Ferrosiliconi tootmismeetodid põhinevad peamiselt kõrge temperatuuri redutseerimise reaktsioonidel. Peamine protsess on ränidioksiidi (SiO₂) ja raua vähendamine elektri ahjus, kasutades ferrosilikoni sulami tootmiseks süsiniku redutseerijat.
1. Tooraine ettevalmistamine
Ränidioksiid (Sio₂):
Nõuded: Räni puhtuse tagamiseks on ränidioksiidi sisaldus suurem või võrdne 97%-ga, madala lisandite sisaldusega (nt al₂o₃, Cao).
Eeltöötlus: purustamine 5-50 mm osakesteni, et parandada reaktsiooni efektiivsust.
Rauaallikas:
Tavaliselt kasutatakse terasest jääki, rauasisaldusi või rauamaaki (nt magnetiiti).
Raua roll: toimib räni kandjana, vähendab reaktsiooni temperatuuri ja moodustab sulami.
Süsiniku vähendav aine:
Koks (eelistatud): kõrge fikseeritud süsinikusisaldus (suurem kui 80%), madal tuhasisaldus (vähem või võrdne 10%).
Teised: söe, naftakoks (eritinõuete jaoks kallim).
Abistava toormaterjalid:
Terasjäägid (ahju õhu läbilaskvuse reguleerimiseks), lubja (voog, räbu viskoossuse vähendamiseks).
2. Põhivarustus - sukeldatud kaare ahju (elektriahju ahi)
Ahju tüüp:
Voolu all avatud või suletud kaare ahi, peamine tüüp on suletud tüüp (keskkonnasõbralik ja kõrge soojusliku energiatasemega).
Maht: tavaliselt 10-50 mW, suur ahju maht kuni 100, 000 tonni aastas.
Elektroodid:
Ise küpsetatud elektroodid või grafiidielektroodid läbimõõduga kuni 1,5 meetrit, mis edastavad elektrienergiat sügaval ahju laengusse.
Pliidide kujundus:
Tulekindla materjali vooder (nt süsinik tellis, magneesia tellis) kõrge temperatuuri suhtes vastupidav (1800-2000 kraad).
3. Tootmisprotsess
(1) annustamine ja laadimine
Segage suhtega ränidioksiid, raua, koksi ja lisa toorainet (nt ränidioksiid: koks3: 1).
Kihiga kihi laadimine: allosas koks, ränidioksiidi segu ja ülaosas raua allikas, et säilitada õhu läbilaskvus ahjus.
(2) kõrge temperatuuri alandamise reaktsioon
Reaktsioonitemperatuur: 1600 ~ 2000 kraadi, energiat tarnitakse elektrikaare ja takistava kütte abil.
Peamised keemilised reaktsioonidon:
Sio 2+2 c → si +2 co ↑ (põhiline reaktsioon) feo+c → fe+co ↑ (rauaallika vähendamine).
Kõrvaltoimed: Moodustuvad väikesed vahendid, näiteks sic ja fesi₂. Liigse karboniseerumise vältimiseks on vaja kontrollida ahju temperatuuri.
(3) sulamine ja delaminatsioon
Vähendatud räni ja raud moodustavad sulami sula (tihedus umbes 5,2 g/cm³), mis vajub ahju põhja.
Räpp (koosneb peamiselt Cao-Sio₂-al₂o₃), hõljub tippu ja lastakse regulaarselt välja.
(4) valamine ja valamine
Sulatud Ferrosilicon siseneb karelisse läbi väljalaskeaugu.
See valatakse valuplokkidesse või granuleeritakse (granuleeritud ferrosilikooni saamiseks kasutatakse vee kustutamist).
(5) Rafineerimine (valikuline)
Hapnik/argooni puhastamine: Vähendab selliseid lisandeid nagu alumiinium ja kaltsium, mille tulemuseks on madala alumiiniumist ferrosilikoon (nt magneesiummetalli redutseerimise spetsiaalsed hinded).
Räbu moodustava aine lisamine: Lisandite edasine eraldamine.
4. Energiatarbimine ja energiavajadus
Elektritarbimine:
1 tonni Ferrosiliconi saamiseks, 8, 000-9, on vaja elektrit 000 kWh, mis on 60-70% kogukuludest.
Energiaallikad: Enamik neist asub piirkondades, kus on palju hüdroelektrienergiat (nt Yunnan, Hiina ja Norra).
Energiasäästlikud tehnoloogiad:
Jäätmete soojuse taastamine (heitgaaside kasutamine tooraine eelsoojendamiseks).
Suletud tüüpi elektriahjud vähendavad soojuskadu.
5. Keskkonnakaitsemeetmed
Heitgaaside töötlemine:
Suletud elektriahjud koguvad CO gaasi (mida saab põletada elektrienergia tootmiseks või kasutada keemilise lähteainena).
Kotifiltrid hõivavad tolmu (sealhulgas SiO₂ osakesed, mida kasutatakse ehitusmaterjalide tootmisel).
Reoveepuhastus:
Ränipulbri reostuse vältimiseks tuleb ringlusse võtta granuleeritud Ferrosiliconi veereovesi.
Tahkete jäätmete kõrvaldamine:
Räppi saab kasutada teede ehitamiseks või tsemendi lisandina.
6. Spetsiaalsed tootmisprotsessid
(1) otsene meetod (üheastmeline meetod)
Ränidioksiidi ja raua samaaegne redutseerimine, mis sobib madala ja keskmise-piirkonna sortide jaoks (nt FESI45).
Eelised: lihtne protsess, odavad; Puudused: halb lisandite kontroll.
(2) Kaudne meetod (kaheastmeline meetod)
Esiteks toodetakse tööstuslik räni (SI, mis on suurem või võrdne 98%), seejärel sulatatakse see rauaga, et saada kõrge sili-sileferrosilikoon (nt FESI90).
Eelised: suurem puhtus; Puudused: suurenenud energiatarbimine.
7. Maailmatootmise omadused
Hiina:
See moodustab enam kui 60% maailma tootmisvõimsusest, mis on koondunud Loode (Ningxia, Mongoolia) ja edelasse (Yunnan) hüdroenergia piirkondadesse.
Viimastel aastatel on väikesed ja vananenud ahjud (<25,000 kVA) have been decommissioned due to the impact of the "dual carbon" policy.
Norra/Venemaa:
Puhta energia (hüdroenergia/tuuma) kasutamine suure lisandväärtusega ferrosiliikooni tootmiseks (nt madala alumiinium Fesi75).
8. Tehnoloogilised väljakutsed ja uuendused
Tooraine asendamine: Katsed asendada koksi biomassi söega süsinikuheite vähendamiseks.
Arukas kontroll:
Koostisosade ja ahju temperatuuri optimeerimine, kasutades tehisintellekti energiatõhususe parandamiseks (nt 5-10% energiatarbimise vähenemine).
Vesiniku metallurgia testid:
Vesiniku kasutamise võimaluse uurimine süsiniku redutseerijate osaliseks asendamiseks, et saavutada tootmise keskkonnasõbralikkus (endiselt laboratoorsete uuringute etapis).