我国硅钙合金的发展解析.doc

我国硅钙合金技术的发展 我国硅钙合金技术的发展 历史回顾 法国BOZEL通用电化学公司，从1907年开始采用硅热法，后用碳热法进行了硅钙合金的工业化生产，1916年该公司年产硅钙合金2000吨。[1] 1945年以后的几年中，钢铁界越来越认识到，硅钙合金不仅对氧和硫的亲和力强，而且还可以降低氧和硫在钢液中的溶解度。钢中氧化物和硫化物，当存在有含钙合金时，在很高的钢水温度下，就可以析出,而且析出过程进行得很迅速，因而在钢中不留残渣。近二十年来随着钢液连铸、钙处理和包芯线技术的发展，硅钙合金在钢铁工业中的应用范围和数量日益增大。 我国硅钙合金的工业性生产开始于二十世纪五十年代，至今约有五十年历史。原吉林铁合金厂于1955–1960年间进行了硅钙合金工业性生产。1960年原上海铁合金厂采用1800KVA（后改造为2700KVA）电炉和混合加料法工艺试炼硅钙合金，1961年投产。原重庆铁合金厂也是国内早期冶炼硅钙合金的企业，原北京铁合金厂（首钢铁合金公司）1964年初生产硅钙合金，同年10月创新成功“分层加料法”冶炼硅钙合金新工艺，使产品冶炼电耗等技经指标达国内先进，并接近世界先进水平，冶炼周期长达一年以上。为此曾获国家科技进步二等奖，此后，原冶金部组织在全国范围推广应用。到目前为止，山西、陕西、河南、福建、四川、宁夏、内蒙古等地采用“分层加料法”工艺生产硅钙合金的企业，多达50个以上，所用的1MVA和1.5MVA的小电炉约100多台，（仅山西府谷县就有企业厂家30多个，1MVA-1.5MVA的小电炉小电炉计63台）。利用“分层加料法”工艺生产的硅钙合金产量，占全国硅钙合金年产量的百分之五十以上。当前的问题是“分层加料法“工艺，只限用1.5MVA及以下容量的小电炉生产。由于电炉容量小，难于进行环保治理,且能源利用不合理等原因，这批小电炉已被限期停产。因而出现了市场硅钙合金短缺的局面。2009年8月1日，陕西洋县盛华冶化公司新建、并投产一座30MVA大型硅钙电炉，其电耗及相关技经指标达国内先进水平。为我国采用大型电炉冶炼硅钙合金开创了新路。 由于小电炉逐步被淘汰，国内某些企业正在将10 - 16.5MVA闲置的硅铁、电石等大容量电炉进行改造，用其冶炼硅钙合金的试验。目前全国硅钙合金年产量约25万吨。 国外硅钙合金的生产中，法国BOZEL公司仍处领先地位，冶炼电耗9000kwh/t，并可以无周期连续性生产。德国SKW公司拥有一台世界最大型的硅钙电炉容量48MVA，冶炼电耗10500 - 10700kwh/t，炉役周期10个月[2], 挪威埃肯公司采用14MVA电炉进行硅钙合金的生产，配有组合把持器等先进设施。意大利原OET公司增设有30MVA、炉体施转式硅钙电炉及相应的制粉系统，冶炼电耗10500 kwh/t。前苏联冶炼硅钙用电炉容量14MVA，冶炼电耗11000-13000 kwh/t。 硅钙合金冶炼工艺[2] 硅钙合金冶炼工艺分为：二步法、电硅热法、分层加料法和混合加料法四种。二步法和电硅热法在我国很少采用。国内主要采用混合加料法和分层加料法进行硅钙合金生产。除分层加料法所用电炉容量为1.5MVA及以下电炉外，国内混合加料法所用电炉容量为2.7、3.2、4.6MVA。大型电炉只有洋县一台30MVA硅钙电炉正常运行。 2-1 二步法： 工艺过程是先将CaO85%的高质量石灰和碳质还原剂，按反应式： CaO(s) + 3C(gr) = CaC2 (s) + CO(g) ?G° = 111315 – 56.87 T t开 = 1684 在一台电炉中生产电石，然后将电石CaC2冷却破碎，配入相应数量的硅石和碳质还原剂，在另一台电炉中进行硅钙合金的冶炼。其物化反应为： SiO2 (s) + C(gr) + CaC2 (s) = CaSi2 (l) + CO(g) ?G° = 85063 – 47.35 T t开 =1523 这种冶炼方法从加料操作上避免了CaO和SiO2的接触，从而解决了成渣温度低的问题。此法不需要加入过量的碳质还原剂，基本上避免了炉内碳化物积存及炉底上涨，没有周期性停炉。此冶炼工艺的缺点是综合电耗偏高，热能利用不合理。设备增多，并对安全要求更为严格，日本和前苏联多用此法生产。 2-2 电硅热法 生产设备与碳热法相同，炉衬用碳素材料砌筑，大电炉可进行封闭。前苏联首先进行了此工艺的实践。其主要物化反应为： 4CaO + [ 5Si自由 ] FeSi n = [ 2CaSi2 ] FeSi n + 2CaO·SiO2 按上述反应即利用硅75中的自由硅作还原剂，还原石灰中的CaO，而得到硅钙合金。而硅铁