安阳华拓冶金有限责任公司

冶炼硅铁的主要原料是二氧化硅，二氧化硅中含有98%左右的二氧化硅。二氧化硅非常稳定，硅与氧的亲和力很强，不容易分离。生产中为了从二氧化硅中分离除氧，在炉内高温的情况下，二氧化碳中的氧被焦炭中的碳捕获，温度越高，碳抓住氧的能力越大。这是因为在高温下，碳与氧的结合能力大于硅与氧的结合能力。 可见，高温下有碳时，二氧化硅是不稳定的，这时二氧化硅中的氧和碳反应形成气态一氧化碳，一氧化碳通过料层从炉口逸出。

二氧化硅与碳的反应如下：SiO2+2C=Si+2CO↑

以上公式为吸热反应。从反应式中可以看出，为了加速反应，应在炉膛内插入更深的电极，以提高炉温，扩大坩埚面积，增加材料表面的渗透性，使一氧化碳气体能够尽快逸出。如果透气的眼睛被刺穿，炉子被捣碎，有利于加速二氧化碳与硅的反应，从而迅速形成硅铁氧体。

由于硅铁冶炼炉中含有铁屑和铁屑，二氧化硅的还原反应更容易进行，这是因为还原硅和铁形成硅铁，从而改善了还原过程的条件，所以二氧化硅还原反应越铁，还原反应越容易进行，生产也证明硅含量越低，单位功耗越低。例如，每吨冶炼45硅铁的功耗约为4800度，每公斤硅的功耗约为11度。每吨冶炼75个硅铁的功耗约为8200≤9000度，每公斤硅的功耗约为12度。每吨硅的功耗约为12000×13000度，每公斤硅的功耗约为13度。

从化学反应的角度来看，一般认为氧化物中的氧被其他物质带走的反应称为还原反应。一种吸收氧的物质，称为还原剂，如焦炭。

根据上述硅铁冶炼原理，这是一个还原过程。

在反应过程中，二氧化硅中的大部分二氧化硅被碳还原，其他杂质和焦炭(如氧化钙(CaO)、五氧化二磷(P2O5)和三氧化三铝(AI2O3)等)产生的灰分也被碳还原，其中大部分五氧化二磷被还原。这些反应如下：

CaO+C=Ca+CO↑

P2O5+5C=2P+5CO↑

AI2O3+3C=2AI+3CO↑

每次反应产生的一氧化碳气体从炉口逸出，以及其他产品如钙、铝和磷进入硅铁。因此，为了保证硅铁的质量，原料中的杂质必须尽可能少。

在冶炼过程中，一小部分二氧化硅、三氧化二铝和氧化钙没有减少，形成了炉渣，炉渣中SiO 230~40%，Al_2O 345~60%，CaO 10~20%，熔点约为1600℃，当渣量大时，电耗增加，炉渣不容易从炉膛内去除，导致炉况恶化，因此必须采用较好的原料，以减少渣量，降低单位能耗。

在正常情况下，炉渣含量不宜超过硅铁含量的5%。以上是硅铁冶炼的基本原理，硅铁冶炼的基本反应如下：SiO2+2C=Si+2CO↑

实际炉子中的化学反应比这更复杂。 实验表明，氧化物的还原从高价氧化物逐渐还原为*氧化物。 在高温下，二氧化硅的还原首先还原成氧化硅(SiO)，然后在SiO2→SiO→SiO或De中还原成硅(Si

在1700℃1800℃时，硅铁的熔炼过程中将发生以下反应：SiO2+C=SiO+CO↑

即二氧化碳硅先还原为一氧化碳，再还原为硅，其反应公式如下：SiO+C=Si+CO↑

还原硅，其中一部分与二氧化硅相互作用，将产生氧化硅，其反应公式如下：SiO2+Si=2SiO↑

从上述三个反应公式可以看出，氧化硅是促进熔炼反应的重要环节。氧化硅在高温下处于气体状态，在低温下不稳定。因此，氧化硅是炉膛坩埚中的一种气体，从炉口逸出后，少量的氧化硅被空气氧化(SiO+1/2O2=SiO 2)。

在1700℃或以上的高温下，大部分氧化硅挥发到焦炭的孔隙中，与碳发生广泛接触和作用。根据第二个反应公式，大多数硅和铁形成硅铁。少数硅与二氧化硅在高温下起作用。可见氧化硅不仅是反应的中间产物，而且还能促进反应的加速。

由于氧化硅是一种高温气体，易挥发、失活，特别是在崩塌或穿孔火灾时，大部分白色气体为氧化硅。因此，必须及时处理硅氧化物塌陷或大刺痛的现象，否则会造成氧化硅的大量损失，降低产量，增加单位能耗。