减缓硅钙合金电炉炉缸堆积的技术和电炉优化设计实例贾强1王雪梅1张烽2李蒙姬2万勇31.中钢集团吉林机电设备有限公司，中国吉林，1320212.中国钢研科技集团有限公司，中国北京，1000813.内蒙丰镇市同盛铁合金有限公司，中国丰镇，012100前言2009年以前，国内硅钙合金的生产均采用小型交流和直流电炉，用分层法或混合法冶炼。分层法冶炼的变压器容量最大为1500KVA，冶炼周期几个月或更长些。混合法冶炼的变压器容量分别为1800、3200、最大的容量为6300KVA，冶炼周期大约1个月左右。两种方法均采用固定、敞口式电炉，自焙电极，含钙料采用生石灰。总之那时硅钙电炉的共同问题是炉型小、周期短、能耗高、质量低，环境污染严重。为了一举改变我国硅钙生产的落后状态，在20世纪八十年代，当时的冶金部从意大利O、E、T公司购置一台30000KVA硅钙电炉和相应的配套设施[1]，含硅石水洗和原料运输设备、硅钙冶炼与浇铸的机电设备、厂房钢结构，硅钙破碎和制粉系统，成品的检验仪器，机修设备及部分公用设施，并筹建湖北宜昌铁合金厂。但由于难以说明的因素，时至今日仍然没有建立起来，造成了极大的资源浪费。2009年，陕西盛华冶化有限公司在国内率先成功建造并投产30000KVA硅钙电炉[2]，拉开了我国大容量，旋转炉体，多铁口，采用石灰石混合法冶炼硅钙合金的序幕。至今，我国已有多台12500、16500、18000和30000KVA冶炼硅钙合金电炉在运行，主体炉型为30000KVA。历经半个世纪的努力，我国硅钙合金的生产终于完成了历史性的转变，这些转变除电炉的大型化外，其技术进步表现在：（1）用石灰石代替生石灰。（2）采用混合加料法完全替代分层法。（3）实现了电炉除尘，减少了对环境的污染。（4）实现了矮烟罩旋转炉体与多铁口的结构设计。（5）实现了采用开堵炉眼机的铁口操作。（6）实现了铁水包的倾包和清包的机械化。（7）实现了渣铁分离好，并炉渣百分百的回炉利用。（8）实现了半封闭炉下料管下料。人工加料方式已完全淘汰，大大减轻了工人的劳动强度，工作环境大大改善。（9）合金的成分稳定，含Ca28-30％占主导地位。（10）冶炼的技术经济指标明显改善，硅的利用率≥70％，钙的利用率≥65％（小电炉钙、硅的利用率分别为≤40％和≤50％），冶炼电耗稳定在11500KWh左右。（11）炉役的冶炼周期大大增加，基本可以稳定在一年左右。上述，可以说，使我国硅钙合金的生产发生了历史性的进步。1几年大电炉冶炼硅钙合金的实践说明，延长冶炼周期，改善技术经济指标的工作仍有较大的空间。本文从冶炼硅钙合金的冶金理论和减缓炉缸堆积的技术出发，结合大小容量电炉的生产实践来深入的讨论这个问题，并依此提出25.5MW硅钙电炉的优化设计方案。一．硅钙冶炼的热化学反应理论1.硅的氧化物及还原在Si-O系中最稳定的硅氧化物相是SiO2，其熔点为1933K，它是生产硅钙合金硅元素的来源，在用碳还原SiO2过程中总的反应式为：SiO2+2C=Si+2CO△G0=697390-359.07T（1）当温度达到1942K时为起始的反应温度[3]。（1）式为综合反应式，可以作为配料的基础。在硅钙电炉实际的硅还原中将首先发生两个最主要的过渡反应：SiO2+3C=SiC+2CO△G0=555615-322.11T（2）当PCO=100KP时，1725K时△G0=0。工业碳化硅的生产就是依据（2）式来完成的。显然，（2）式反应是在固态下完成的。SiC是一种化学稳定的物质，这是因为硅与碳原子之间有很强的共价键，它的分解温度高达2880K。另一个硅氧化物被碳还原的过渡反应是SiO2的高温裂解。在液态下纯SiO2的裂解反应按如下反应进行，SiO2=SiO+1/2O2△G0=762240-244.06T（3）在电炉的料层中生成的固态SiC沿着料层由上向下运动；在电弧反应区中生成的气态SiO由电弧反应区自下而上运动，它们的耦合反应就是硅元素生成的终点反应式：SiO+SiC=2Si+CO（4）（4）式是典型的气（SiO）和固（SiC）反应。硅氧化物的还原是一个极其复杂的化学反应过程，物相、物流的转换相当复杂，描述硅氧化物被碳还原的反应机理及热力学可参阅文献[3，4，5]。2.钙氧化物还原的过渡反应在大电炉中生产硅钙合金已经用石灰石（CaCO3）来取代生石灰（CaO）作为钙元素的来源，这样就避免生石灰储存过程中的潮解。在电炉...
