冶炼硅铁工艺设计毕业论文

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 冶炼硅铁工艺设计 学生姓名： 邱江 学 号：200811103052所在院(系 )： 材料工程学院 专 业： 冶金专业 班 级： 08 冶金有色班 指 导 教 师： 苟淑云 职称： 教授 2011 年 6 月 6 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题 目 冶炼硅铁工艺设计1、课程设计的目的使学生融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，从而加深对所学理论知识的理解、掌握与应用。本课题是为了使学生了解硅铁的生产原理、主要原料及工艺。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）1）生产硅铁的基本工艺和主要工艺参数；预计所需的主要原材料种类及数量，主要产品成分等。可以与进行物料平衡和热平衡计算的同学一起商定有关参数。2）提交 30005000 字的设计说明书，在说明书中须按规范注明设计的依据及主要参考文献；3、主要参考文献1 李春德. 铁合金冶金学. 冶金工业出版社.2 刘 卫. 铁合金生产. 冶金工业出版社.3 袁熙志. 冶金工艺工程设计. 冶金工业出版社.4 张承武. 炼钢学 （下册）.冶金工业出版社.4、课程设计工作进度计划第十六周：对选定题目进行分析，查阅相关文献资料，做好原始记录，确定相关参数。第十七周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，进行课程设计答辩，提交设计说明书。指导教师（签字） 日期 年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称 冶炼硅铁工艺设计评分项目 分值 得分 评价内涵01 学习态度 6 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02 科学实践、调研 7 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。工作表现20% 03 课题工作量 7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。04 综合运用知识的能力 10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05 应用文献的能力 5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06 设计（实验）能力，方案的设计能力 5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07 计算及计算机应用能力 5 具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。能力水平35%08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5 符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10 设计说明书（论文）质量 30 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。成果质量45% 11 创新 10 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年 月 日西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页1 前言1.1 硅铁简介铁 合 金 是 指 一 种 或 几 种 以 上 的 金 属 或 非 金 属 元 素 于 铁 组 合 成 的 合 金 ， 硅 铁即 是 硅 与 铁 的 合 金 。 硅 铁 是 炼 钢 和 铸 造 的 重 要 原 料 ， 它 能 改 善 钢 和 铸 件 的 物 理化 学 性 能 和 机 械 性 能 ， 提 高 钢 和 铸 件 的 质 量 。 【 1】1.2 硅铁的冶炼简介硅 铁 是 以 焦炭、 钢屑 、 石 英 （ 或 硅石） 为 原 料 ， 用 电炉 冶 炼 制 成 的 。 传 统炼 制 硅 铁 时 ， 是 将 硅 从 含 有 2 的 硅 石 中 还 原 出 来 。 冶 炼 硅 铁 大 多 使 用 冶金焦作 还 原 剂 ， 钢 屑 是 硅 铁 的 调 节 剂 。2 原 料2.1 原 料 及 其 要 求2.1.1 含 硅 原 料 及 其 要 求含 原 料 一 般 采 用 SiO2含 量 很 高 的 石 英 和 石 英 岩 （ 通 称 为 硅 石 ） 。 表 1 为各 种 硅 石 的 质 量 和 物 理 性 能 。 用 于 冶 炼 硅 铁 的 硅 石 必 须 符 合 下 列 各 项 要 求 ：(1) SiO2 含 量 大 于 97%(2) 有 害 杂 质 含 量 低 。 硅 石 中 主 要 杂 质 Al2O3， MgO,CaO,P2O5 和 Fe2O3。除 Fe2O3外 ， 其 他 氧 化 物 均 是 有 害 物 质 ， 其 中 P2O5必 须 小 于 1%， CaO 和 MgO之 和 也 应 小 于 1.(3)有 良 好 的 抗 爆 性 。(4)有 一 定 的 粒 度 。 硅 石 的 粒 度 根 据 电 炉 的 容 量 、 工 作 电 压 、 硅 石 个 所 用还 原 剂 的 性 质 以 及 操 作 水 平 确 定 ， 一 般 大 型 电 炉 的 硅 石 入 炉 粒 度 为40 120mm， 小 型 电 炉 为 25 80mm。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页表 1 各 种 硅 石 质 量 的 物 理 性 能2.1.2 炭 质 还 原 剂 及 其 要 求铁 合 金 生 产 中 ， 用 的 最 多 、 最 广 且 价 格 最 最 便 宜 的 还 原 剂 是 炭 质 还 原 剂 。硅 铁 生 产 所 用 的 炭 质 还 原 剂 主 要 为 冶 金 焦 ， 其 主 要 理 化 性 能 指 标 要 求 如 下 表 1.此 外 ， 对 冶 金 焦 的 灰 分 组 成 也 有 一 定 要 求 ， 具 体 为 FeO 约 45%， CaO 约27%， SiO2 约 25%， MgO 约 1.0%， Al2O382 14 3 6 0.6 1200 30 54 3 203 冶 炼 设 备3.1 变 压 器 与 断 网炉 用 变 压 器 将 从 电 网 获 取 的 高 压 电 、 小 电 流 转 换 成 符 合 冶 炼 的 低 电 压 、 大电 流 , 经 短 网 、 铜 瓦 送 到 电 极 后 , 转 化 为 炉 内 所 需 热 能 。 短 网 的 阻 抗 对 节 电和 有 效 利 用 电 能 影 响 很 大 。 短 网 的 合 理 布 置 及 结 构 ,对 提 高 功 率 因 数 和 电 效 率 ,降低 电 能 损 失 有 重 要 意 义 。 短 网 应 尽 量 降 低 各 导 电 部 位 的 长 度 和 通 电 后 的 温 度 , 温 度 越 高 导 体 电 阻 越 大 , 新 的 电 炉 设 计 逐 步 趋 于 用 通 水 导 电 铜 管 替 代 铜 排 。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页3.2 电 极 把 持 器 系 统电 级 把 持 器 是 炉 内 最 重 要 的 部 件 之 一 ,它 与 电 极 压 放 、 升 降 装 置 及 铜 瓦 等一 起 保 证 电 炉 的 送 电 、 负 荷 调 整 、 电 极 下 放 等 。 由 于 该 设 备 的 烟 罩 内 ,全 部构 件 包 括 液 压 、 水 路 、 绝 缘 等 都 处 在 高 温 区 , 承 受 高 温 幅 射 气 流 的 冲 刷 , 工环 境 极 为 恶 劣 , 特 别 是 “ 刺 火 ”时 , 受 到 更 高 温 度 气 流 的 冲 刷 。3.3 烟 罩在 生 产 时 ,冶 炼 工 艺 要 求 电 极 极 心 圆 在 炉 料 作 用 下 仍 能 保 持 稳 定 的 尺 寸 。现 设 计 的 矮 烟 罩 , 较 过 去 的 高 烟 罩 不 仅 有 利 于 烟 气 回 收 , 而 且 对 固 定 电 极 柱 ,稳定 极 心 圆 直 径 也 很 有 作 用 。 目 前 多 采 用 水 冷 钢 骨 架 ,内 顶 部 和 侧 面 焊 有 Y 型铆 钉 ,喷 涂 耐 热 高 温 混 凝 土 或 耐 火 材 料 , 其 使 用 寿 命 长 、维 修 量 小 。3.4 炉 体 设 备炉 体 包 括 炉 壳 和 炉 衬 。 炉 衬 要 承 受 高 温 电 弧 和 电 流 的 冲 刷 及 炉 渣 侵 蚀 。 直接 与 电 弧 和 铁 水 接 触 的 炭 砖 最 易 氧 化 , 因 此 炉 壳 不 仅 有 足 够 的 强 度 , 而 且 必须 非 常 严 密 。3.5 液 压 系 统液 压 控 制 和 驱 动 是 电 炉 实 现 自 动 控 制 的 重 要 保 证 。 新 设 计 的 系 统 采 用 箱 体阀 块 集 成 化 的 模 式 , 大 大 简 化 管 路 布 置, 整 个 结 构 紧 凑 , 便 于 安 装 检 修 。 阀 件 工 作 面 和 接 头 经 过 特 殊 处 理 ,耐 磨 无泄 漏 , 工 作 十 分 可 靠 , 为 工 艺 操 作 提 供 了 保 证 3。4 硅 铁 生 产 工 艺 流 程4.1 硅 铁 冶 炼 基 本 原 理用 碳 还 原 二 氧 化 硅 是 冶 炼 硅 铁 时 的 基 本 反 应 。 生 产 上 为 了 把 氧 从 二 氧 化 硅中 除 去 ， 在 矿 热 炉 内 创 造 高 温 条 件 ， 以 焦 炭 中 的 碳 夺 取 硅 石 (SiO)中 的 氧 ，生 成 的 CO 气 体 通 过 料 层 从 路 口 逸 出 ， 硅 石 中 的 硅 便 还 原 出 来 。冶 炼 硅 铁 时 ， 炉 内 的 反 应 机 理 可 用 图 1 描 述西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页图 1 硅 铁 冶 炼 反 应 机 理4.2 冶 炼 机 理冶 炼 硅 铁 总 的 反 应 方 程 式 为实 际 上 硅 铁 反 应 机 理 是 非 常 复 杂 的 ， 尽 管 研 究 者 们 提 出 来 的 还 原 机 理 不 完全 相 同 ， 但 有 几 点 公 认 是 无 疑 的 ， 即 在 冶 炼 过 程 中 有 中 间 产 物 碳 化 硅 和 一 氧 化硅 产 生 ， 而 且 在 碳 化 硅 和 一 氧 化 硅 的 生 成 与 分 解 在 二 氧 化 硅 的 整 个 还 原 过 程 中起 着 重 要 作 用 。在 较 低 温 度 下 ， 二 氧 化 硅 与 碳 作 用 ：在 较 高 温 度 下 ， 二 氧 化 硅 被 还 原 成 一 氧 化 硅 ：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 ：西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页铁 存 在 时 对 SiO2的 还 原 过 程 有 很 大 的 影 响 ， 把 铁 反 应 出 来 的 硅 溶 解 ， 使硅 脱 离 反 应 区 ， 还 加 速 了 Si 反 应 的 进 行 ， 同 时 铁 与 硅 生 成 稳 定 的 化 合 物 硅 化铁 (SiFe),并 放 出 一 定 的 热 量 ， 使 二 氧 化 硅 的 还 原 温 度 降 低 。 另 外 中 间 化 合 物碳 化 硅 被 铁 破 坏 (Fe+SiC=SiF+C G0=9900-9.14T T 开 =1083K)， 结 果 使 硅的 生 成 容 易 些 4。从 以 上 的 分 析 中 可 以 看 出 ， 生 产 中 控 制 还 原 剂 的 加 入 量 是 很 重 要 的 。 还 原剂 过 多 ， 会 使 SiC 生 成 量 增 加 ， 使 炉 底 积 存 的 碳 化 硅 越 来 越 多 。 反 应 还 原 剂 过少 ， SiO2 不 能 充 分 地 还 原 ， 价 低 了 硅 的 回 收 率 5。4.3 合 金 成 分 的 控 制合 金 含 硅 量 越 高 ， 要 求 还 原 温 度 就 越 高 ， 对 原 料 质 量 性 能 和 炉 况 操 作 维 护要 求 更 高 ， 由 于 硅 石 质 量 性 能 较 差 ， 难 以 保 持 较 高 的 炉 温 ， 还 原 反 应 速 度 与 炉料 融 化 速 度 不 匹 配 而 恶 化 炉 况 。 为 了 加 快 还 原 反 应 速 度 ， 增 加 配 铁 量 降 低 硅 的还 原 温 度 ， 因 此 合 金 含 硅 量 按 75%硅 铁 国 际 下 限 控 制 ， 即 按 72 Si 74%范 围 操 控 。4.4 冶 炼 操 作为 了 减 少 炉 况 波 动 ， 统 一 操 作 ， 坚 持 混 合 料 加 入 ， 维 护 电 极 稳 定 ， 加 强 炉料 均 匀 透 气 ， 保 持 较 大 坩 埚 ， 避 免 生 料 进 入 坩 埚 内 造 成 三 相 负 荷 不 平 衡 ， 热 量分 布 不 均 ， 降 低 反 应 速 度 。在 配 电 操 作 中 ， 须 密 切 关 注 炉 况 。 正 常 情 况 下 ， 电 极 电 流 几 乎 全 部 进 入 坩埚 区 ， 支 路 电 流 占 很 小 比 例 ， 因 此 在 配 电 时 必 须 关 注 三 相 电 极 电 流 和 对 地 电 压的 平 衡 ， 通 过 观 察 电 极 周 围 火 焰 和 沉 料 情 况 判 断 该 相 电 极 放 弧 做 功 好 坏 ， 若 对放 弧 做 功 差 的 某 项 电 极 急 于 下 插 来 增 大 做 功 ， 这 样 只 会 增 加 支 路 电 流 ， 增 加 热损 失 ， 而 对 进 入 坩 埚 坩 埚 区 得 功 率 增 加 很 有 限 ， 应 准 确 分 析 原 因 ， 如 电 极 结 渣或 大 量 生 料 进 入 坩 埚 区 ， 及 时 与 电 炉 操 作 工 联 系 加 以 处 理 。 保 持 三 个 坩 埚 稳 定良 好 的 放 弧 做 功 状 态 ， 保 持 较 高 的 反 应 区 温 度 ， 达 到 稳 定 良 好 的 炉 况 6。5 硅铁生产中杂质元素的控制西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页5.1 铝 的 控 制 方 法5.1.1 精 料 入 炉还 原 剂 采 用 低 灰 分 ( 10 % ) 的 蓝 炭 。 在 转 炼 的 头 一 个 班 就 全 部 使 用 蓝炭 , 减 少 灰 分 中 Al2O3 的 带 入 量 。5.1.2 炉 外 精 炼按 要 求 的 铝 含 量 , 出 铁 后 , 按 一 定 比 例 加 入 氧 化 性 四 元 渣 即 : SiO2 一CaO 一 CaF 一 Fe0 系 低 熔 点 四 元 渣 , 并 加 顶 吹 氧 进 行 炉 外 精 炼 , 吹 氧 压 力 5 k g 为 宜 。5.1.3 中 频 炉 生 产 (重 熔 法 )由 于 在 炉 外 顶 吹 精 炼 吹 氧 时 , 在 没 加 装 中 间 包 及 更 先 进 精 炼 设 备 时 , 铁水 温 度 损 失 大 , 铁 损 多 , 生 产 更 低 铝 含 量 的 硅 铁 就 较 为 困 难 , 所 以 该 公 司 就采 用 中 频 炉 进 行 生 产 :在 保 证 温 度 的 前 提 下 , 进 行 二 次 精 炼 , 进 行 更 进 一 步的 脱 铝 操 作 ,能 使 合 金 中 Al 0 . 1 %。5.2 钙 的 控 制 方 法(1)入 炉 硅 石 需 洗 选 干 净 , 尽 可 能 地 把 混 人 硅 石 中 的 杂 石 、 风 化 石 挑 选 干净 ,减 少 其 带 入 量(2)由 于 各 元 素 和 氧 的 亲 和 力 强 弱 顺 序 为 : C、 Ca、 Al、 Si、 Fe, 硅 铁 中杂 Ca、 Al 对 氧 的 亲 和 力 大 于 Si、 Fe ,所 以 硅 铁 中 杂 质 Ca 、 Al 会 优 先 于 Si和 Fe 氧 化 生 成 CaO 和 A12O3 。 所 以 在 必 要 的 情 况 下 可 采 用 吹 压 缩 空 气 或 氧 气进 行 脱 钙 处 理 。一 般 硅 铁 生 产 过 程 中 , 只 要 能 把 混 入 硅 石 中 的 杂 石 、 风 化 石 挑 选 干 净 , 合 金 中 含 钙 量 就 能 控 制 在 0.5 % 以 下 , 如 客 户 需 要 更 低 钙 含 量 的 硅 铁 ,就 可采 用 炉 外 精 炼 ( 吹 氧 和 压 缩 空 气 )的 方 法 进 行 处 理 。5.3 碳 的 控 制 方 法5.3.1 控 制 浇 铸 温 度碳 在 硅 铁 合 金 中 的 溶 解 度 随 温 度 降 低 而 减 少 。 碳 在 固 相 硅 和 硅 化 物 中 的 溶 解 度 是 相 当有 限 的 , 在 液 态 合 金 中 碳 的 溶 解 度 随 着 温 度 升 高 而 增 加 , 所 以 浇 铸 温 度 的 控 制 对 合 金 中碳 的 含 量 有 直 接 关 系 。 资 料 表 明 , 浇 铸 温 度 低 于 1 5 5 0 , 可 使 碳 化 物 尽可 能多 地 析 出 。 常 用 的 降 温 方 法 有 镇 静 、 倒 包 和 摇 包 处 理 等 。5.3.2 合 理 控 制 用 碳 量西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页在 硅 铁 生 产 过 程 中 , SiC 的 生 成 和 分 解 是 一 个 重 要 的 因 素 。 当 炉 子 上 部温 度 大 于 1500 时 则 发 生 以 F 反 应 :4 C + 2 SiO = 2SiC+2CO而 炉 子 下 部 温 度 大 于 1800 时 , 则 发 生 SiC 分 解 反 应 , 即 :3SiO2 + 2SiC 二 Si +4SiO+ 2CO所 以 在 生 产 过 程 中 控 制 还 原 剂 的 加 人 量 很 重 要 , 还 原 剂 过 多 ,会 使 SiC 生 成量 增 加 , 从 而 造 成 合 金 中 碳 含 量 增 加 。 为 此 在 生 产 中 还 原 剂 的 加 入 量 一 定 要 合适 。5.3.3 炉 外 精 炼(1) 吹 氧 降 碳由 于 碳 极 易 与 氧 结 合 , 吹 氧 几 乎 能 使 全 部 游 离 的 碳 迅 速 与 氧 结 合 并 析 出 硅液 。 在 吹 氧 过 程 中 , 不 但 加 强 氧 与 游 离 碳 的 迅 速 结 合 , 也 加 强 了 合 金 的 搅 拌 , 改 善 了 碳 化 物 的 析 出 条 件 , 使 碳 人 物 能 迅 速 析