페로 실리콘 생산 방법은 주로 고온 감소 반응을 기반으로합니다. 주요 과정은 탄소 환원제를 사용하여 전기 용광로에서 실리카 (SIO₂) 및 철의 감소하여 페로 실리콘 합금을 생성하는 것입니다.
1. 원료 준비
실리카 (sio₂) :
요구 사항 : 실리콘 순도를 보장하기 위해 97%이상의 실리카 함량, 낮은 불순물 함량 (예 : Al₂o₃, Cao).
전처리 : 반응 효율을 향상시키기 위해 5-50 mm 입자로 분쇄.
철의 원천:
강철 스크랩, 철 파일 또는 철광석 (예 : 자철석)이 일반적으로 사용됩니다.
철의 역할 : 실리콘의 담체 역할을하고 반응 온도를 줄이며 합금을 형성합니다.
탄소 환원제:
콜라 (우선) : 고정 된 탄소 함량 (80%이상), 낮은 재 함량 (10%이상).
기타 : 숯, 석유 코크스 (특별한 요구 사항에 대한 비싸다).
보조 원료:
강철 스크랩 (가마의 공기 투과성을 조절하기 위해 라임 (플럭스) (슬래그의 점도를 줄이기 위해).
2. 주요 장비 - 수중 아크로 (전기 아크로)
용광로 유형:
플럭스 하에서 개방형 또는 닫힌 아크 퍼니스, 폐쇄 형 유형은 주요 유형 (환경 친화적이며 높은 수준의 열 에너지 사용)입니다.
용량 : 일반적으로 10-50 MW, 최대 100의 큰 용광로 용량, 000 톤/년.
전극:
전기 에너지를 퍼니스 충전으로 깊숙이 전달하는 직경이 최대 1.5 미터 인 자체 구운 전극 또는 흑연 전극.
스토브 디자인:
내화 된 재료 라이닝 (예 : 탄소 벽돌, 마그네시아 벽돌) 고온에 내성이 있습니다 (1800-2000도).
3. 생산 과정
(1) 투약 및 하중
실리카, 철, 코크스 및 보조 원료를 비율로 혼합하십시오 (예 : 실리카 : 콜라 3 : 1).
층별 로딩 : 바닥에 코크스, 실리카 혼합물 및 상단에 철원이있어 용광로의 공기 투과성을 유지합니다.
(2) 고온 감소 반응
반응 온도: 1600 ~ 2000도, 에너지는 전기 아크와 저항성 가열에 의해 공급됩니다.
주요 화학 반응이다:
sio 2+2 c → si +2 co ↑ (기본 반응) feo+c → fe+co ↑ (철원의 감소).
부작용: SIC 및 FESI₂와 같은 소량의 중간체가 형성됩니다. 과도한 탄산을 방지하기 위해 용광로의 온도를 제어해야합니다.
(3) 용융 및 박리
감소 된 실리콘 및 철은 합금 용융물 (약 5.2 g/cm³)을 형성하여 용광로의 바닥에 가라 앉습니다.
슬래그 (주로 cao-sio ₂ -al₂o₃로 구성된)는 상단에 떠 오르고 정기적으로 배출됩니다.
(4) 쏟아지고 캐스팅
녹은 페로 실리콘은 배출구 구멍을 통해 국자로 들어갑니다.
잉곳 또는 과립에 붓습니다 (물 담금질은 세분화 된 페로 실리콘을 얻기 위해 사용됩니다).
(5) 정제 (선택 사항)
산소/아르곤 퍼징: 알루미늄 및 칼슘과 같은 불순물을 줄여서 알루미늄 페로 실리콘 (예 : 마그네슘 금속의 감소를위한 특수 등급)을 초래합니다.
슬래그 형성제의 추가: 불순물의 추가 분리.
4. 에너지 소비 및 전력 요구 사항
전기 소비:
1 톤의 Ferrosilicon을 생산하려면 8, 000-9, 000 KWh의 전기가 필요하며, 이는 총 비용의 60-70%입니다.
에너지 원 : 대부분은 수력 발전이 많은 지역에 위치하고 있습니다 (예 : Yunnan, China 및 Norway).
에너지 절약 기술:
폐 열 회수 (원자재를 예열하기 위해 배기 가스 사용).
폐쇄 형 전기 용광로는 열 손실을 줄입니다.
5. 환경 보호 조치
배기 가스 처리:
닫힌 전기 용광로는 공동 가스를 수집합니다 (전기를 생성하거나 화학 공급 원료로 사용하기 위해 연소 될 수 있음).
백 필터는 먼지 (건축 자재 생산에 사용되는 Sio₂ 입자 포함)를 포착합니다.
폐수 처리:
실리콘 파우더 오염을 방지하기 위해 과립성 페로 실리콘 물 폐수를 재활용해야합니다.
고형 폐기물 처리:
슬래그는 도로 건설 또는 시멘트 첨가제로 사용할 수 있습니다.
6. 특별 생산 프로세스
(1) 직접 방법 (1 단계 방법)
실리카 및 철의 동시 감소, 저 및 중질 품종에 적합합니다 (예 : FESI45).
장점 : 간단한 프로세스, 저렴한 비용; 단점 : 불순물 통제가 열악합니다.
(2) 간접 방법 (2 단계 방법)
첫째, 산업용 실리콘 (SI가 98%이상 또는 동일)이 생성 된 후, 고유 한 페로 실리콘 (예 : FESI90)을 생성하기 위해 철으로 녹입니다.
장점 : 더 높은 순도; 단점 : 에너지 소비 증가.
7. 세계 생산의 특성
중국:
노스 웨스트 (Ningxia, Inner Mongolia) 및 Southwest (Yunnan)의 수력 발전 지역에 집중된 세계 생산 능력의 60% 이상을 차지합니다.
최근에는 작고 쓸모없는 용광로 (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
노르웨이/러시아 :
고 부가가치 페로 실리콘을 생산하기 위해 청정 에너지 (수력/핵)의 사용 (예 : 저 알루미늄 FESI75).
8. 기술적 도전과 혁신
원료 교체: 탄소 배출을 줄이기 위해 코크스를 바이오 매스 석탄으로 대체하려고 시도합니다.
지능형 제어:
인공 지능을 사용하여 성분 및 오븐 온도의 최적화 에너지 효율을 향상시킵니다 (예 : 에너지 소비 감소).
수소 야금 검사:
생산의 환경 친화 성을 달성하기 위해 탄소 환원제의 부분 교체에 수소를 사용할 가능성에 대한 연구 (여전히 실험실 연구 단계).