Технологические особенности производства ферросилиция

Для выплавки кремния и его сплавов используют круглые дуговые электрические печи различных конструкций мощностью от 16,5 до 115 МВА. Печи работают на самоспекающихся и реже на угольных электродах. Печи могут быть открытыми и закрытыми; в последние годы открытые печи все больше вытесняются закрытыми печами.

Шихта состоит из кварцита, восстановителя и железной стружки; иногда в шихту вводят отходы карборундового производства, содержащие карборунд, песок и кокс. Плавку ферросилиция ведут непрерывным процессом. На колошник печи непрерывно загружают шихту и периодически производят выпуск сплава через летку.

Процесс плавки происходит, главным образом, у электродов, где образуются своеобразные газовые полости - тигли (рис. 2.1), окруженные твердой и полурасплавленной массой. На дне полости скапливается расплав, состоящий из шлака, жидкого ферросилиция и частично расплавленной шихты. Полость заполнена ионизированными газами и парами, через которые осуществляется электрический разряд.

	I - околоэлектродная полость; II - электрическая дуга; 1 - шихта - область быстрого схода; 2 - шихта - область медленного схода; 3 - карборунд; 4 - капли расплавленного железа и низкокремнистого ферросилиция; 5 - полурасплавленная масса; 6 - расплавленный ферросилиций
Рисунок 2.1 - Плавильное пространство печи для выплавки ферросилиция и схема распределения шихтовых материалов и продуктов плавки в печи при выплавке ферросилиция

Температура в полости превышает 2300°С. Слои шихты, окружающие эту зону, восстанавливаются, плавятся и заменяются новыми порциями шихты, загруженными в виде конусов у электродов. Таким образом, образуются области быстрого схода шихты. Слои шихты, удаленные от электродов, нагреваются медленно; восстановление и плавление этой шихты происходят с малой скоростью. Здесь образуются области медленного схода шихты. У стен печи образуется зона спекшейся шихты, которая вовсе не плавится вследствие невысокой температуры в этой зоне. Этот слой шихты образует гарнисаж. При горячем ходе печи нижние части тиглей соединяются, образуя общий тигель.

Газы, образующиеся внизу около дуг, имеют высокую температуру и, проходя через вышележащие слои шихты, нагревают их. Прохождение горячего газа через более холодную шихту ведет к конденсации паров кремния. Количество восстановителя в шихте должно обеспечивать протекание восстановительных процессов. Как избыток восстановителя в шихте, так и его недостаток приводят к нарушению нормального хода плавки.

Выпуск ферросилиция из печи производится периодически по мере его накопления 4-8 раз за смену в ковш, футерованный шамотным кирпичом или графитовой плиткой. Разливают ферросилиций в чугунные изложницы в слитки или на разливочной машине конвейерного типа в чушки.

Восстановление кремния происходит с поглощением большого количества тепла, поэтому, чем выше содержание кремния в сплаве, тем выше должен быть расход электрической энергии. Выплавка высококремнистого ферросилиция в закрытых печах требует более тщательной подготовки шихтовых материалов. Она имеет следующие преимущества по сравнению с плавкой в открытых печах: возможность использования высококалорийного газа; лучшие условия труда; более легкие условия работы печного оборудования; меньшее загрязнение окружающей среды.

Сплавы хрома