此，冶煉硅含量較高的硅鐳合金除適當增加還原劑的用量外，關鍵是怎樣提高爐內的溫度。我們知道，在連續冶煉法中，爐渣的熔點對爐溫有很大的影響。在冶煉硅鐳合金時，因為爐渣屮的SiO2和MnO在12400C會組成低熔點的共晶體，而從MnSiO3屮還原得到含硅20%的開始還原溫度為14900C,因此冶煉高硅硅猛合金的主要困難也是爐溫問題。鐳礦的品位和塊度對爐溫是有影響的。猛礦含鐳越高，渣量就少，爐溫容易上去。猛礦塊度大，透氣性好，整個爐口冒火，料層均勻下沉。原料預熱好，落入下部反應區時帶入較多的熱量，同

9、時塊度大，熔化很慢，成渣溫度也高，這都有助于爐溫的提高。提高合金的含硅量，還要有一個合適的爐渣成分。生產實踐指出，當堿度(CaO/Si02)在0.50.7之間，合金含硅量高。此外，爐渣中含有少量的(57%)MgO能大大改善爐渣的流動性，又利于爐溫的提高，這都能促進SiO2的還原。電極工作端的長度對爐溫是有直接影響的。900012500KVA的電爐冶煉硅鐳合金時電極的正常埋入深度為1.21.4米，工作電壓為130、145V；3000、6000KVA的電爐冶煉硅鐳合金時電極的正常埋入深度為600800mm。此外，如出鐵口處爐壁變薄，出鐵口爐眼太大造成出鐵時淌生料嚴重，也都影響爐溫的提高，從而影響合

10、金中硅含量的提高。鐳的回收率是生產硅猛合金的一項重要指標提高鐳的回收率就是要減少進入爐渣和隨同爐氣逸出的猛。爐渣屮鐳量與爐渣堿度有關。生產統計屮有如下關系，見表1-3。堿度越高，渣屮含鐳量越低，但不應由此得出結論。堿度越高鐳的回收率越高。因為堿度越高，渣量就越尢雖然渣中的猛的百分比下降，爐渣中總的跑鐳量不一定下降。生產經驗認為：堿度由0.2增大到0.70.8時，猛的回收率隨著堿度的增加而提高，堿度再高，鐳的回收率反而下降。為了減少隨爐氣逸出的猛，就要避免高溫區過于集屮，減少猛的揮發。因此，二次電壓不能過高，電極插得深，料柱厚，爐氣外逸時有比較長的行程，以便爐料吸收部分揮發的鐳，可以減少鐳的汽化

11、損失。封閉電爐煉硅猛合金時，判斷爐況除根據原料情況(粒度、成分)電極位置、爐渣堿度、合金成分、渣量(同敞口爐)夕卜，還要考慮爐氣成分，爐膛各部分溫度變化等情況對冶煉過程進行全面分析，綜合判斷，女口:(1) 爐膛出口壓力波動，爐蓋溫度局部升高說明爐膛內局部翻渣或刺火。(2) 爐氣出口壓力增大，爐蓋溫度未升高，二次電流下降，說明爐內有塌料現象。(3)爐氣出口壓力增大,爐蓋溫度升高，電極波動，出爐壓力顯著下降，是爐膛內翻渣的象征。(4)爐氣分析中氫含量急劇上升，在原料濕度不變情況下，說明爐內設備有嚴重漏水現象，應立即停電處理。如氧氣含量增加，說明密封不好，應搞好密封。近年來，俄羅斯有的工廠利用堿性鋁

12、代硅酸鹽冶煉硅鐳合金，使合金產星提高，單位電耗降低，鐳和硅收得率提高。如當用偉晶花崗巖代替石灰石及一部分硅石時。按末渣屮(Na20+K20)為57%計算,硅收得率從43.8%提高到48.4%,鐳收得率則從73.1%提高到79.3%o爐渣中合金珠的數量將減少5/6'6/7。表1-4為利用偉晶花崗巖熔煉硅猛合金的技術經濟指標。偉晶花崗巖，堿性花崗巖這類材料均是電爐鐵合金工業的新型溶劑。普通工業爐渣的粘度在1773K時為0.51.OPas,而在1723K時為0.82.OPas。當爐渣含7.4%(Na20+K20)時，其粘度應降低25%,而當爐渣含15.3%(Na20+K20)時，其粘度兒乎降

13、低50%,達0.4Pas。俄羅斯有的鐵合金廠，使用次石墨作還原劑冶煉硅鐳合金及硅鐵，電氣制度穩定，鐵合金爐熔池的有效電阻增大。事實表明，在鐵合金中應用次石墨作還原劑是很必要的。近來，對液體硅鐳合金進行爐外脫磷進行了研究，實踐證明，爐外脫磷可得到含P<0.1%的產品，適用于冶煉特殊用途的鋼和用作生產低碳的低碳猛鐵的原料，并且不需要特殊的低磷鐳礦或者把礦石先冶煉成低磷高鐳渣。將含硅20%以上的硅猛合金用堿性溶劑處理，即可達到上述效果。使用的堿性溶劑如CaOCaF2系，CaO冰晶石系，Na20CaO系，K20CaO系等，把它們混合而成多成分系。這種溶劑對含硅低得猛鐵則不起作用，但當含硅量在20

14、%以上時，將引起急劇的去磷作用，其脫磷率為90%左右，下面列出一些處理結果，見表1-5處理溫度只要達到被處理合金的熔點以上時，便可以達到預期效果，故出爐的硅鐳合金即可立即加入溶劑處理。硅鐳合金的爐料計算：1.原料化學成分按品種要求混合鐳礦Mn/Fe>4.5,P/Mn<0.0025原材料化學成分見表1-6。注：焦炭含水量約10%表1-62.計算依據（1）元素分配見表1-7（2）硅鐳合金化學成分：Mn70%,Si20%,Cl%,Fe8%,P0.18%。（3）出鐵口排碳及爐口燃燒損失10%。（4）以lOOKg混合鐳礦為計算基礎，求需焦炭、硅石量，并計算出爐渣堿度。3.計算（1）合金重量合

15、金量:100X30%X78%二33.4Kg70%100X30%X78%70%X20%=6.7Kg合金屮硅量：合金屮磷含量：100X0.061%X85%33.4X100%二0.155%(2) 焦炭用量見表1-8考慮出鐵口排碳，爐口燒損折合成含水10%焦炭：13.5844-0.824-0.94-0.9=20.4Kg(3) 硅石用量(6.7/0.4X60/28-23.9)4-0.97=12.4Kg(4)爐渣堿度爐渣量：(12.4X0.97+23.9+20.4X0.15X0.45)X0.5/0.4二18.67/0.4=46.7KgMnSi合金爐渣中SiO23842%,取40%計算爐渣量爐渣堿度(R二CaO+MgO/Si02)=9+1.1+20.4X0.15X