工业硅冶炼及炼硅炉基本知识

工业硅冶炼及炼硅炉基本知识

工业硅消费增产降耗的措施主要有:1.把握炉况及时调整料比，坚持适合的C/SiO2分子比，适合的物料粒度和混匀，避免过多SiC生成。2.选择合理的炉子构造参数和电气参数，保证反响区有足够高的温度，合成消费的碳化硅使反响向有力消费硅的方向。3.及时捣炼硅炉，协助沉料，防止炉内过热，形成硅的挥发，或再氧化成SiO，减少炉料损失，进步Si回收率。4.坚持料层具有良好的透气性，可及时排出反响消费的气体，减少热损失和SiO大量逸出。

一、消费工业硅的原料

冶炼工业硅的原料主要有硅石、碳素复原剂。

(一)硅石硅石要有一定的抗爆性和热稳定性，其中抗爆性对大炉子很重要，对容量小的炉子请求可略为降低。有些硅石很致密，难复原，形成冶炼情况不顺，经济指标差，很少采用。

硅石的粒度视炉子容量的大小不同而异，普通5000KV A以上的炉子，硅石粒度为50-100毫米，且40-60毫米的粒度要占50%以上。

硅石要清洁无杂质，破碎筛分后，要用水冲洗，除掉碎石和泥土。目前对新采用的硅石在化学成分、破碎合格以后，还要在消费中试用。经济指标较好，才干长期运用。

(二)碳质复原剂优选各种不同碳质复原剂，请求固定碳高，灰分低，化学生动性要好，采用多种复原剂搭配运用，以到达最佳冶炼效果。冶炼工业硅所用的碳质复原剂有:石油焦、沥青焦、木炭、木块(木屑)低灰分褐煤，半焦和低灰、

低硫烟煤等。

石油焦:其特性是固定碳高，灰分低，价钱低廉，并且能使料面烧结好，但高温比电阻低，影响电极下插，反响才能差。要选择固定碳大于82%，灰分小于0.5%、水份稳定，动摇不许超越1%，以免影响复原剂配入量。粒度请求4-10毫米，粒度配合比例要适宜。粉料多烧损大，下部易缺碳，透气性不好；粒度大数量多比电阻小，电极易上抬。

木块(或木屑):其性质接近木炭，在炉内干馏后，在料下层构成比木炭孔隙度、化学生动性更好的木炭。所运用的木块(或木屑)要清洁无杂物，不许代入泥土等杂质。木块长度不得超越100毫米。

褐煤、烟煤：有比电阻、挥发份高，孔隙度大，化学生动性好，料面烧结性强，价钱低廉的特性。挥发份在料层中挥发利于料面烧结和闷烧，而且能够构成疏松的比外表积大，比电阻极大的焦化碳，对冶炼很有利。请求灰分小于4%，粒度小于25毫米，否则不能运用。褐煤性质接近木炭，可作木炭的代用品。

碳素复原剂品种不同，即便同种但产地不同性质也不相同。可搭配运用，求得更好的经济效益。如运用石油焦60-80%，木炭(或加局部木块)20%；石油焦60-70%，木炭(或木块)20-40%，烟煤5-10%搭配运用，效果比拟好。国外采用石英与复原剂职称团块炉料，先焙烧停止复原，再冶炼工业硅，使电耗降低到9000Kwh/t以下。

二、冶炼原理

在工业硅的消费中，普通以为硅被复原、炼硅炉中的反响式为

SiO2液+2C=Si液+2CO T始1933K(1)

实践消费中硅的复原是比拟复杂的，从冷态下炉内状况动身，对实践消费中

炉内物化反响停止讨论。消费过程中的运转表示大致如下：

炉料入炼硅炉后不断下降，受上升炉气的作用，温度在不断的升高，上升的SiO有下列反应。

2SiO=Si+SiO2 (2)

此产物大部分沉积在还原剂的空隙中，有些逸出炉外。炉料继续下降，当降到温度1773K以上时，有下列反应:

SiO g+2C s=SiC s+CO (3)

SiO+C=Si+CO (4)

SiO2+C=SiO+CO (5)

当温度再升高时有以下反应:

2SiO2+SiC=3SiO+CO (6)

在电极下有反应:

SiO2+2SiC=3Si+2CO (7)

3 SiO2+2SiC=Si+4SiO+2CO (8)

炉料在下降的过程中有反应:

SiO+CO=SiO2+C (9)

3SiO+CO=2SiO2+SiC (10)

在1区，主要是上升的一氧化硅分解，生成硅和二氧化硅，2、3 、4、5区主要是碳化硅的生成和分解，在5区由于各种原因碳化硅来不及分解而沉积在炉底。

在冶炼中，主要反应大部分是在炉底部料层中完成的。碳化硅的生产、分解和一氧化硅的凝结，又是以炉内各维持温度分布不变为先决条件。碳化硅的生成是容易的，而碳化硅的还原要求高温、快速反应，否则碳化硅就沉积到炉底。由此，必须保持温度区的稳定性。在冶炼操作中，沉料要合适，如过勤、温度区稳定性差，对冶炼不利。

一氧化硅生成，主要是反应式(5)、(6)、(8)，冶炼中尽量把一氧化硅留在料层中，因为凝结过程对硅的生产有重要意义。

对硅还原的催化作用问题，多数认为CaO、CaCl2、BaSO4和NaCl的催化作用略小一些，在1953K时加入1%的CaCl2和在1953时加入3%的CaCl2，催化效果最好，再升温，效果就不明显了。加入催化剂，可提高反应能力，加速硅的还原。

根据炉内反应情况可简要的分为以下几个反应区域：

(一)炉内反应区域

1.低温反应区（T﹤1100℃）

SiO+1/2O2=Si02

2SiO= SiO2+Si

还原剂表面:

SiO+2C=SiC+CO

2.生成碳化硅区域(1100-1800℃)

SiO+2C=SiC+CO

SiO2+3C=SiC+CO(T﹥1537℃)

3.生成熔体硅的区域(T﹥1400℃)

SiO+C=Si+CO(硅的熔点以上)

SiO2+2C=Si+2CO(T﹥1650℃)

4.SiC分解区域(1800℃以上)

SiO2+2SiC=3Si+2CO(T﹥1827℃)

SiC+SiO=2Si+CO

当C/SiO2分子比=2时，SiC和SiO2不会过剩；

当C/SiO2分子比=2-3时，SiC过剩；

当C/SiO2分子比=3时，产品SiC(电石) ；

当C/SiO2分子比小于2时，SiO2过剩，温度大于2190K时，SiO2+Si=2SiO 可见配碳量是很重要的。

(二)炉内上、中、下部的反应主要如下：

1.炉内上部反应

SiO+C=Si+CO ↑SiO CO ↓SiC SiO2