Методи виробництва Ferrosilicon в основному засновані на високотемпературних реакціях відновлення. Основним процесом є зменшення кремнезему (Sio₂) та заліза в електричній печі з використанням вуглецю, що зменшує вуглець, для отримання феросиліконового сплаву.
1. Підготовка сировини
Кремнезем (sio₂):
Вимоги: вміст кремнезему, що перевищує або дорівнює 97%, вміст низької домішки (наприклад, Al₂o₃, CAO) для забезпечення чистоти кремнію.
Попереднє лікування: подрібнення до частинок 5-50 мм для підвищення ефективності реакції.
Джерело заліза:
Зазвичай використовуються сталевий брухт, залізо або залізна руда (наприклад, магнетит).
Роль заліза: діє як носій для кремнію, знижує температуру реакції і утворює сплав.
Зменшення вуглецю:
Кокс (бажаний): високий вміст фіксованого вуглецю (більший або дорівнює 80%), низький вміст золи (менше або дорівнює 10%).
Інші: деревне вугілля, нафтового коксу (дорожче, для особливих вимог).
Допоміжна сировина:
Сталевий брухт (для регулювання проникності повітря печі), вапна (потік, для зменшення в'язкості шлаку).
2. Основне обладнання - занурена дугова піч (електрична дугова піч)
Тип печі:
Відкрита або закрита дугова піч під потоком, при цьому закритий тип є основним типом (екологічно чистим та з високим рівнем використання теплової енергії).
Ємність: Зазвичай 10-50 мВт, велика ємність печі до 100, 000 тонн/рік.
Електроди:
Самоопілені електроди або графітові електроди діаметром до 1,5 метра, які передають електричну енергію глибоко в заряд печі.
Дизайн плит:
Рефрактерна матеріальна оболонка (наприклад, цегла вуглецю, цегла Магнезія) стійка до високих температур (1800-2000 градус).
3. Виробничий процес
(1) дозування та завантаження
Змішайте кремнезем, залізо, коксу та допоміжної сировини у співвідношенні (наприклад, кремнезем: коксу3: 1).
Навантаження на шар: кокс на дні, суміш кремнезему та джерела заліза вгорі, щоб підтримувати проникність повітря в печі.
(2) Реакція зниження високої температури
Температура реакції: 1600 ~ 2000 градусів, енергія постачається електричною дугою та резистивним нагріванням.
Основні хімічні реакціїє:
Sio 2+2 c → si +2 co ↑ (основна реакція) feo+c → fe+co ↑ (зменшення джерела заліза).
Несприятливі реакції: Утворюються невеликі кількості проміжних продуктів, таких як SIC та FESI₂. Необхідно контролювати температуру печі для запобігання надмірної карбонації.
(3) Плавлення та розшарування
Знижений кремній та залізо утворюють розплав сплаву (щільність близько 5,2 г/см³), який опускається на дно печі.
Шлак (в основному складається з Cao-Sio₂-Al₂o₃), що плаває до верху, і регулярно викидається.
(4) Наливання та лиття
Розплавлений феросилікон потрапляє в ковш через отвір для виходу.
Його виливають у злитки або гранульовані (гасіння води використовується для отримання гранульованого ферилікону).
(5) вдосконалення (необов’язково)
Очищення кисню/аргону: Зменшує домішки, такі як алюміній та кальцій, внаслідок чого низько алюмінієвий феросилікон (наприклад, спеціальні оцінки для зменшення металу магнію).
Додавання шлакового агента: Подальше розділення домішок.
4. Споживання енергії та вимоги до потужності
Споживання електроенергії:
Для виробництва 1 тонни Ferrosilicon, 8, 000-9, 000 kwh електроенергії потрібно, що 60-70% від загальних витрат.
Джерела енергії: Більшість з них розташовані в районах з великою кількістю гідроелектростанції (наприклад, Юньнань, Китай та Норвегія).
Енергозберігаючі технології:
Відновлення тепла (використання вихлопних газів для попередньої розігрівання сировини).
Електричні печі із закритим типом зменшують втрати тепла.
5. Заходи захисту навколишнього середовища
Очищення вихлопних газів:
Закриті електричні печі збирають газ CO (який можна спалити для отримання електроенергії або використовується як хімічна сировина).
Фільтри сумки захоплюють пил (включаючи частинки Sio₂, які використовуються у виробництві будівельних матеріалів).
Очищення стічних вод:
Грінульовану воду феросилікону необхідно переробляти для запобігання забрудненню кремнію.
Утилізація твердих відходів:
Шлак може використовуватися для будівництва доріг або як добавка до цементу.
6. Спеціальні виробничі процеси
(1) Прямий метод (одноетапний метод)
Одночасне зниження кремнезему та заліза, що підходить для низько- та середніх солідних сортів (наприклад, FESI45).
Переваги: простий процес, низька вартість; Недоліки: Поганий контроль над нечистками.
(2) непрямий метод (двоступеневий метод)
По-перше, виробляється промисловий кремній (СІ, що перевищує або дорівнює 98%), потім він розплавлений із залізом для отримання високого сорочного ферилікону (наприклад, FESI90).
Переваги: вища чистота; Недоліки: збільшення споживання енергії.
7. Характеристики світового виробництва
Китай:
На ньому припадає понад 60% світових виробничих потужностей, сконцентрованих у гідроенергетичних регіонах Північного Заходу (Нінгсія, Внутрішня Монголія) та на південному заході (Юньнань).
В останні роки невеликі та застарілі печі (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Норвегія/Росія:
Використання чистої енергії (гідроенергетика/ядерна) для отримання феросилікону з високою доданою вартістю (наприклад, низький алюміній FESI75).
8. Технологічні виклики та інновації
Заміна сировини: Спроби замінити коксу на вугілля біомаси для зменшення викидів вуглецю.
Розумний контроль:
Оптимізація інгредієнтів та температури духовки за допомогою штучного інтелекту для підвищення енергоефективності (наприклад, 5-10% Зниження споживання енергії).
Тести на металургію водню:
Вивчення можливості використання водню для часткової заміни агентів, що зменшують вуглець, з метою досягнення екологічної доброзичливості виробництва (все ще на стадії лабораторних досліджень).