Metode proizvodnje Ferrosilicon temeljijo predvsem na reakcijah zmanjševanja visokotemperature. Glavni postopek je zmanjšanje silicijevega dioksida (SiO₂) in železa v električni peči z uporabo sredstva za zmanjšanje ogljika za izdelavo zlitine Ferrosilicon.
1. Priprava surovin
Silicijev dioksid (sio₂):
Zahteve: Vsebnost silicijevega dioksida, večja ali enaka 97%, vsebnost nizke nečistoče (npr. AL₂O₃, CAO), da se zagotovi čistost silicija.
Predobdelava: drobljenje na 5-50 mm delce za izboljšanje učinkovitosti reakcije.
Vir železa:
Običajno se uporabljajo jekleni ostanki, železni vlogi ali železna ruda (npr. Magnetit).
Vloga železa: deluje kot nosilec silicija, znižuje reakcijsko temperaturo in tvori zlitino.
Sredstvo za zmanjšanje ogljika:
Koks (prednostno): visoka vsebnost fiksnega ogljika (večja ali enaka 80%), nizka vsebnost pepela (manjša ali enaka 10%).
Druge: oglje, naftni koks (dražje, za posebne zahteve).
Pomožne surovine:
jekleni ostanki (za uravnavanje prepustnosti zraka peči), apno (tok, da se zmanjša viskoznost žlindre).
2. Glavna oprema - potopljena ločna peč (električna ločna peč)
Vrsta peči:
Odprta ali zaprta ločna peč pod tokom, pri čemer je glavni tip (okolju prijazen in z visoko stopnjo uporabe toplotne energije).
Zmogljivost: Običajno 10-50 MW, velika zmogljivost peči do 100, 000 tone/leto.
Elektrode:
Samozakovane elektrode ali grafitne elektrode premera do 1,5 metra, ki prenašajo električno energijo globoko v naboj peči.
Oblikovanje peči:
Ognjevarna obloga materiala (npr. Ogljikova opeka, magnezija opeka) odporna na visoke temperature (1800-2000 stopinja).
3. Proces proizvodnje
(1) odmerjanje in nalaganje
V razmerju zmešajte silicijev dioksid, železo, koks in pomožne surovine (npr. Silicijev dioksid: kokslj3: 1).
Nalaganje plasti za plast: koks na dnu, mešanica silicijevega dioksida in vira železa na vrhu, da se ohrani prepustnost zraka v peči.
(2) Reakcija znižanja visoke temperature
Reakcijska temperatura: 1600 ~ 2000 stopinj, energijo oskrbuje z električnim lokom in uporovnim ogrevanjem.
Glavne kemijske reakcijeso:
Sio 2+2 c → si +2 co ↑ (osnovna reakcija) feo+c → fe+co ↑ (zmanjšanje vira železa).
Neželene učinke: Oblikovane so majhne količine intermediatov, kot sta SIC in FESI₂. Za preprečevanje prekomerne karbonacije je treba nadzorovati temperaturo peči.
(3) taljenje in razplet
Zmanjšana silicij in železo tvorita talino zlitine (gostota približno 5,2 g/cm³), ki se potopi na dno peči.
Žlobnica (večinoma sestavljena iz Cao-Sio₂-Al₂o₃) lebdi na vrh in se redno odvaja.
(4) izlivanje in vlivanje
Molten Ferrosilicon vstopi v lov skozi luknjo.
Vlijemo se v ingote ali granulirano (za pridobivanje zrnatega ferosilikona se uporablja kaljenje vode).
(5) Rafiniranje (neobvezno)
Čiščenje kisika/argona: Zmanjšuje nečistoče, kot sta aluminij in kalcij, kar ima za posledico nizko aluminijev ferosilikon (npr. Posebne ocene za zmanjšanje magnezijeve kovine).
Dodajanje sredstva, ki tvori žlindre: Nadaljnja ločitev nečistoč.
4. Poraba energije in potrebe po energiji
Poraba električne energije:
Za izdelavo 1 tone Ferrosilicona, 8, 000-9, je potrebno 000 kWh električne energije, kar je 60-70% skupnih stroškov.
Viri energije: Večina jih je na območjih z veliko hidroelektrarne (npr. Yunnan, Kitajska in Norveška).
Tehnologije varčevanja z energijo:
Rekuperacija toplote (uporaba izpušnih plinov za predgrevanje surovin).
Električne peči zaprtega tipa zmanjšujejo izgubo toplote.
5. Ukrepi za varstvo okolja
Obdelava izpušnih plinov:
Zaprte električne peči zbirajo CO plin (ki ga je mogoče zažgati za proizvodnjo električne energije ali se uporablja kot kemična surovina).
Vresni filtri zajemajo prah (vključno z delci sio₂, ki se uporabljajo pri proizvodnji gradbenih materialov).
Čiščenje odpadne vode:
Odpadno vodo z granularno Ferrosilicon je treba reciklirati, da se prepreči onesnaževanje silicija v prahu.
Odlaganje trdnih odpadkov:
Slanka se lahko uporablja za gradnjo cest ali kot dodatek k cementu.
6. Posebni proizvodni procesi
(1) Neposredna metoda (enostopenjska metoda)
Hkratno zmanjšanje silicijevega dioksida in železa, primerno za nizko-in srednje-veliko-veliko-sorte (npr. FESI45).
Prednosti: preprost postopek, nizki stroški; Slabosti: slab nadzor nečistoč.
(2) Posredna metoda (dvostopenjska metoda)
Najprej se proizvede industrijski silicij (SI, večji ali enak 98%), nato pa se topi z železom, da nastane visoko-silen ferosilikon (npr. FESI90).
Prednosti: večja čistost; Slabosti: povečana poraba energije.
7. Značilnosti svetovne proizvodnje
Kitajska:
predstavlja več kot 60% svetovne proizvodne zmogljivosti, koncentrirane v hidroenergetskih regijah severozahoda (Ningxia, Inner Mongolia) in jugozahoda (Yunnan).
V zadnjih letih majhne in zastarele peči (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Norveška/Rusija:
Uporaba čiste energije (hidroelektrarna/jedrska) za proizvodnjo ferosilicona z visoko vrednostjo (npr. Aluminium FESI75).
8. Tehnološki izzivi in inovacije
Zamenjava surovin: Poskusi nadomestitve koksa z biomasnim premogom za zmanjšanje emisij ogljika.
Inteligenten nadzor:
Optimizacija sestavin in temperature pečice z uporabo umetne inteligence za izboljšanje energetske učinkovitosti (npr. 5-10% zmanjšanje porabe energije).
Metalurgijski testi vodika:
Preučevanje možnosti uporabe vodika za delno nadomeščanje sredstev za zmanjšanje ogljika, da bi dosegli okoljsko prijaznost proizvodnje (še vedno na fazi laboratorijskih raziskav).