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慢慢变得被广泛地使用。随着我们国家钢铁工业持续、快速地发展,钢的品种、质量的逐步扩大和提高,对铁合金产品提出了更加高的要求,铁合金工业日益成为钢铁工业的有关技术和配套工程。:..西南交通大学本科毕业设计第-7-、、铁合金工业生产的起源铁合金的工业生产始于19世纪中期。1860年左右,贝尔努利用钨酸同铸铁起反应制得钨铁。1875年,法国普尔赛尔成功地在高炉中制得了含硅10%~18%的硅铁。随后陆续的制得了各种铁合金。1910年以后还原电炉冶炼各种铁合金获得了迅速发展。、国外铁合金工业的生产现状目前,世界约有五十多个国家生产铁合金,重点铁合金公司和贸易点1000多处。钢铁工业发达的前苏联、美国、日本、法国等铁合金工业也很发达。有着非常丰富矿物资源和能源的南非、挪威、巴西等国近些年在电炉铁合金工业方面发展得十分迅速,其产品大量涌进国际市场。加拿大及一些发展中国家,如印度、墨西哥、津巴布韦、菲律宾、伊朗等也新建起了铁合金企业。生产铁合金的各国除了铁合金电炉设备技术发展较快外,在铁合金品种方面的发展和变化也较大,新产品研究开发和产品再加工、精加工等方面也都有了新的进展。、我国铁合金工业的飞跃发展据记载,我国铁合金工业生产的情况为:;20世纪30年代末至40年代末期,我国曾经进行过多种铁合金的试制和小批量生产,当时只有几座小电炉生产硅铁、锰铁,年产量仅百吨。随世界还原电炉大型化、机械化和自动化的进展,80年代中期至90年代间,除建设或技术:..西南交通大学本科毕业设计第-8-页改造一批新的6300kVA、12500kVA、16500kVA半封闭及全封闭式还原电炉车间外,还建成了具有当今世界技术和装备水平的25000kVA、30000kVA、31500kVA及50000kVA的大型现代化还原电炉车间。目前我国有重点铁合金企业18家,地方中、小型骨干企业57家以及小企业1000余家,年设备生产能力约500万t。至今,我国铁合金工业逐步形成多个品种、多种容量(规模)、多种生产方法的大、中、小型结合的行业格局。“八五”期间,我国坚持技术引进和自主开发并重,大力优化装备结构,年产铁合金突破300万t,雄踞世界首位,迈上大型铁合金电炉技术的新台阶。我国铁合金产品已经做到自给有余,“八五”期间实现年出口铁合金100万t,还相菲律宾、伊朗、巴基斯坦等国出口成套的铁合金工程和设备技术。至今,我国不仅是铁合金生产大国,同时也是产品出口大国。、铁合金生产技术的发展的新趋势近20多年来,随着铁合金工业的发展和科学技术的进步,世界铁合金工业生产在品种、冶炼技术、技术装备、节能降耗、环境保护、能量回收和资源利用等技术方面都有迅速的发展和突破。略述于下。1、精料技术精料是电炉铁合金增产节电的重要环节。近10多年来,铁合金电炉生产采用精料的水平有了明显的提高,各国都在重视并相应采取了许多行之有效的措施。A、采用优质组合碳质还原剂采用优质组合碳质还原剂,搭配气煤焦和烟煤,代替一部分冶金焦。这是国内外的一项成熟的操作技术。近年来,我国大中型硅铁电炉已普遍地使用以冶金焦为主,适量搭配气煤焦、蓝炭、半焦及烟煤等组合型:..西南交通大学本科毕业设计第-9-页碳质还原剂冶炼75%硅铁,获得了优质、高产、节能的经济效果,一般每吨硅铁产品可节约700~1000kWh。B、改善入炉矿石的制备技术铁合金电炉正常操作,尤其是大、中型还原电炉,要求炉料具有合适的块度以确保良好的透气性。当前优质块状锰矿和铬矿供应日趋减少,为适应这一情况,国内外已应用了多种造块技术,以有效的利用粉矿和精矿,并获得较好的冶炼指标。例如:硅铁生产的原料制备,主要是选用优质组合碳质还原剂。同时慢慢的变多地对硅石和含铁材料的化学与物理性能给予重视,其中优选高品位、热稳定性能及还原性能好的硅石,并应做到入炉前进行水洗筛选及预焙烧处理。对含铁料,除普遍应用碳素钢屑外,人们越来越关注铁精矿球团、铁鳞及铁鳞球团的使用。尤其是大型硅铁电炉为实现机械化原料输送和自动化加料操作必须优先选用。2、环境保护及综合利用铁合金企业的环境保护主要是对“三废”及噪声的治理,消除对环境的污染。工业发达的国家中铁合金生产对环境的污染问题已基本解决。其主要措施:(1)半封闭式电炉的废气的利用和除尘工艺的实现,尤其是在硅铁和工业硅生产进行了消烟除尘、回收的硅粉在建材、化工等行业的应用:(2)锰铁和铬铁电炉分别有90%和60%为全封闭式电炉,煤气被净化后用于化工生产和用于干燥,烧结和炼球;(3)铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘的处理;(4)废水的净化;(5)软水闭路循环系统;(6)工业废物(含废渣)的有效利用等。:..西南交通大学本科毕业设计第-10-页就总体而言,我国铁合金企业的环保和综合利用是比较落后的,硅铁电炉绝大部分还是敞口炉,锰铁和铬铁电炉已封闭的尚属少数,这样不仅炉气中的热量未能回收,还大量散发烟尘。就吉林、上海、湖南、遵义等几家铁合金已实施封闭的电炉而言,其煤气回收及利用、水处理也未完全解决。原料、产品输送和工艺流程中的粉尘,出铁、浇铸过程中的烟尘也未妥善的处理和加以回收利用。高炉锰铁虽已在减少荒煤气放散、煤气的洗涤净化与利用以及污水处理、炉渣利用等方面取得一些成果,但离有关要求差距甚大。其他铁合金产品,如铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘也未得到彻底根治。80年代以来,遵义、西北、湖南、宜昌、峨嵋铁合金厂先后引进了电炉烟气干式除尘技术、电炉煤气干式净化技术,经消化创新并结合技改工程得到普遍应用,尤其硅铁电炉烟气净化回收的硅尘在建筑行业的应用取得了突破性进展,变废为宝,有着显著的经济和社会效益,从此更加推动了硅铁电炉烟气治理。、硅及其化合物的物理化学性质1、硅的物理性质硅是非金属元素,呈灰色,有金属光泽,性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%。硅的主要性质如下:(g/cm3)/(?m)2140:..西南交通大学本科毕业设计第-11-页2、硅的化学性质硅在常温下很不活波,但在高温下很容易与氧、硫、卤素及许多金属化合成相应的硅化物。硅和氧作用形成SiO,放出大量的热:2Si+O=SiO△H=-,碳化硅是一种稳定的物质。当有铁存在时,稳定性大幅度下降。硅中只能溶解少量的碳,%的碳。硅与铁可以以各种比例互相溶解,生成FeSi、FeSi、FeSi、FeSi,2532其中以FeSi最稳定。3、硅化铁硅铁是硅与铁互溶形成的固溶体,硅与铁化合物中,FeSi最稳定,其余均在固相或液相时分解。含硅40%~47%时,熔点为1633~1533K;含硅72%~80%时,熔点为1563~1613K。硅铁的密度取决于硅铁的含硅量,它的密度随合金含硅的增加而减小。由于硅铁内各相的密度差别很大,因而硅铁的合金易产生偏析。另外硅铁中的铝、磷、***等杂质可生成熔点较低的化合物,在硅铁缓慢冷却过程中,低熔点的化合物凝固较晚,而且较集中地分布在最后凝固部分及晶界上。当空气中的水份渗入铁锭内的裂缝,与这些低熔点的化合物反应,生成有毒的具有臭鸡蛋味的PH和AsH气体,合金晶界遭到破坏,铁锭因而粉化。334、硅铁冶炼的原料冶炼硅铁的主要的组成原材料是硅石、碳质还原剂和钢屑。硅石是由石英颗粒被粘合剂粘合而成的岩石,粘合剂成分也是SiO。2硅石中SiO应大于97%;有害杂质的含量要低;要拥有非常良好的抗爆裂性;2入炉的硅石还要求有一定的粒度。冶炼硅铁大多使用冶金焦作还原剂。在碳质还原剂化学成分中,主要应考虑固定碳、灰分、挥发分和水分。一般要求固定碳要高,冶金焦的固定碳大于84%;灰分小于14%,灰分:..西南交通大学本科毕业设计第-12-%;水分小于6%。碳质还原剂的电阻率要大,气孔率要高,此外碳质还原剂要具有一定的机械强度,否则破碎损失大,产品成本增加,会影响料面透气性。钢屑是硅铁成分的调节剂。冶炼硅铁采用碳素钢屑,不准使用有色金属屑、合金钢屑和生铁屑。钢屑不应夹带外来杂质,锈蚀严重和沾有油污的钢屑不能入炉。钢屑含铁量应大于95%,弯曲长度不超过100mm。除钢屑外,硅铁冶炼也能选用碳素钢的铁鳞(轧钢铁皮)和铁精矿球团等。、硅铁的冶炼方法及基础原理1、硅铁冶炼方法硅铁是在开口式或半封闭式(即矮烟罩)的还原炉内采用连续作业法进行冶炼的。在整个冶炼过程中,电极深而稳的插入炉料中,混匀的炉料,随料面的下沉而小批量的加入炉内。炉内料面从始至终保持一定高度,并呈平锥体形状,炉内铁水积存到某些特定的程度时,打开炉眼放出铁水。2、冶炼原理二氧化硅是一种难还原的氧化物,而且其还原过程很复杂。许多人对二氧化硅的还原机理和热力学进行过大量的研究,尽管他们提出的还原机理不完全相同,但有一点是公认的:用碳质还原剂还原二氧化硅时,有中间产物碳化硅和一氧化硅的生成与分解在二氧化硅的整一个完整的过程中起着及其重要的作用。在较低温度下,二氧化硅与碳的作用:SiO+3C=SiC+2CO↑2△Gθ=67035-=1523K开:..西南交通大学本科毕业设计第-13-页在较高温度下,二氧化硅被碳还原成一氧化硅:SiO+C=SiO+CO↑2△Gθ=159600-=2048K开而且碳化硅在高温下因二氧化硅和一氧化硅的存在而被破坏:2SiC+SiO2=3Si+2CO↑△Gθ=97380-=2043K开SiC+SiO=2Si+CO↑△Gθ=49150-=1999K开碳还原二氧化硅的总反应式为:SiO+2C=Si+2CO↑2△Gθ=167400-=1938K开在有铁存在时,还原出来的硅与铁反应,Si+Fe=FeSi△Gθ=-28500-:Fe+SiC=FeSi+C△Gθ=9900-=1083K开由于硅与铁生成硅化铁的反应是放热反应,因而它降低二氧化硅还原反应的理论开始反应温度。同时,铁的存在能够在一定程度上促进硅沉入熔池,使之离开反应区,从而改善二氧化硅的还原条件。冶炼硅铁时,二氧化硅的还原反应可以用下式表示::..西南交通大学本科毕业设计第-14-页SiO+2C+nFe=FeSi+2CO↑2n生成硅化铁因含量不同,反应放出的热量也不同,因而不同含硅量的硅铁,其开始还原温度也不同。熔炼的硅铁含硅量越低,二氧化硅被还原的理论开始反应温度也就越低。通过计算得出,冶炼45%硅铁时,T为1861K;冶炼75%硅铁时,T为1917K。。交流还原电炉的分类方法很多,根据还原电炉的设备特点分类,有以下几种:(1)按电极相数可分为单相单电极电炉和三相三电极电炉;(2)按烟罩或炉盖设置形式可分为高烟罩及矮烟罩敞口式电炉、矮烟罩半封闭式电炉和全封闭式电炉;(3)按炉体可分为固定式和旋转式电炉;(4)按电极数量及布置形式可分为三相六电极圆形电炉和三相六级按“一”字形式排列的矩阵电炉。铁合金直流还原电炉是将直流电应用于铁合金电炉还原冶炼上。其主要特征是使用石墨电极或自焙电极,并且炉底接电源的一极,炉底既是导电体,又是熔炼坩埚。根据直流电炉的电极数量,它可分为单电极、双电极及三电极电炉。6300kVA硅铁交流还原电炉技术性能如下:炉型:矮烟罩半封闭式,变压器容量6300kVA,变压器一次侧电压10或35kV,变压器二次侧电压94~106~122V,变压器二次侧电压级数(级差)/级(V):8(4),电炉常用电压110、114V电炉常用电流32678A,电炉最大电流32678A,频率50Hz,相数3,接线),调压方式:无载电动,电极直径780mm,,电极极心圆直径1950mm,炉膛直径4500mm,炉膛深度1900mm,炉壳直径6000mm,炉壳高度3600mm,矮:..西南交通大学本科毕业设计第-15-页烟罩或炉盖净空高度1800mm电极升降工作行程1000mm,,平均日产量14~,单位产品电耗:8700~8900kWh/t,年工作日330~340d。、