微硅粉
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形成：在冶炼硅铁时，通过烟道排出的硅蒸气经收尘装置收集而得到的粉尘。 平均粒径：0.1-0.15um 最小粒径：0.01um 比表面积：28-35米2/克 颜：灰白、白度40-50。与水泥混合后呈灰黑，拌成混凝土后呈青灰。 比重：2.1-3.0克/cm3 堆比重：200-250Kg/m3 用途：微硅粉以它细微的粒度极强的活性和良好的保温性能及耐高温性能广泛应用于水泥、混凝土、耐火浇注料、化肥、化工、橡胶等行业。 | ||||||||||||||||||||||||||||
铁合金冶炼函授培训讲座（硅系8） |
六、还原剂的性能 数字媒体播放系统还原剂的主要性能有比电阻，化学活性和石墨化性能。 还原剂的比电阻、石墨化性能和化学活性虽然是三种不同的性质，但三者之间的关系十分密切，他们互为制约、互相影响。一般来说，石墨化的程度越高，则电阻越小，化学活性能差；反之，石墨化的程度越差，则电阻越大，化学活性越好。因此，反三个性质排在一起讨论。 1、石墨化性能。炭有三种同素异形体，其中石墨最稳定，其它形态容易变成石墨。这三者中与我们有关的是无定形碳和石墨。石墨的导电性很好；无定形碳的导电性较差。在石墨中，碳原子处于正六角形的角上，所有的碳原子层相互平行，排列有序，电子容易在其中通过，故电阻小；而无定形碳的排列是无秩序的，电子难于在其中通过，帮电阻大。焦炭的性质介于无定形碳和石墨之间。 炭素材料在高温成焦过程和冶炼乳过程中性质发生变化，即产生不同程度的石墨化。例如：煤在蒸馏过程中，随着温度的升高和在高温下停留时间的延长，碳原子层间距减小，炭原子层排列的有序性增加，晶体逐渐长大。 石墨化开始的温度为1600℃，于2500℃时结束，也就是说石墨化开始的温度范围也正是铁合金在电炉中生产时进行还原反应的温度，因此，石墨化性能在很大程度上决定炭素还原剂在具体还原过程温度下的化学活性，所以它是炭素还原剂的一个重要的质量指标。石墨化性能越好，则炭素材料的化学活性越差，比表面和电阻越小，使很多合金，特别是硅质合金在电炉里进行的还原反应条件恶化。 炭素材料的石墨化性能可按比电阻值、灰分含量、密度等指标来评定。随着密度的减少、气孔率的增大、灰分的增高，石墨化性能相应下降。 综合分析以上各指标，炭素还原剂实际上又可分为非石墨化类（褐煤焦、木炭）、弱石墨化类（煤气焦、高灰分焦）、石墨化类（冶金焦）及强石墨化类（无烟煤、石油焦）。 由于比电阴与石墨化性能关系十分密切，故比电阻也可以类似石墨化性能一样分成四类： 炭质还原剂比电阻的分类 类别 石墨化性能 常温下比电阻mm2/m 炭质还原剂 一 非石墨化类 >3000木块、木炭、褐煤焦 二 弱石墨化类 20000-3000 煤气焦、半焦、硅石焦 三 石墨化类 1566-2000 小型焦炉冶金焦 四 强石墨化类 <1500 大型焦炉冶金焦、石油焦 2、比电阻 合同比对 炭素还原剂的比电阻在电炉冶炼铁合金中具有重要意义，它关系着炉缸的总电阻及电炉功率在炉缸的分布情况。 在高温熔炼条件下，各种炭素还原剂的比电阻在为下降，然而仍有很大差异。大多数还原剂的比电阻，在比较低的温度下，与其挥发分含量有关；而在高温下，则与其灰分含量有关，如高灰分与低灰分的半焦经1700℃锻烧后，前者的比电阻为0.711，后者为0.0415。 在熔炼硅质合金的过程中，由于气态SiO作用，在还原剂的表面上形成了碳化硅层。其密度和厚度与原炭素还原剂的性质有关。反应活性愈大的还原剂，所生成的碳化硅层愈厚，而且愈疏松，在此情况下，使还原剂的接触电阻增高。当用半焦时，由于高温下表面的硅化作用，其比电阻很高。这是因为使用半焦冶炼时，碳化硅的生成速度比用冶金焦时快，而碳化硅的电阻比碳要高。因此，炭素还原剂的比电阻在很大程度上取决于它们之间的接触电阻。在工业条件下，熔炼硅质铁合金时，炭素还原剂的表面受到硅化作用（生成碳化硅）后可显著提高炭素还原剂，特别是半焦的接触比电阻。 影响比电阻的因素有： 1、炭素材料的性质。炭素材料的性质不同，结晶转化温度也不同。无烟煤、石油焦和焦炭容易石墨化，其石墨化过程在2000℃结束。木炭在2500℃时亦不能充分达到石墨的性质。 2、成焦温度。炼焦温度对石墨化程度的影响很大，炼焦温度愈高，石墨化的程度也愈高。石墨晶体也愈大，比电阻愈小。 3、炼焦时间。炼焦时间愈长，石墨化的程度也愈高，比电阻也愈小。 4、灰分和挥发物。灰分和挥发物对比电阻也有一定的影响。一般情况下，灰分和挥发物高者，其比电阻也大。 但灰分和挥发物愈高，则固定碳愈低，因而要全面考虑。 对于还原剂挥发分的组成来讲，认为在电炉冶炼条件下能产生高温“热解碳”的成分（焦油、笨、甲烷及其它碳氢化合物）愈少愈好。 在炭素材料高温处理过程中，当碳氢化合物热解时便产生一些高分子化合物，而高温“热解碳”便是由这些高分子化合物热解生成的。热解碳生成后沉积于还原剂的气孔表面上。热解碳的性质取决于热解的温度，当碳氢化合物的分解温度大于2000℃时,几乎完全生成石墨.这些”热解碳”沉积于炭素还原剂的表面后,使其透气性显著下降,反应性能大恶化。试验表明，热解碳的反应性能比普通工业级碳低67%。在1700℃下这些热解碳层与Si相互作用后，形成了很坚实的、不与熔体相互反应的碳化硅层。 在熔炼硅系铁合金时，由于使用某些高挥发分的炭素还原剂，而造成工艺上的某些困难（透气性差，易烧结，炉况不好，技术经济指标低），其原因便是由于高温热解碳使炭素还原剂的表面纯化，同时又由于还原剂的小气孔被热解碳封闭，因而减少了反应气体进入块状还原剂与其内表面相互作用的机会。此外，在还原剂的表面上沿着热解碳生成一层耐化学作用的坚实薄膜，逸出的重质氢化合物易使炉口表面的炉料烧结，降低其透气性，同时对气体净化系统（特别是封闭炉）的设备也产生不良影响。 5、密度 经过试验研究表明，炭素材料的导电率与其密度成直线关系。 比电阻与反应性能的关系十分密切，对于炭素还原剂在1700℃下与二氧化硅的相互反应情况进行研究，结果是，使用褐煤焦和半焦时，碳化硅的生成速度最大；使用石墨和无烟煤时，SiC的生成速度最小；冶金焦居中。继续增高温度，除生成SiC外，尚有SiC被余下的SiO2破坏的反应进行。其破坏速度与SiC的生成速度之间存在着“平行”关系，即SiC生成速度大的那些还原剂，SiC的破坏速度也大。 第二节 碳质还原剂的种类 碳质还原剂的种类主要有煤、焦炭和木炭 1、煤 煤是古代植物在地壳变动时埋入地下，在一定温度和压力的作用下，经过物理化学变化而成的。这种转化叫做变质作用。植物先转化成泥炭，再转化成褐煤。随着时间的延长和变质程度的加紧，煤依次转化为长焰煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫煤和无烟煤。与此同时，煤中挥发的物的含量也随这下降。如图示： 煤种 木块 泥炭 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤 挥发物，% >72 >63 >40 >37 30-48 26-37 14-30 14-20 10-20 <10 煤的比电阻大，化学活性好，价格低廉，是一种较好的还原剂。上海铁合金厂配部分庄煤、开滦精煤冶炼硅钙合金，解决了料面烧结不好的问题，取得了较好的结果。配部分大同煤冶炼金属硅，电耗也有所下降。 国外治炼硅铁，常采用几种不同性质的还原剂，按一定配比搭配使用，很少是全用冶金焦或全用煤做还原剂的。在冶炼过程中，不同高度料层的温度和化学反应条件不同，因而要求具有不同性质的还原剂的，焦炭和煤的比例４∶１〔按固定炭量计算〕或７∶３。我们应根据自己的情况，选择好煤种和配比。 2、焦炭 现在铁合金使用的焦炭是高炉焦筛下来的碎焦。这种焦炭是完全按照高炉的要求炼制的。而且都是用大型焦炉炼制的，成焦温度高，炼焦时间长。大型焦炉的煤层厚、煤层的压力大，故焦炭的气孔率低。这种焦炭不适合铁合金生产的要求。因而需要寻适合铁合金要求的特殊：气煤焦、半煤、硅石焦等。 ① 气煤焦 气煤焦是以气煤为主或全部用气煤炼成的焦炭。这种焦炭的气孔率大，比电阻高，反应性能好。吴松煤气厂生产的冶金焦与气煤焦性能如下： 气煤焦耳 冶金焦 气孔率：％ 47 42.9 比电阻： 2000～2800 1500～2200 炼焦煤中配加上60％气煤后炼得的气煤焦试炼75％硅铁，与用冶金焦相比，电炉生产率提高10％，Si回收率提高4.5％，单位电耗下降4.4％，降至8600度／吨。这种焦炭目前并未能普遍应用于工业生产。 ② 半焦 半焦是用价廉量多的长焰煤炼成的。它是一种反应性能强，气孔率大、比电阻大，灰分含量高〔平均为27％〕及发挥分较高的炭素还原剂。是一种较理想的还原剂。 研究表明，半焦对于电炉秤铁合金来讲是一个比较理想的炭素还原剂。应用半焦代替一部分冶金焦熔炼各种牌号的桂铁及高硅重合铁合金〔硅铬合金、硅锰合金等〕可使技术经济指标得到很大改善。 半焦的灰分中含72～78％SiO2,这些SiO2大部分不是结合成硅酸铝和硅酸钙，而以粒度为0.01～1.0mm的石英粒状存在，所以这种还原剂有利于溶炼硅质铁合金。试炼结果表明，当还原剂中半焦的配比量为0％时，冶炼效果最好，电极度插入深且稳，炉口料面不烧结，透气性好。冶炼技术经济指标与使用冶金焦相比有很大的提高，生产率提高6％，电耗下降。 ③硅石焦 硅石焦就是在炼焦煤中渗入部分石英砂，使炼成的焦炭中含有一定量的硅石。这种焦炭比电阻大、二氧化硅与炭的接触比较紧密。但它的破损大，故未能推广。前苏联用硅石焦代替木炭冶炼金属硅，取得了较好的结果。 ④型焦 型焦是用粘结性较差的煤，通过机械加压型后，再入焦炉炼成焦炭。炼型焦的目的是扩大炼焦煤的范围。 ⑤褐煤半焦 褐煤半焦是用褐煤干馏成的。它的比电阻和反应性能都很好，也是一种理想的还原剂。我国褐煤十分丰富用褐煤半焦冶炼铁合金，有仅可以提高产量降低电耗，而且可以解决与高炉〔其中包括化铁炉〕争焦的矛盾。因为从长远来说，焦炭也会出现供不应求的局面。 ⑥石油焦 石油焦是用油渣和石油沥青干馏而成的。石油焦的灰分少〔不到1％〕，常温下比电阻大。然而在炉内很容易石墨化。石油焦的比电阻随着挥发物含量的升高而增加。使用挥发含量高的石油焦冶炼金属硅，效果较好。 3、木炭和木块 木炭是一种很好的还原剂。它的比电阻大，气孔率也很大，石墨化性能差，化学活性好。是最佳的还原剂。但人格昂贵、来源不足。只有在冶炼特殊铁合金时，才搭配少量的木炭。 木块的性能与木炭差不多。最近，国内使用木块冶炼铁合金，电耗都有所下降。总之，还原剂是个很复杂的问题，里面的学问很多，对于生产的影响很大，值得广大铁合金工作者深入研究。 七、关于冶炼工业硅的原辅材料：电极、吨包装袋、石油焦。 电极 1、电极分石墨电极和炭素电极，外形圆柱体，黑灰。石墨电极通过双锥形接头连接，炭素电极通过阴阳接法。石墨电极石墨化程度高，成本高、质量优，但炭素电极在3200KVA以上电炉使用情况表明其性价比具相当竞争力。 2、目前的硅冶电炉最小为1800KVA（注解：1800一般代表变压器大小），使用400MM直径的石墨电极（简称400电极），贵州、云南地区3500KVA以上的炉子也采用500MM的炭素电极。 3、电极为硅冶不可缺少的重要原料，通过它接电，产生电弧加热矿产品等原料发生反应。 吨包装袋：通俗解释为每包可装一吨硅产品的包装袋，高约1M左右，菱柱或圆柱体，视不同硅产品的密度大小外形尺寸有些差异。材料为：塑料编织带，生产厂家多分布于江、浙、沪一带。 石油焦：硅冶中最重要、不可替代的原料之一，近两年连续出现供不应求的状况，2002年开始有部分进口焦冲击市场，但部分进口焦（印度产）的硫含量偏高，制约了其在国内市场的发展。所以绝大部分用焦还是中石化分布于全国各地的下属公司供应（一部分由美国、印尼石油焦〈含硫量与国内焦接近〉替代），使用效果正常，具发展潜力。 |
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