工业硅生产操作

2.2工业硅生产工艺
• （1）I区为炉料预热区 • 炉料加入，上升炉气加热。中心部位700-800度，电
极附近1000度，外围400度。水分100度-200度蒸发 掉，化学结合水400度排除。 • （2）II区为反应区 • 部分电极周围空间及电极下部空腔。 • 炉料沉落，强烈加热。下部电弧区温度可达4000度， 物料 转化为气态。氧化硅被碳还原生成大量气体，以 较大压力向上排出，生成的硅和熔渣流到炉底，物料 体积缩小，形成自由空间，被上面下来的另一些炉料 填充。反应中产生的气体经炉膛料面逸出，主要成分： CO、CO2、O2、CH4、H2，含有大量粉尘，主要是 SiO2，是造成硅损失的主要原因。
和原料消耗相适应；
• E.电极的电流负荷稳定。
2.1工业硅生产操作
• 加料间断进行，总量根据额定产能确定。避免加料 过重，前一批熔尽，加新料。加料前，捣下旧料， 预热料扒到电极周围，加新料，在电极周围形成椎 体。正常熔炼，加料量、电能消耗量、放出熔体硅 量一致。
• （2）捣炉 • 为保证需要的炉料适时进入反应坩埚，要通过捣炉
2.2工业硅生产工艺
• 大型三相电炉用加料管附以加料机加料， 机械加料效果较好。
• 操作应减少硅挥发增加最大熔化炉料的数 量，电极插入深而稳，炉气冒出均匀、透 气良好。
• 在每根电极下部形成的坩埚区是电炉温度 最高的区域，在那里硅被还原的最多，炉 料在电极附近融化。
2.2工业硅生产工艺
• 1.熔炼时的炉膛结构
/SiO2的相对分子质量=100*2*12/ （28+32）=40（kg)
2.1工业硅生产操作
• 木炭水分7%，挥发20%，灰分3%，木炭固 定碳70%；
• 低灰分煤水分4%，挥发分32%，灰分2.5%， 固定碳61.5%。
• 木炭：低灰分煤=32：68，损失系数K=12 • 硅石：木炭：低灰分煤=100：（40*0.32/
项目二、工业硅的生产过 程
任课教师 常增光
2.1工业硅生产操作
一、生产过程示意图
2.1工业硅生产操作
二、操作要点
1.配料：各种原料的称量和混匀过程称为 配料。小型电炉，人工操作，称量，铁 锹混匀，添加。大型电炉，生产配比， 计算机输入数据，下料称量，布到水平 带，皮带输送。
配料影响产品质量、原料单耗、产品成本。
电极。 • C.捣杆抽回后，马上把被撬散的热料堆到电极周围，
并在整理好的料面上加上新料。加料应均匀，对易产 生刺火处要先加料。加料可适当多些，以增大气体喷 出的阻力。 • 电极周围形成椎体是连续熔炼所必需的条件之一。
2.2工业硅生产工艺
• 工业硅是在单相或双向电炉中冶炼。容量大于 5000KVA的三相电炉使用石墨电极或碳素电 极。
2.2工业硅生产工艺
• （3）III区为形成炉膛结壳的死料区 • 烧结状态物料及少量SiO2构成 • 大修或新启动电炉开炉后几天内形成，
之后基本固定。防止熔炼产物破坏炉衬 和保证热量集中在反应区。
• （4）IV区为熔炼产物和炉底死料区 反 应区下部炉底，由熔炼产物和炉底死料 构成，主要为没有还原的硅、钙、铝和 镁的氧化物构成。
尽量大，电极拉弧端与炉底电阻相对要小，所以应深埋 电极。 • 理解基于非直接定性观测和体系化学性质一般知识。
2.2工业硅生产工艺
• （3）操作人员的经验 • 典型操作：捣炉完成、加料、运行、新
捣炉。 • 捣炉时机：白烟、刺火，烟温指示，大
量塌料。 • 捣炉准则：电极周围腾出空间加入新料，
捣炉要轻。
三个比例：还原剂组分比、原料计算比例、 实际配料比例。
2.1工业硅生产操作
硅石水洗筛分
低灰分煤、石油焦
木块、木炭等
称量配料 电炉熔炼 工业硅精炼 浇铸破碎
烟气回收 微硅粉
2.1工业硅生产操作
SO2
石油焦
烟煤
木炭
2.1工业硅生产操作
• 原料比例计算 • SiO2+2C=Si+2CO • SiO2 100% • 100kg硅石所需固定碳量 • 固定碳量=100*2*碳的相对原子质量
强制炉料下沉。在实际生产中，加料和捣炉是结合 进行的。早期捣炉用木棒进行，现在已大多使用半 自动或全自动捣炉机。 • 电炉正常运行时，只有当炉料在炉膛上部已被很好 加热以后或者出现形成“刺火孔”的迹象时，才实 施捣炉沉料。
2.1工业硅生产操作
• A.捣炉作业一般是一个电极区一个电极区地依次进行。 • B.捣炉前先定好捣杆运行方向，捣炉时捣杆切勿触碰
（C木炭固（1-K木）））：（40*0.68/（C 煤固（1-K煤）））=100：（40*0.32/ （0.70*（1-0.12）））：（40*0.68/ （0.615*（1-0.12）））=100：21：51
2.1工业硅生产操作
• C木炭固-木Biblioteka Baidu中的固定碳 • C-低灰分煤中的固定碳 • K木-木炭的损失系数 • K煤-低灰分煤的损失系数 • 实际生产 原料水分、电气参数、操作等，
• 各区之间无明显界限。
2.2工业硅生产工艺
• （2）熔炼时的电流分布 • 电流流经路线大致分为三部分。I1由一根电极拉弧、熔
体硅、炉底、熔体硅、电弧、另一根电极。 • I2从电极侧表面经炉料到另一电极的侧表面和电极。 • I3从电极侧表面、炉料、电炉侧部碳砖、炉底碳块、
另一侧侧部碳砖、碳料、电极侧表面、电极。 • 为提高生产率和热能利用率，反应区能量应集中，I1应
• 传统电炉炉体固定，近年来开始使用旋转炉体。 旋转炉体可减少电能消耗3%-4%，提高了电 炉生产率和原料利用率，减轻炉口劳动强度， 不需炉口料面扎眼透气，改善料面操作过程。
• 电气参数通常不变，电压80-190V，电流为 35000-100000A，以致数十万安培。
• 炉口料面操作特征 • A沿整个炉口料面冒出均匀的气体，不存在黑
色的烧结区域，没有局部气体喷出，炉料均匀 下沉，没有大量塌料和刺火现象。
2.2工业硅生产工艺
• B.电极周围料面椎体正常，中心炉料比周围炉 料下降快，整个料面冒出黄色火焰。
• C.电极深而稳地插入炉料中。 • D.出硅时液态炉渣常伴硅液，出硅后期出硅口
喷明亮的黄色火焰。 • E.电能消耗稳定 • F.配料按实际电能消耗精确进行。
差异，调整某一还原剂 实际配料比
• 称量工作极为重要
2.1工业硅生产操作
• 2.加料捣炉 • （1）加料 • 工业硅熔炼是连续过程，加料时注意保持炉膛
上部规定的料面水平。加料方法。
• A.电极深而稳地插入炉料内； • B.气体经炉膛上部整个有效表面均匀冒出，没
有暗色烧结部分，气体由小孔排出；
• C.炉料沿炉膛上部的整个有效截面下落； • D.熔体硅液的出炉正常，出炉量与规定的电能
2.2工业硅生产工艺
• 作业 • 简述工业硅的生产流程。 • 工业硅冶炼炉冶炼过程中可分为那几个
区域？