一种硅铁的冶炼方法和硅铁冶炼炉

摘要

本发明公开了一种硅铁的冶炼方法和硅铁冶炼炉。本发明采用中频感应合并直流电极的方法，同时提高石墨坩埚中心点和周边温度，从而加速中心点和周边埚体的分子流动，使电弧产生的聚集在中心点的大量热量被传递至周边区域，使位于坩埚周边位置的硅石亦能脱氧还原形成硅铁，同时，由于中心点聚集的大量热量得以向周边传导，使中心区域形成的碳化硅数量大大减少，电弧也得以进一步扩散。

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅铁的冶炼方法和硅铁冶炼炉。

背景技术

硅铁的冶炼方法是将硅石、铁屑、焦炭按比例投放到冶炼炉的石墨坩埚中，而冶炼炉则依靠炉料中的三根电极在炉料底部产生电弧，电弧产生的高温使硅石脱氧形成单质硅和铁元素，亦就是硅铁。由于石墨坩埚的周围都是散热部分，没有加温设备，石墨坩埚的中心点和周边形成了极高的温差梯度。由于电弧所在中心点的温度极高，容易产生碳化硅，影响电弧的进一步扩散，而四周由于温度偏低，硅石不能脱氧还原形成半熟死料区，如此，不但造成了电能和原材料的大量浪费，同时也缩短了冶炼炉的使用寿命。在使用前述生产硅铁的方法中，每生产1吨含75％硅的硅铁耗电量约为9000千瓦时。

发明内容

本发明的目的是提供了一种新型的硅铁冶炼方法，以解决现有技术中存在的上述问题。本发明采用中频感应合并直流电极的方法，同时提高石墨坩埚中心点和周边温度，从而加速中心点和周边埚体的分子流动，使电弧产生的聚集在中心点的大量热量被传递至周边区域，使位于坩埚周边位置的硅石亦能脱氧还原形成硅铁，同时，由于中心点聚集的大量热量得以向周边传导，使中心区域形成的碳化硅数量大大减少，电弧也得以进一步扩散。

本发明还有一个目的是提供一种新型的硅铁冶炼炉，可以大大节约冶炼硅铁所需的耗电量。

本发明提供的技术方案如下：

一种硅铁的冶炼方法，包括如下步骤：

A、在石墨坩埚的周边设置电磁感应线圈，将硅石、焦炭、铁屑加入到石墨坩埚中；

B、使用电磁感应线圈将石墨坩埚加热至1550℃～1700℃，使前述混合物部分熔融；

C、将直流石墨电极通电，石墨电极始终保持与熔融的液体接触，升温至1600℃~1800℃并保持在1600℃~1800℃下反应获得硅铁。

前述硅铁的冶炼方法中，硅石、焦炭、铁屑的重量比为1∶0.32~0.48∶0.06~0.1，优选为1∶0.4∶0.08。

前述硅铁的冶炼方法中，石墨电极为正极，石墨坩埚为负极；直流石墨电极始终保持与熔融的液体接触，以使其在硅铁液体的表面产生电弧。

前述硅铁的冶炼方法中，还可以在距离石墨坩埚底部9～11cm的位置设置一个硅铁的流出口，使硅铁液体在石墨坩埚内的深度保持在设置硅铁流出口的位置。设置上述流出口后，可以在石墨坩埚的上部不断投入硅石、焦炭、铁屑等反应形成硅铁的原料，同时流出口可以连续地流出硅铁，使形成硅铁的反应可以连续进行。根据需要还可以进行捣炉、扎眼等操作。

前述硅铁的冶炼方法中：所述硅石的二氧化硅含量大于98％、粒度小于6mm；所述焦炭的粒度小于10mm，所述铁屑的粒度小于10mm。还可以将前述重量比的硅石、铁屑、焦炭混合后加工成块状成型物，放入冶炼炉中，从而进一步加强各组分间的热传递。

前述硅铁的冶炼方法中，电磁感应线圈的工作电压为220~800伏，工作频率为500~10000Hz。用电磁感应原理，将石墨坩埚放置于交变磁场中产生涡流加热石墨坩埚埚体，从而达到提高冶炼炉中石墨坩埚的周边温度的目的。

前述硅铁的冶炼方法中，所述焦炭为冶金焦、煤气焦、石油焦、土焦，优选为石油焦。

前述硅铁的冶炼方法中，所述石墨电极直径与前述石墨坩埚直径的比例为1∶9～11，优选为1∶10。

一种硅铁冶炼炉，包括直流导电石墨电极、石墨坩埚和电磁感应线圈，石墨坩埚设置在电磁感应线圈中，石墨坩埚中心设置直流导电石墨电极，石墨电极为正极，石墨坩埚为负极。

本发明采用中频感应合并直流电极的方法，同时提高石墨坩埚中心点和周边温度，从而加速中心点和周边埚体的分子流动，使电弧产生的聚集在中心点的大量热量被传递至周边区域，使位于坩埚周边位置的硅石亦能脱氧还原形成硅铁，同时，由于中心点聚集的大量热量得以向周边传导，使中心区域形成的碳化硅数量大大减少，电弧也得以进一步扩散。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

将2500公斤粒度小于6mm、纯度大于98％的硅石，1000公斤粒度小于10mm的石油焦，200公斤粒度小于10mm的铁屑全部放置入石墨坩埚中。

在石墨坩埚的周边设置电磁感应线圈，使用电压为220伏，工作频率为2000Hz的电磁感应线圈将石墨坩埚加热到1550℃，使前述混合物部分熔融。

将直流石墨电极通电，石墨电极为正极，石墨坩埚为负极，石墨电极的直径为石墨坩埚的1/11，石墨电极始终与熔融的液体接触，以使其在硅铁液体的表面产生电弧，升温至1600℃并保持在1600℃下反应1小时，得到1000kg硅铁，耗电量为5800千瓦时。

实施例2

将2500公斤粒度小于6mm、纯度大于98％的硅石，800公斤粒度小于10mm的石油焦，150公斤粒度小于10mm的铁屑全部放置入石墨坩埚中。

在石墨坩埚的周边设置电磁感应线圈，使用电压为220伏，工作频率为2000Hz的电磁感应线圈将石墨坩埚加热到1700℃，使前述混合物部分熔融。

将直流石墨电极通电，石墨电极为正极，石墨坩埚为负极，石墨电极的直径为石墨坩埚的1/9，石墨电极始终与熔融的液体接触，以使其在硅铁液体的表面产生电弧，保持在1700℃下反应2小时，每间隔10分钟进行捣炉、扎眼，得到980kg硅铁，耗电量为6050千瓦时。

实施例3

将2500公斤粒度小于6mm、纯度大于98％的硅石，1200公斤粒度小于10mm的石油焦，250公斤粒度小于10mm的铁屑全部放置入石墨坩埚中。

在石墨坩埚的周边设置电磁感应线圈，使用电压为220伏，工作频率为2000Hz的电磁感应线圈将石墨坩埚加热到1700℃，使前述混合物部分熔融。

将直流石墨电极通电，石墨电极为正极，石墨坩埚为负极，石墨电极的直径为石墨坩埚的1/10，石墨电极始终与熔融的液体接触，以使其在硅铁液体的表面产生电弧，升温至1800℃并保持在1800℃下反应2小时，每间隔10分钟进行捣炉、扎眼，得到1200kg硅铁，耗电量为6200千瓦时。

实施例4

将粒度小于6mm、纯度大于98％的硅石，粒度小于10mm的石油焦，粒度小于10mm的铁屑按重量比1∶0.4∶0.08不间断地放置入石墨坩埚中。

在石墨坩埚的周边设置电磁感应线圈，使用电压为220伏，工作频率为2000Hz的电磁感应线圈将石墨坩埚加热到1700℃，使前述混合物部分熔融。

将直流石墨电极通电，石墨电极为正极，石墨坩埚为负极，石墨电极的直径为石墨坩埚的1/10，石墨电极始终与熔融的液体接触，以使其在硅铁液体的表面产生电弧，升温至1800℃并保持在1800℃下反应，每间隔10分钟进行捣炉、扎眼。

在距离石墨坩埚底部9～11cm的位置设置一个硅铁的流出口，使硅铁液体在石墨坩埚内的深度保持在设置硅铁流出口的位置。设置上述流出口后，可以在石墨坩埚的上部不断投入硅石、焦炭、铁屑等反应形成硅铁的原料，同时流出口可以连续地流出硅铁，使形成硅铁的反应可以连续进行，每生产一吨硅铁消耗的电量为5800千瓦时。

上述仅为本发明的四个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。