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1、 WORD 学院学生课程设计（论文）题 目：冶炼硅铁工艺设计 学生：邱江 学 号：2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日学院教务处制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、主要原料与工艺。2、课程设计的容和要求（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与数量
2、，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，在说明书中须按规注明设计的依据与主要参考文献；3、主要参考文献1 春德. 铁合金冶金学. 冶金工业.2 卫. 铁合金生产. 冶金工业.3 袁熙志. 冶金工艺工程设计. 冶金工业.4 承武. 炼钢学（下册）.冶金工业.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
3、 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涵工作表现20%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。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%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、加工各种信息与获取新知识的能力
4、。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计算与计算机应用能力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。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。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规化程度5符合本专业相关规或规定要求；规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。11创新10对前
5、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 / 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。11.2 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 原料与其要求2.1.1 含硅原料与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
6、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与操作水平确定，一般大型电炉的硅石入炉粒度为40120mm，小型电炉为2580mm。表1 各种硅石质量的物理性能2.1.2 炭质还原剂与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
7、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%，Al2O30.4%,P2O582 14 3 6 0.6 1200 3054 3203 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。短网的合理布置与结构,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
8、铜排。3.2 电极把持器系统电级把持器是炉最重要的部件之一,它与电极压放、升降装置与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,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,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
9、衬要承受高温电弧和电流的冲刷与炉渣侵蚀。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
10、，炉的反应机理可用图1描述图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一样，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：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
11、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
12、制，即按72Si 74%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，与时与电炉操作工联系加以处理。保持三个坩
13、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, 在没加装中间包与更先进精炼设备时, 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.
