更新时间：2022-08-26 10:24
硅热法所属现代词，指的是在电炉内用硅作还原剂生产中、低微碳铁合金的方法。得到低碳合金是以含硅合金中的含碳量与含硅量成反比的关系为基础的。通常用锰硅、硅铬、硅铁或工业硅作还原剂，生产中、低碳铁合金或复合合金。
硅热法(electro-silicothermic process)在电炉内用硅作还原剂生产中、低碳铁合金的方法。得到低碳合金是以含硅合金中的含碳量与含硅量成反比的关系为基础的。通常用锰硅、硅铬、硅铁或工业硅作还原剂，生产中、低碳铁合金或复合合金。最早在生产中、低锰铁(或铬铁)时认为是用氧化物对锰硅或硅铬的脱硅精炼过程，故又称为精炼法。这一方法还用于生产钒铁、金属锰、钨铁、镍铁、以及稀土硅铁、硅钙铁、钛硅铁、硅钡、硅锶等硅系复合合金。
金属钙是钢铁工业生产优质高洁净钢的重要脱硫剂,在稀有及稀土金属、冶金、化工、医药、电子、蓄电池等工业上也有广泛用途。目前,随着其用途的不断扩展,钙的市场需求将以每年5 %以上的速度增长。当前,金属钙的冶炼主要采用氯化钙熔盐电解法,设备投资大,能耗也高。铝还原法是冶炼金属钙的热法工艺,但铝价昂贵。为改善生产金属钙的技术经济指标,本文研究了用硅铁冶炼金属钙的热力学和工艺,得到了较好的指标。硅铁目前供大于求,属滞销产品,且价廉,因而,本工艺可大幅度降低金属钙的生产成本,提高经济效益和市场竞争力。
1 硅还原氧化钙的热力学条件
为了将原料石灰石煅烧后生成的CaO 还原为金属钙,从热力学上考虑,必须使所选择的还原剂对氧的亲合力大于钙对氧的亲合力,这可以根据钙生成反应的标准自由能变量来判断。
为使氧化钙还原生成钙的反应得以进行,由此得出,只有还原反应温度在2 908 ℃以上时,硅才能作为氧化钙的还原剂,使钙还原出来生成金属钙。
氧化钙生成反应的曲线位于下部,表明其稳定性很强,二氧化硅生成反应的曲线在氧化钙的上部,但当反应温度超过钙的沸点时,其曲线发生明显上折,使得反应温度在2 908 ℃以上时,二氧化硅生成反应的曲线处在氧化钙的下方,可见,只有在此温度以上,硅铁才能将氧化钙还原
2 真空下硅还原氧化钙的热力学条件
上述热力学计算是基于反应物处于标准状态下来考虑的。在实际生产中,为了降低反应温度和避免还原反应生成的金属钙被重新氧化,都是将还原过程在真空下进行。如不考虑造渣反应,仅就氧化钙的还原反应来研究,在所研究的还原反应温度下,由于氧化钙与氧化硅为凝聚态,硅为液态,钙为气态,因而取αCaO 、αSiO2 、αSi等于1。
因此,使氧化钙在工业生产中易于达到的0. 0133 kPa 真空度下进行还原,反应温度只需要在1 700 ℃左右。这将有利于节约能耗,延长还原炉的使用寿命。
用硅铁还原氧化钙的起始还原温度,随着钙蒸气压力下降,ΔG2 - T 曲线将随PCa的减小而向左推移。PCa 分别为10. 133、1. 013、0. 1013、0. 0101、0. 001 kPa 时的起始还原温度分别为2 430、2 077、1 806、1 590、1 415 ℃,说明PCa愈低,起始还原温度也愈低。
钙矿石:优质石灰石,要求含Na2O + K2O < 0. 50 ,MgO < 0. 50 。
硅铁:工业级,含Si 75 %;
烟煤:发热值25 080 J ;
氩气:工业级。
1) 鄂式破碎机:将矿石粗碎至- 100 mm。
2) 立窑: 自行砌筑, 要求矿石煅烧后活度约30 %。采用回转窑最好。
3) 球磨机:将矿石、硅铁和添加剂混磨至- 0. 1 mm。
4) 压球机:成品球极限抗压强度达到5～6 MPa 。
5) 还原炉:还原炉用电加热至炉内温度约1 700 ℃,要求炉膛内各部位温度均匀,热效率高。借助真空机组使还原炉内真空度保持在10 Pa ,以得到致密、光滑的结晶钙。
6) 制粒机:真空重熔离心制粒,在氩气保护下冷却钙粒。
7) 真空机组:由ZJ - 1200 罗茨泵和H - 150 滑阀式真空泵组成。预抽可采用水环真空泵,以避免粉尘。
根据技术指标核算可得到,1 t 金属钙的生产成本约为1. 6 万元。目前市场价格为3 万元左右,国际市场上伦敦到岸价为3 900 美元。
通过理论计算导出了硅热法冶炼金属钙的热力学参数,据此选择了合适的冶炼工艺条件,并得到较好的技术指标。由于还原剂价廉易得,因而本工艺有较好的经济效益和市场竞争力,是一种冶炼金属钙的新工艺,目前正在建厂中。