Ferrosilicon-produktionsmetoder er hovedsageligt baseret på reaktioner med høj temperatur. Hovedprocessen er reduktion af silica (SIO₂) og jern i en elektrisk ovn ved hjælp af et kulstofreducerende middel til at producere en ferrosiliconlegering.
1. Tilberedning af råmateriale
Silica (sio₂):
Krav: Silicaindhold større end eller lig med 97%, lavt urenhedsindhold (f.eks. Al₂o₃, CAO) for at sikre siliciumrenhed.
Forbehandling: knusning til 5-50 mm partikler for at forbedre reaktionseffektiviteten.
Kilde til jern:
Stålskrot, jernfilinger eller jernmalm (f.eks. Magnetit) bruges ofte.
Jernens rolle: fungerer som en bærer for silicium, reducerer reaktionstemperaturen og danner en legering.
Kulstofreducerende middel:
Koks (foretrukket): højt fast kulstofindhold (større end eller lig med 80%), lavt askeindhold (mindre end eller lig med 10%).
Andre: trækul, petroleumskoks (dyrere, til særlige krav).
Hjælpens råmaterialer:
Stålskrot (for at regulere ovnens luftpermeabilitet), kalk (flux, for at reducere slagteren af slagge).
2. Hovedudstyr - nedsænket bueovn (elektrisk bueovn)
Ovnstype:
Åben eller lukket bueovn under flux, hvor den lukkede type er hovedtypen (miljøvenlig og med et højt niveau af termisk energiforbrug).
Kapacitet: Normalt 10-50 MW, stor ovnkapacitet op til 100, 000 tons/år.
Elektroder:
Selvbagte elektroder eller grafitelektroder op til 1,5 meter i diameter, der transmitterer elektrisk energi dybt ned i ovnladningen.
Komfur design:
Ildfast materialeforing (f.eks. Carbon mursten, magnesia mursten) resistent over for høje temperaturer (1800-2000 grad).
3. Produktionsproces
(1) Dosering og belastning
Bland silica, jern, koks og hjælpestoffer i et forhold (f.eks. Silica: Coke≈3: 1).
Layer-for-lag belastning: koks i bunden, en blanding af silica og en jernkilde øverst for at opretholde luftpermeabilitet i ovnen.
(2) Reduktionsreaktion med høj temperatur
Reaktionstemperatur: 1600 ~ 2000 grad leveres energien af elektrisk bue og resistiv opvarmning.
De vigtigste kemiske reaktionerer:
SiO 2+2 C → Si +2 co ↑ (grundlæggende reaktion) Feo+C → Fe+Co ↑ (reduktion af jernkilden).
Bivirkninger: Små mængder mellemprodukter såsom SIC og Fesi₂ dannes. Det er nødvendigt at kontrollere ovnens temperatur for at forhindre overdreven kulsyre.
(3) Meltning og delaminering
Den reducerede silicium og jern danner en legeringsmeltning (densitet ca. 5,2 g/cm³), der synker ned i bunden af ovnen.
Slaggen (hovedsageligt bestående af Cao-Sio₂-Al₂o₃) flyder til toppen og udledes regelmæssigt.
(4) hældning og støbning
Molten ferrosilicon kommer ind i skylden gennem udløbshullet.
Det hældes i ingots eller granuleret (vand slukning bruges til at opnå granulær ferrosilicon).
(5) Raffinering (valgfrit)
Oxygen/argonrensning: Reducerer urenheder såsom aluminium og calcium, hvilket resulterer i ferrosilicon med lav aluminium (f.eks. Specielle kvaliteter til reduktion af magnesiummetal).
Tilføjelse af et slaggeformende middel: Yderligere adskillelse af urenheder.
4. Energiforbrug og strømkrav
Elektricitetsforbrug:
For at producere 1 ton ferrosilicon, 8, 000-9, 000 kWh elektricitet kræves, hvilket er 60-70% af de samlede omkostninger.
Energikilder: De fleste af dem er placeret i områder med en masse vandkraft (f.eks. Yunnan, Kina og Norge).
Energibesparende teknologier:
Vildvarmegendannelse (brug af udstødningsgasser til forvarmning af råmaterialer).
Elektriske ovne af lukket type reducerer varmetab.
5. Miljøbeskyttelsesforanstaltninger
Udstødningsgasbehandling:
Lukkede elektriske ovne indsamler CO -gas (som kan brændes for at generere elektricitet eller bruges som et kemisk råmateriale).
Taskefiltre fanger støv (inklusive SiO₂ -partikler, der bruges til produktion af byggematerialer).
Spildevandsbehandling:
Granulær ferrosiliciumvandspildevand skal genanvendes for at forhindre forurening af siliciumpulver.
Bortskaffelse af fast affald:
Slag kan bruges til vejbyggeri eller som et tilsætningsstof til cement.
6. Særlige produktionsprocesser
(1) Direkte metode (et-trins metode)
Samtidig reduktion af silica og jern, der er egnet til lav- og mellemlegende sorter (f.eks. FESI45).
Fordele: Enkel proces, lave omkostninger; Ulemper: Dårlig urenhedskontrol.
(2) Indirekte metode (to-trins metode)
For det første produceres industrielt silicium (SI større end eller lig med 98%), derefter smeltes det med jern til at producere højsilicet ferrosilicon (f.eks. FESI90).
Fordele: højere renhed; Ulemper: Øget energiforbrug.
7. Karakteristika ved verdensproduktion
Kina:
Det tegner sig for mere end 60% af verdens produktionskapacitet, koncentreret i vandkraftregionerne i det nordvestlige (Ningxia, Inner Mongoliet) og Southwest (Yunnan).
I de senere år er små og forældede ovne (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Norge/Rusland:
Anvendelse af ren energi (vandkraft/nuklear) til at producere høj værditilvækst ferrosilicon (f.eks. Fesi75 med lavt aluminium).
8. Teknologiske udfordringer og innovationer
Udskiftning af råvarer: Forsøg på at erstatte koks med biomasse kul for at reducere kulstofemissioner.
Intelligent kontrol:
Optimering af ingredienser og ovnstemperatur ved hjælp af kunstig intelligens til forbedring af energieffektiviteten (f.eks. 5-10% reduktion i energiforbruget).
Hydrogen metallurgeltests:
Undersøgelse af muligheden for at bruge brint til delvis udskiftning af kulstofreducerende midler for at opnå miljømæssig venlighed af produktionen (stadig på stadiet af laboratorieforskning).