徐鹿鸣

                           (北京首钢铁合金有限公司  北 京  中 国  100023)

摘 要 详细论述了硅钙合金生产的物理化学原理，介绍了国内外硅钙合金生产的四种工艺：混合法、二步法、分层 法和电硅热法。四种工艺的优缺点都予以论述，其中分层法是国内经过探索创新的一种崭新的硅钙合金生产工艺。提出硅钙合金生产的主要矛盾，并给出相应改善措施，指出电炉大型化及“分层法”的研究应用是我国今后硅钙生产的出路。

关键词 硅钙合金 生产工艺 原理 设备

中图分类号 TF645.3.6                          文献标识码  A                文章编号  1001-1943(2008)06-0001-09

                                 PRINCIPLE AND TECHNICAL PROCESS OF

                               PRODUCING SILICOCALCIUM

                                         Xu  Luming

                                         (Capital   Steel  Mill   Ferroalloy  Branch,  Beijing   100023,  China)

Abstract It discusses the physicochemical principle of producing silicocaleium and introduces four kinds of domestic and foreign techniques, such as, mixing process, two-step 

process,slicingprocessandelectro silicothermic process. The dis- advantages and advantages of the above mentioned techniques are all explained. It puts forwards the principal contradictions in producing silicocalcium and as well as its improvement measures. Slicing process is a kind of technique in producing silicocalcium through domestic exploration. It points out that large scale furnaces and the application of slicing process is the fundamental way for silicocalcium production.

Keywords silicocalcium, technical process, principle,equipment

前言

硅钙合金是冶炼优质钢较为理想的脱氧剂和去硫剂，是连铸钢特别是含铝钢连铸为防止铸口结瘤(套眼)必须使用的钙处理合金。炼钢过程中向钢中加入硅钙合金后可以改变钢中残留夹杂物的性态，降低钢中夹杂物的含量，提高钢材的力学性能，它是 高纯净钢生产用的净化剂。近廿年来，硅钙合金向钢液中的加入方法和工艺有很大改进，块状合金投入钢水包中，粉剂喷入(喷射冶金)到钢包中的工艺，目前已改进为以硅钙粉剂包芯线形式通过喂线机喂入钢包或LF精炼炉中。喂线工艺的采用，大大提高了钙元素在钢液中的利用率。

硅钙合金冶炼工艺是法国BOZEL公司于廿世纪初开发成功的。分为二步法、混合加料法、分层加料法(分层法),和电硅热法四种。分层加料法冶炼工艺是原北京铁合金厂于一九六四年研究成功的，新工艺的突出优点是能耗低，炉役周期长，产品质量高。到目前止，分层法新工艺生产硅钙合金的产量仍占全国总产量的百分之五十以上，其操作难度大，到目前为止只能在变压器容量等于或小于1.5MVA 电炉上进行。国内1.5MVA以上容量的电炉，均采用混合法生产工艺，其变压器容量一般在3.6MVA 以下。与工业先进的国家相比较，我国硅钙生产工艺、产品质量、能耗、环保、电炉容量指标等均存在很大差距，尤其是电炉容量，国内尚无6MVA以上硅钙电炉的投产，电炉容量小是制约我国硅钙产品发展的关键因素之一。国外10MVA及以上大型硅钙电炉的冶炼电耗维持在10000kWh/t的水平，炉体寿命1年以上。目前陕西盛华冶化公司正在新建30MVA的大型硅钙电炉，其建成投产，将是我国容量大的硅钙电炉。

                                                                    图 1 碳还原 Si、Ca 氧化物生成硅钙合金的反应自由能和温 度的关系

                                                                            Fig.1.Relations  between  temperature  and  free  energy  of silico- calcium which Si and Ca reduced by carbon

从图1看出，硅钙炉内还原反应的标准自由能变化随温度的升高△G的负值增大。△G的负值越大，说明该化学反应进行的越强烈，并以较快的反应速度向右进行，依此，对硅钙合金炉内的主要反应，可能进行的情况加以分析讨论。

从图1中看出，冶炼过程中，在炉温较低的条件下，首先产生化学反应式(1),这一反应在多碳、炉温较低的条件下进行。说明在采用混合法生产硅钙的过程中，炉内SiC的生成不可避免。而从图1或反应(12)、(14)看出：SiC的分解还原反应需要在1875℃或2115℃以上的高温下才能进行，说明SiC形成后再用CaO和SiO₂ 进行分解、破坏不容易。SiC的熔点是2540℃,在熔渣中常优先于其他组元结晶出来，大部分SiC将积存于炉底。从工艺操作中应设法减少炉中SiC的生成，使炉料能迅速地进入高温区域，保持高炉温，控制反应式(1)的进行。

从图1和反应式(2)、(7)看出，用CaC₂ 来还原SiO₂ 生成CaSi及CaSi₂ 的反应随温度的升高自由能变化负值增大的速率较快，说明炉内(2)、(7)反应较易进行，先用CaO使炉内生成CaC₂  或用外加CaC₂   作还原剂生产硅钙合金可行。

从图1和反应式(3)看出，炉内的SiO₂ 部分还原成SiO,自由能负值增加快，SiO生成反应易于进行。但生产的SiO易于挥发损失，故在生产中需要保 持一定厚度的料层，以吸收气态的SiO,使之转变为Si或SiC,提高Si元素的回收率。

从反应式(4)和图1看出，在铁存在时，用碳还原CaO和SiO₂ 的反应，能够在较低的温度下开始，直线(4)的斜率大，化学反应将以较快的速度向右进行，说明有铁存在时有利于硅钙合金的产生。它是生产硅钙合金及低品位硅钙合金的理论依据。

反应(5)表明，在有碳存在时SiO₂ 及 CaC₂ 生成CaSi₂ 的反应，其自由能变化的斜率比反应(2)及其他生成CaSi₂ 和CaSi合金的自由能变化线的斜率都大，即其△G₃ °的负值随温度增长的速率快。在一定条件下，这一反应在硅钙合金的生产中将起到主要作用。

反应(6)是SiO₂ 单独被碳还原生成Si的反应。它在较高的温度下进行。

反应(8)和(10)表明，当CaO和SiO₂ 用碳还原冶炼硅钙合金时将生成SiC和蒸汽状态的Ca元素，它们的理论开始反应温度，比生成CaSi₂ 所需的温度稍低，这一理论适用于不利用CaC₂ 参与反应而生产硅钙合金的工艺。当炉料中存有过量碳时，反应(8)很容易进行，其后果是钙蒸汽的大量挥发损失。当温度高于1702℃时，硅钙合金生产中不借助于中间产物CaC₂,而用CaO和SiO₂ 直接被碳还原生产CaSi合金是可能的。这是采用混合加料法生产硅钙合金的基本物化反应和理论依据，这一化学反应进行的温度，比借助于CaC₂  作中间物的分层加料法所需温度要高一些。

反应(11)、(12)、(13)、(14)均为炉内SiC被破坏的反应，这些反应均需在超过1850℃或2200℃ 以上的高温下才能进行，说明SiC的分解破坏较难进行。

反应(15)说明CaO用碳直接还原生成硅钙极困难。反应(16)表明CaC₂用CaO来破坏更不易进行。

2  硅钙合金相图分析

新硅钙合金相图温度和组成关系见图2。

从相图中可知，Si和Ca可形成3种硅钙化合物，即Ca₂Si、CaSi和 CaSi₂,它们的熔点分别为1314℃、1224℃和1040℃(分解温度)。从物化反应的热力学数据分析，以 CaSi₂ 的反应自由能的负值大、稳定性高，由此可知，其钙蒸汽压力低，生产过程中蒸发损失小，若以硅钙的物性看，其熔点低，对产物的分离有利，从生产硅钙合金的产品标准(Ca28%～31%,Si55%～65%)成分分析看，其熔点约为1030℃,对产品的流动性有利。

3  硅钙合金生产方法的比较及其工艺特点

硅钙合金的工业性生产，目前国内外采用4种工艺方法：混合法(一步法)、二步法、分层法和电硅热法。

                                                                                图2 新的硅钙合金相图

Fig.2    New phase diagram of silicocalcium

3.1  混合法

又称“一步法”,是将称量好且混合均匀的干燥石灰、硅石、碳质还原剂装入埋弧电炉中，采用捣炉、透气、焖烧等工艺操作，生产出含Si55%～60%和Ca 28%～31%的硅钙合金。

此方法的主要化学反应为(10)式，其乘以5得出下式：

  CaO()+2SiO₂)+5C(g)=CaSi₂()+5CO(g)

△ Gθ=2039972- 1032.8  T J/mol ·CO T 开=1702℃

从化学热力学角度可明显看出上述反应一定存在，但反应需在高温下进行。

实际生产中情况较复杂，由于加入炉内的CaO

和SiO₂ 是混合料，易于发生以下成渣反应：

2CaO+SiO₂=SiO₂ ·2CaO

△ Gθ=- 144348- 13.97 T

形成大量低熔点炉渣，这种硅酸盐只有在超过2300℃的高温时才能分解还原15],成渣反应降低了(10) 式中的CaO和SiO₂ 的活度，同时由于低熔点渣的形成，降低了反应区的温度，使得生成CaSi₂ 的反应(10)更难以进行。

为提高炉温，要采取提高炉渣熔点的方法，即往炉料中配入过量碳，促使反应(1)、(9)进行。

SiO₂ (s)+3C(g)=SiC(s)+2CO(g) T 开=1235℃ CaO(s)+3C(m)= CaC₂+CO(g)T 开=1864 ℃

(1)、(9)反应产生的高熔点组分SiC(熔点2540℃)和CaC₂ (熔点2300℃)进入炉渣，提高了炉渣熔点，提高了成渣温度，以获得保证反应(10)进行所需的高温。

由于SiC、CaC₂ 的生成并沉积于炉底，从而造成炉底升高即炉底上涨，为此需利用反应(2)和(12)即：

CaC₂+SiO₂=CaSi+2COT      T 开=1433℃

2SiC+SiO₂=3Si+2CO1      T 开=2076℃

来破坏炉内所生成的碳化物，以控制炉底的上涨，并生成所需的硅钙合金。这需要采取定期往炉内单独加入部分硅石的措施来完成。以上是混合法所依据的原理和工艺方法，其特点是：

(1)工艺操作简便，炉况易于掌握。

(2)由于硅酸钙成渣反应的进行，渣量加大、Ca和Si元素回收率低。

(3)过量碳的加入使得炉料的比电阻变小，电极不易下插，炉口料层疏松，炉子热损失大，炉口塌料跑火现象较多。

(4)由于SiC比CaC₂ 易于生成，且难于被破坏分解，使得炉渣中含有较多的SiC。此种炉渣密度较合金密度大，位于合金下部，且渣中SiC的熔点很高，先于渣中其它组分结晶出来，沉积于炉底，生成以SiC骨架的炉瘤，致使炉底不断上涨，缩短生产周期。混合法的炉子周期，国外一般为3个月，旋转炉体的周期可达6个月以上，国内采用混合法工艺生产时炉役周期一般为20～30天。

3.2  二步法

二步法的工艺过程是先将含CaO≥80%的高质量石灰和碳质还原剂，按反应式(9)

CaO( 。)+3C(q)=CaC₂(s)+ CO(g)

进行生产电石的配料，先在一台电炉中炼制CaC2,然后将生产出的CaC₂ 冷却破碎，再配入相应数量的硅石及碳质还原剂，在另一台电炉中生产硅钙合金，其主要化学反应为(5)式，即：CaC₂ (s)+2SiO₂ ()+2C(g)=CaSizc)+4CO(g)。这种工艺从加料操作上避免了CaO 和SiO₂ 的接触，解决了成渣温度低、炉温难以提高的问题。此法不需加入过量的碳质还原剂，基本上避免了炉内碳化物的积存及炉底上涨,可使炉子连续生产，没有周期性停炉。但这种工艺存在以下缺点：

(1)需用两台电炉及相关设备(一台炉生产电石，一台炉生产硅钙合金)。

(2)综合电耗高，热能利用不合理。作为第二台电炉的原料一电石需进行冷却加工、重新熔化升温，耗费大量的热能。而且电石破碎加工过程中易吸水粉化，机械破碎损失也大。

(3)对原料中的水分要求严格。由于电石易吸水分解生成乙炔气体 (CaC₂+2H₂O=Ca(OH)₂+C₂H₂T)所以配入的碳质还原剂需进行烘烤、干燥后入炉。另外，原料利用率低，还会带入大量分解后生成的Ca(OH)₂,造成电炉透气性不好。CaC₂ 受潮分解出的C₂H₂ 排出时易爆，不安全，使劳动条件变坏。

3.3  分层加料法

综合比较混合法及二步法的优缺点，依据硅钙合金生产的原理，原北京铁合金厂在生产实践中逐渐探索并创造了一种崭新的硅钙合金生产工艺，即分层加料法(分层法)。

分层法的基本原理是在同一矿热炉内改变加料工艺，使二步法的冶炼工艺在一台电炉中实现。从工艺操作方面减少CaO和SiO₂ 接触生成低熔点硅酸钙渣，因而可不用加过量碳操作，以减少SiC的形成，减少渣中碳化物沉积炉底的现象，延长电炉的冶炼周期。其措施是在同一炉内先加石灰和碳质还原剂以生成CaC₂, 然后在热状态下向炉内加入SiO₂ (硅石)破坏CaC₂,简要的说即是先在炉内冶炼低发气量的电石，液态电石不出炉，继而向液态电石中加入硅石，使之生成硅钙合金。这种新工艺大大提高了电能的利用率，降低了成品的单位电耗。

原北京铁合金厂从1964年开始在0.4MVA电炉上用分层法新工艺炼制硅钙合金，收到提高元素 回收率和降低电耗的良好效果。四十年来该厂一直沿用分层法生产。1982年3月又在1MVA电炉应用这一新工艺，同样取得了良好效果。现将该厂和国内某厂硅钙合金生产指标列于表1。

                                           表 1 混合法和分层法生产硅钙合金指标对比                          Tab.1 Productive index comparision of silicocalcium produced by slicing process and mixing process

注：1.北京首钢铁合金厂Ca、Si回收率高，除工艺方面不同外，还采取了将炉渣残留物回收入炉的措施。

2. 分层法生产的高牌号硅钙合金比例大，电炉容量小，单位电耗偏高。

分层法操作工艺特点是每炉冶炼分为3个阶段：一阶段为出铁后升温和干烧炉底阶段，此期间基本上不向炉内投新料，时间约为整炉冶炼时间的1/6和1/8;第二阶段是形成电石(CaC₂)阶段，将全炉冶炼所有的石灰及按冶炼低品位电石所需的碳质还原剂一次投入电极周围的高温区，进行电石冶炼。

近年来国外文献中发表过近似分层法生产硅钙合金的报导，西德报导原苏联成功的在大型电炉中首先将炉中 CaO生成CaC₂ 之后再加石英和其余的炭生成合金。文献[5]还介绍了一种尽可能高熔解CaC₂ 量的硅酸钙渣冶炼方法，先把生成 CaC₂ 所需的石灰和所需炭加进去，以后再使CaC₂ 和 SiO₂ 反应生成合金，直到渣中CaC₂ 下降后再重新加入石灰和炭生成CaC₂ 。这与原北京铁合金厂早在1964年开创的分层加料的理论依据是一致的。笔者认为对“分层加料法”这一新的冶炼硅钙合金的工艺方法，应继续研究改进，争取在大型电炉上推广应用，定会取得更大的经济效益。

3.4  电硅热法

原苏联首先进行了用电硅热法生产硅钙合金的工业实践。这一方法的依据是利用75%硅铁中的自由Si作还原剂，还原CaO生成硅钙合金，其还原过程可按下式进行：

4CaO+6Si (微离)+Fe₂Sis=2CaSi₂Fe₂Sis+2CaO ·SiO₂

由于合金中含有一定量的铁元素，反应易于进行，在生产中避免了造成炉底上涨的任何碳化物生成，生产效率高，可以做到无周期的生产，但由于原料中带有一定量的铁元素，故只能生产出低品位的硅钙合金。

4  硅钙合金生产中的主要矛盾——炉底上涨、周期停炉

硅钙生产过程中炉底上涨而被迫周期性停炉， 限制了生产率的提高，使产品单位电耗大幅增加，降低了经济效益。因此它是国内各硅钙生产企业急待研究解决的关键课题。多年来国内各企业进行硅钙合金的生产，均在小型电炉中进行，分层法的生产周期最长为10～12个月，一般为7～8个月，混合法的生产周期一般为1个月左右。

为延长硅钙合金电炉的生产周期，控制炉底的上涨，原北京铁合金厂曾对生产过程中的硅钙电炉进行热剖，对上涨的炉底、炉瘤进行观察，并取样分析其化学组成和岩相结构，结果如表2所示。

                                       表2  炉底、炉瘤的化学组成    %

                                   Tab.2    Chemical    composition    of    furnace    accretion    and    bottom       %

炉底炉瘤的岩相分析：

(1)主要矿物质为SiC,分布均匀致密，体积含量为60%～65%。

(2)晶体成自形晶和半自形晶。

(3)其他矿物质有 βCaO ·SiO₂,颗粒较细，填充在SiC间隙中，含量约为5%～10%; CaC₂ 含量为1%～5%。

炉底瘤形成的原因是由于产生过程中炉内存在着反应(1)、(9)式反应的结果。当碳质还原剂较多或分布不均匀时，造成炉内反应区局部碳高，在炉温不高时促使反应(1)、(9)进行，产生出大量 SiC(熔点2500℃)和CaC₂ (熔点2300℃),这些高熔点的组分存在于炉渣中。当炉温降低时SiC、CaC₂ 优先于炉渣其它组分而结晶出来，又由于硅钙合金生产中炉渣的比重大于合金的比重沉积在合金的下面与炉底直 接接触，即SiC首先沉淀于炉底成为骨架，CaC₂ 作为填充物互相结合而形成高熔点的炉瘤，使炉底不断上涨，迫使电极上抬，炉内的熔炼区不断上移，导致炉况恶化，最后被迫停炉。

停炉后需首先将电炉冷却(一般向炉内喷水)并将全部冷凝炉料及熔融物全部清出，然后修补炉衬、出铁口，重新烘炉投料进行新一炉的冶炼。这一过程一般需2～3天，不但耗用大量材料，而且使炉中积蓄热能全部散失。

为延长电炉的生产周期，采取了以下措施：

(1)采用分层法进行硅钙合金生产，在工艺操作方面采用出炉后干烧炉底、前期提温、焖烧等措施，促进炉膛温度提高，使得CaC₂ 和SiC的分解反应顺利进行。在操作得当情况下，可使冶炼周期长达10～12个月。

(2)严格操作，选用比电阻大的优质碳质还原剂，配用量恰当(一般为理论配碳量),混料均匀，保证冶炼过程中电极下插较深，炉况正常。

采取混合法冶炼时，炉料中配碳量为理论用碳量的1.1～1.2倍，目的是使炉渣中生成一定量的SiC和CaC以提高渣的熔点，再采用偏加部分SiO₂ (硅石)的办法将渣中CaC₂ 破坏，以减缓炉底上涨。

(3)出铁后不加新炉料，立即送电。使电弧与炉底上的碳化物接触，干烧炉底，利用高温促使破坏碳化物的反应进行，减缓炉底上涨。

(4)在炉内配加铁料，转炼低牌号硅钙合金破坏以SiC为主体的炉底炉瘤。

为了摸索转炼规律，1978年5月原北京钢铁学院与原北京铁合金厂一起进行了由硅钙合金转炼45%硅铁，再由45%硅铁转炼硅钙合金的试验。

试验在容量为0.4 MVA电炉上进行。试验结果表明，采取转炼45%硅铁的办法，对降低炉底、消除 硅钙合金周期性生产完全可能，并可节电和减轻繁重的清炉劳动。但因45%硅铁的销路及废钢料的供应存在一些问题，当时这一措施未得到推广。

5   3.6   MVA 硅钙电炉混合法工艺的节能降耗措施

5.1 正常冶炼加料操作流程

出炉后加返回渣和铁屑并推平料面加大负荷烧10～15min,下放电极并捣炉、加新料成宽大锥体、撒入附加炭焖烧60～70min,之后把料面推平烧10～15 min,钩开电极周围料并附加硅石、加新料成宽大锥体、撒入附加炭焖烧80min、塌料后推平料面，烧20 min,将电极周围料钩开再附加硅石，加新料成宽大锥体、撒入附加炭焖烧40min出炉。

混合加料方法中尽管遵守最的操作工艺但无法避免炉瘤的上涨，而迫使周期停炉。 SiC是混合加料生产CaSi合金的必然产物，为了得到合格产品，必 须提高炉渣熔点，所以在生产过程中需要加入过量的碳，但同时会造成SiC形成过多。 SiC是可以分解的，炉瘤 (SiC) 的形成是由于SiC形成后未完全被分解掉，就沉入炉底层。因SiC的比重高于合金比重，此时炉底SiC的上部又有2CaO·SiC₂ 的覆盖，而2CaO·SiC₂是一种电阻较大的硅酸钙炉渣，炉底SiC既无电弧加热又无电阻加热，终致炉瘤上涨。

5.2  采取破坏炉瘤的方法来控制炉龄

生产中加入FeO来破坏炉底SiC:FeO+SiC=FeSi+CO↑

生产中每隔一定的时间利用小分层方式破坏炉底，即：

将料批中石灰抽出单独加入“坩埚”区，达到利用CaO破坏SiC的目的：CaO+SiC=CaSi+CO1

在适当的情况下，可适当转产几天FeSi,等炉瘤下降后再转炼CaSi,效果较好,但中间产品较多。

5.3  对出铁口的维护和使用

由于出铁时吹氧和大量的硅酸钙渣的冲刷，对出铁口的损坏量大，造成堵眼困难甚至危及炉龄周期，需要定期维修。为了延长其使用寿命，日常中的维护非常重要。

(1)堵眼的泥球中多加碳质材料，以减轻吹氧吸联对炉口的氧化。

(2)出炉时尽量用钢钎捅穿，以减少使用氧气对炉眼的氧化。

(3)尽量减少跑眼事故的发生，因为跑眼时大量的两性氧化物渣对炉眼的破坏很大。

(4)可以用一些特殊材料制作铁口，如：碳镁砖、金钢玉砖、石墨等，但造价较高，可根据自己的技术经济指标而定。

5.4  极心圆直径的选择

在选择极心圆直径时不能只依据理论计算数据，因每台炉子的短网设计、电损不同，其输入炉内的有效功率无法相同，所以在选择极心圆直径还应根据有效相电压的梯度来确定。如四川槽电硅钙厂1*炉2002年4月份极心圆根据有效相电压的调整前后对比见表3。

                                                             表3  1'炉极心圆调整前后单位电耗对比

                                                      Tab.3 Comparision between unit power consumption before and after electrode circle adjustment in furnace 1*

5.5  能量分配对技术经济指标的影响

能量分配在生产过程中起着重要的作用。能量在上部分配过多易造成炉料熔化过快，SiC形成过多，后果是还原速度落后于熔化速度，导致渣量大，炉瘤(SiC)上涨快。如果下部(熔池)的能量分配过多，则会造成合金过热、元素挥发严重、产量低、电耗高。能量分配可通过调整操作电阻的方式来改变。在选择好了合适的工艺参数后，通过附加硅石和改变焦炭比电阻来控制电极深度。如四川世宇冶炼公司2007年10月份的试验，见表4。

6  问题和对策

       几十年来我国硅钙生产中存在的问题是能耗高，每吨产品的冶炼电耗高达13000kWh以上，产品中钙元素含量低，一般在29%以下；物料耗量高、Ca和Si的元素回收率低且污染环境严重。“分层法”新工艺的的出现在某些方面改善了生产的指标。但受电炉容量小的制约，未能解决我国硅钙合金生产中的根本问题。

6.1  电炉大型化

电炉容量是制约我国硅钙生产技术发展的重要因素，近十几年来，在扩大电炉容量方面做了很多工作。当前3.2MVA的硅钙电炉已在很多企业正常运行，吉铁公司等铁合金企业在9MVA、12.5MVA电炉试炼硅钙合金取得一定效果，但均未投入生产。

工业发达国家的硅钙电炉的容量均在6MVA 以上，一般为10MVA、20MVA、30MVA的大型电炉。

关于硅钙电炉的容量问题，法国 PECHINEY公司专家认为不能小于6MVA,并直言，中国利用2.7MVA(当时上海铁合金厂生产硅钙的电炉)不可能取原联邦德国专家认为生产硅钙选用12MVA容量的电炉较好，选用15MVA以上电炉更好，其热制度更好控制。现在的发展趋势是用大电炉冶炼硅钙合金，产品质量好、能耗低。

我国硅钙电炉的大型化，在理论认识方面基本得到解决，但对建设和生产中出现的问题和如何使大电炉正常进行的工艺尚了解甚少。

6.2  研究“分层法”应用于大型电炉设备的措施

从硅钙合金冶炼原理看出，“分层法”工艺是理论应用于实践的典范。将分层法的冶炼工艺应用于大型电炉的关键问题是冶炼坩埚的形成。分层法新开炉的一周内，炉内即可形成一个带“过桥”的坚实 的炉内坩埚。冶炼的全部反应在坩埚内进行，使得热 损失及钙、硅元素的挥发损失减少，炉温高，冶炼顺利进行。能否在大电炉中装设一组人工坩埚，代替小电炉在冶炼过程中自然形成的坩埚。人工坩埚的材质以SiC、CaC₂ 为主组成(自然坩埚的材料结构)。先在5MVA小型电炉试验，成功之后扩大到更大容量电炉，这一设想曾在1.5MVA及 1 MVA小电炉进行了试验，(人工坩埚)证明小电炉中是可行的，建议继续深入研究。

6.3   电炉参数的选择

硅钙生产对电炉参数有特殊要求，不能简单地将硅铁电炉转为硅钙电炉。二次电压要底，低电压大电流是硅钙冶炼用电的主要特点，低电压有利于电极的下插。国内外硅钙电炉二次电流与二次电压的比值的见表5。

                                                         表 5  某些国家、地区硅钙电炉二次电流、电压比

                                                                                  Tab.5  Secondary  current  and voltage  in  silicocalcium  fumace  in some countries and areas

6.4  采用有载调压变压器

硅钙合金冶炼特别需要高温，且热制度稳定，为此要求电极深插并稳定、少动，以及根据炉况变化选择工作电压。当电极被迫上抬时，可以通过变更二次电压，使二次电流和功率保持不变，使电热制度稳定。

6.5  电炉极心圆可调，极心圆功率要大

硅钙电炉极心圆功率密度比硅铁电炉要大，为延长炉体寿命，采用硅钙、硅铁相互转炼的工艺技术时将极心圆进行调整，所以硅钙电炉的电极极心圆大小必须设计为可调整型。

6.6  旋转炉体

为有效破坏炉体积存的碳化物，防止炉底过快上涨，法国BOZEL公司20MVA电炉炉体设计为20～240h转一圈。原苏联硅钙电炉旋转角为20~25度，70h旋转一圈，意大利OET公司30MVA电炉24～140h旋转一圈。

6.7  工艺问题

六十年代以前，西方国家主要采用以碳化钙(电 石)作还原剂，还原硅石中SiO₂ 生产硅钙的二步工艺。当时原苏联主要采用以碳作还原剂的一步法工艺。采用转炼工艺，炉子生产周期为2~3个月，原联邦德国9个月转炼一次，而法国20MVA电炉的生产周期可达一年以上，以上是我国硅钙工作者需要思考的问题。一步法生产中是将硅石、石灰、碳质还原剂等三种原料按一定的比例混合，均匀加人炉内，其化学反应为：

CaO+SiO₂+C=CaSi₂+CO    

上述反应的开始反应温度为1702℃,同时加入炉内的SiO₂ 和 CaO,在电炉高温区相遇后在低于上述化学反应温度下，先生成低熔点的CaO·SiO₂炉渣，使生成 CaSi₂ 的反应难以进行，于是被迫向炉内加入过剩的碳，使之生成一定数量的SiC和CaC₂   熔于渣中，以提高炉渣的熔点，达到生产CaSi₂ 的反应所需温度。但炉渣中高熔点的SiC(熔点2540℃)和CaC₂ (熔点2300℃)沉积于炉底，结晶出来造成炉底上涨。

7  结语

7.1 我国硅钙合金生产中存在的主要问题是冶炼能耗高，产品中钙元素含量低，物料耗量高。电炉的大型化是解决上述矛盾的基本措施。

7.2 应继续深入研究“分层法”冶炼原理及其操作工艺在大型电炉中的应用。

7.3 硅钙合金转炼工艺应在3.2MVA硅钙电炉中不断研究改进，以达到延长冶炼周期和节能降耗的目的。

参考文献

[1]徐鹿鸣.硅钙合金的生产.铁合金，1981(1):4-10

[2]北京铁合金厂等.硅钙合金转炼总结.铁合金，1975(2):24-28

[3] 0 Kubaschweski 等 .Metallurgical Thermochemistry.5th Edition:20-38

[4][苏]M.A 雷斯著，周进华于忠译.铁合金冶炼.冶金工 业出版社，1981:89-95

[5](西德)G. 福尔克特编.铁合金冶金学.俞辉，顾镜清译.上海科学技术出版社.1978:485-488

行业信息

硅铁四巨头制定出厂统一指导价

在第七届中国铁合金协会第三届硅铁行业研讨会上获悉，西北腾达铁合金公司、鄂尔多斯西金冶矿、青海物通、青海 华电四家硅铁巨头与各参会企业达成一致意见：制定统一指 导价格，75%硅铁出厂价格6800元/吨，以稳定市场价格。

据悉，硅铁行业是我国钢铁的上游产业，上述四家企业占据这一行业一半以上的产能。因钢铁行业减产，硅铁行业受到影响，目前60%的企业处于停产状态，价格与成本倒挂。

会议要求与会企业严格按照指导价格来执行，如果要调整出售价格需要提前与四家沟通，征得同意以后，方可调整。而且还商定让国内大、中型的硅铁生产企业全部停产，只销售目前的库存来达到稳定价格的目的。

据相关人士表示，这反映了行业巨头努力救市的态度，但要实现上述统一行动尚有难度，因为目前该行业的疲软，关键是钢铁市场需求减弱。

据了解，硅铁价格迄今已暴跌一半。上述企业制定的统一 价格比市场价要高，而更严重的问题是，目前市场几乎没有需求，导致硅铁行业企业库存严重，而硅铁只有3个月保质期。

摘自《铁合金经济技术信息》