Методите за производство на феросиликон се основават главно на реакции на редукция с висока температура. Основният процес е намаляването на силициев диоксид (SiO₂) и желязо в електрическа пещ, използвайки въглероден редуциращ агент за получаване на сплав на феросиликон.
1. Подготовка на суровини
Силициев диоксид (Sio₂):
Изисквания: Съдържание на силициев диоксид по -голямо или равно на 97%, съдържание на ниско примеси (напр. Al₂o₃, CAO), за да се осигури чистота на силиций.
Предварително обработка: Раздробяване до 5-50 mm частици за подобряване на ефективността на реакцията.
Източник на желязо:
Обикновено се използват стоманени скрап, железни варове или желязна руда (напр. Магнетит).
Ролята на желязото: действа като носител за силиций, намалява температурата на реакцията и образува сплав.
Агент за намаляване на въглерод:
Кокс (предпочитано): Високо фиксирано съдържание на въглерод (по -голямо или равно на 80%), ниско съдържание на пепел (по -малко или равно на 10%).
Други: въглен, петролен кокс (по -скъп, за специални изисквания).
Спомагателни суровини:
Стоманен скрап (за регулиране на въздушната пропускливост на пещта), вар (поток, за да се намали вискозитетът на шлаката).
2. Основно оборудване - Потопена пещ за дъга (електрическа дъга)
Тип пещ:
Отворете или затворена дъга пещ под поток, като затвореният тип е основният тип (екологичен и с високо ниво на използване на топлинна енергия).
Капацитет: Обикновено 10-50 MW, голям капацитет на пещта до 100, 000 тона/година.
Електроди:
Самостоятелни електроди или графитни електроди с диаметър до 1,5 метра, които предават електрическа енергия дълбоко в заряда на пещта.
Дизайн на печката:
Огнеупорна материална лигавица (напр. Въглеродна тухла, магнезия тухла), устойчива на високи температури (1800-2000 градус).
3. Производствен процес
(1) Дозиране и зареждане
Смесете силициев диоксид, желязо, кокс и спомагателни суровини в съотношение (например силициев диоксид: кокс3: 1).
Зареждане на слой по слой: кокс в долната част, смес от силициев диоксид и източник на желязо в горната част, за да се поддържа пропускливостта на въздуха в пещта.
(2) реакция на редукция на висока температура
Реакционна температура: 1600 ~ 2000 градуса, енергията се доставя чрез електрическа дъга и резистивно отопление.
Основните химични реакцииса:
SIO 2+2 C → Si +2 Co ↑ (основна реакция) FEO+C → Fe+Co ↑ (Намаляване на източника на желязо).
Нежелани реакции: Се образуват малки количества междинни продукти като SIC и FESI₂. Необходимо е да се контролира температурата на пещта, за да се предотврати прекомерната карбонизация.
(3) топене и разслояване
Намаленият силиций и желязо образуват сплав (плътност около 5,2 g/cm³), която потъва до дъното на пещта.
Шлаката (главно се състои от Cao-Sio₂-al₂o₃) плава до върха и се изхвърля редовно.
(4) изливане и кастинг
Разтопеният феросиликон влиза в черпака през изхода.
Изсипва се в блокове или гранулира (за получаване на гранулиран феросиликон).
(5) Рафиниране (незадължително)
Изчистване на кислород/аргон: Намалява примесите като алуминий и калций, което води до нискоалуминиев феросиликон (напр. Специални степени за намаляване на магнезиевия метал).
Добавяне на агент, образуващ шлако: По -нататъшно разделяне на примесите.
4. Изисквания за консумация на енергия и мощност
Консумация на електроенергия:
За да се произведе 1 тон Ferrosilicon, 8, 000-9, 000 kWh електричество, което е 60-70% от общите разходи.
Енергийни източници: Повечето от тях са разположени в райони с много хидроелектрическа енергия (напр. Юнан, Китай и Норвегия).
Енергийно пестене на технологии:
Възстановяване на отпадъчната топлина (използване на отработените газове за предварително загряване на суровините).
Електрическите пещи от затворен тип намаляват загубата на топлина.
5. Мерки за опазване на околната среда
Обработка на отработените газове:
Затворените електрически пещи събират Co газ (който може да бъде изгорен, за да генерира електричество или да се използва като химическа суровина).
Филтрите за торбички улавят прах (включително частици SiO₂, които се използват при производството на строителни материали).
Пречистване на отпадни води:
Гранулирани феросиликонни отпадни води трябва да бъдат рециклирани, за да се предотврати замърсяването на силициевия прах.
Изхвърляне на твърди отпадъци:
Шлаката може да се използва за пътно строителство или като добавка към цимент.
6. Специални производствени процеси
(1) Директен метод (метод за една стъпка)
Едновременно редуциране на силициев диоксид и желязо, подходящо за сортове с ниско и средно силици (напр. FESI45).
Предимства: прост процес, ниска цена; Недостатъци: Лош контрол на примесите.
(2) Косвен метод (метод в две стъпки)
Първо се получава индустриален силиций (SI по-голям или равен на 98%), след това се разтопява с желязо, за да се получи високо-силикален феросиликон (напр. FESI90).
Предимства: по -висока чистота; Недостатъци: увеличена консумация на енергия.
7. Характеристики на световната продукция
Китай:
Той представлява повече от 60% от световния производствен капацитет, концентриран в регионите на хидроенергията на Северозапад (Нингксия, Вътрешна Монголия) и Югозапад (Юнан).
През последните години малки и остарели пещи (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Норвегия/Русия:
Използване на чиста енергия (хидроенергия/ядрена) за производство на феросиликон с висока добавена стойност (напр. Нискоалуминиев FESI75).
8. Технологични предизвикателства и иновации
Подмяна на суровини: Опити за заместване на кокс с въглища по биомаса за намаляване на въглеродните емисии.
Интелигентен контрол:
Оптимизация на съставките и температурата на фурната, използвайки изкуствен интелект за подобряване на енергийната ефективност (напр. 5-10% Намаляване на консумацията на енергия).
Тестове за металургия на водород:
Проучване на възможността за използване на водород за частично заместване на агентите за намаляване на въглеродните въглеродни въглеродни въглеродни въглеродни за постигане на екологична благоприятност на производството (все още в етапа на лабораторни изследвания).