工业硅的生产操作工艺Word文档格式.docx

1、极心圆单位面积功率应大些,国内某厂1800KVA电炉,极心圆从1250毫米改造成1100-1200毫米,极心圆单位面积功率从1384.5KVA/M2提高到1592.9KVA/M2,日产量从2.328吨/日提高到2.695吨/日,冶炼电耗降低了1412KWH/t。二次电压影响：国内A厂1800KVA电炉生产工业硅,五级电压,生产中使用84伏,88伏进行比较,84伏电压比使用88伏时炉况好,产量高,电耗低。冶炼工业硅时,炉料容易结壳,炉内容易积存SiC,炉况也比冶炼75%硅铁难控制。大型工业硅电炉采用旋转炉体是必要的。旋转炉体可使炉膛内能量分布比较均匀,增加炉料透气性,扩大坩埚区、防止或减少SiC

2、结瘤,延长炉龄,提高硅的回收率和降低电耗。为了改善熔炼指标,国外大型工业硅电炉也有采用六根电极的新式炉型的。例如,美国建成投产的45000千伏安工业硅电炉,就是一个六电极的三相电炉。工业硅电炉由于受石墨或炭素电极直径的限制,容量较小。世界上工业硅电炉的最大容量是45000千伏安六电极。我国现在普遍采用1800KVA以上电炉冶炼。工业硅电炉比同容量的硅铁电炉,具有较高的二次电压和较小的电极圆心圆直径。例如,容量9000千伏安的电炉冶炼75%硅铁时,采用140伏的二次电压,而容量6300千伏安的电炉冶炼工业硅时,则需采用155伏的二次电压。冶炼工业硅的原料主要有硅石、石油焦、木炭或木块和烟煤。由于

3、对工业硅中Al、Ca、Fe含量限制严格,因而,必须采用杂质含量比冶炼硅铁更低的硅石。一般要求硅石中SiO298.5%、Al2O30.8%、Fe2O30.1%、CaO0.2%、MgO0.15%；粒度为25-80毫米。根据同样的原因,也必须采用低灰份的石油焦或沥青XX还原剂。但是由于这种焦炭比电阻小,反应能力差,因而必须配用灰份低比电阻大和反应能力强的木炭或木块代替部分石油焦。此外,为使炉料烧结,还应配入部分低灰份烟煤。例如,某厂把这三者之间的比例控制为5：3：2。必须指出,过多或全部配用木炭,不但会提高产品成本,而且还会使料面烧结性变差,引起刺火塌料,难以形成高温反应区坩埚；炉底易形成SiC层、

4、以及出铁困难等。对各种炭质还原剂的要求如表所示。炭质还原剂成份粒度要求名称 挥发份 灰分 固定炭 粒度木炭 2530 2 6575 3100木块 3 150石油焦 1216 0.8 8286 013烟煤 30 8 013此外,炭质还原剂含水量要低且稳定,不能含有其他杂物。冶炼工业硅时,用木块代替木炭,效果也很好。 二、熔炼操作冶炼工业硅与冶炼硅铁相比较,需要更高的炉温。此外,由于炉料中不配加钢屑,所以SiO2还原反应的热力学条件恶化,破坏SiC的条件也变得更加不利。由此产生三个结果：一是炉料更易烧结；二是上层炉料中生成的片状SiC,积存后容易促使炉底上涨；三是Si和SiO高温挥发的现象更加显著

5、。为此,在冶炼过程中必须做到：1、减少热损失,控制高炉温2、减少Si和SiO的挥发在工业硅生产中采用烧结性能良好的石油焦,有利于炉内热量集中,但料面难以自动下沉。因此,而采用一定时间的焖烧和定期集中加料的操作方法。为了提高炉温,减少Si、SiO的挥发损失,必须千方百计地减少热损失,扩大坩埚。及炉况等因素确定。其中应该特别注意还原剂的使用比例和使用数量。正确的配比应使炉面既松软又不塌料,透气性良好,能保证规定的焖烧时间。炉料配比确定后,炉料应进行准确的称量称量误差不超过+1公斤和细致的拌料,然后入炉。炉料配比不准或炉料拌和不匀,都会在炉内造成还原剂过多或缺少现象,影响电极下插,缩小,破坏正常冶炼

6、进程。正常情况下炉料难以自动下沉,一般需强制沉料。当炉内炉料焖烧到规定时间时,料面料壳下面的炉料基本化清烧空；料面也开始发白发亮,火焰短而黄,局部地区出现刺火塌料。此时应该立刻进行强制沉料操作。沉料时,先用捣炉机从锥体外缘开始将料壳向下压,使料层下沉。而后用捣炉机捣松锥体下部,捣松的热料就地推在下沉的料壳上,捣出的大块粘料和死料推向炉心,同时铲净电极上的粘料。沉料时高温区外露,热损失很大,因而捣炉沉料操作必须快速进行。捣炉沉料操作完毕后,应将混匀的炉料迅速集中加于电极周围及炉心地区,使炉料在炉内形成一平顶锥体,并保持一定的料面高度。不准偏加料。一次加入新料的数量相当于一小时的用料量,新料加完后

7、,焖烧一小时左右。焖烧的定时沉料的操作方法,有利于减少热损失、提高炉温和扩大集中加料时,大量生料加入炉内,使温度略有下降。因而,在加料前期,炉温较低,反应进行得较缓慢,气体生成量不会太多。在焖烧一段时间后,炉温迅速上升,反应趋于激烈,气体生成量也将急剧增加。此时为了帮助炉气均匀外逸,有必要在锥体下部扎眼透气。石油焦具有良好的烧结性能,集中加料焖烧一段时间后,容易在料面形成一层硬壳,炉内也容易出现块料。为了改善炉料的透气性,调节炉内电流分布,扩大,除了透气外,还应用捣炉机或铁棒松动锥体下部和炉内烧结严重的部位。至于透彻的捣炉,则在沉料时进行。炉内积存有一定量铁水后,应及时打开炉眼出铁。出铁时热损

8、失大,故出铁次数不宜过多。6000千伏安左右的电炉,每二小时开一次炉,2000千伏安左右的电炉,每四小时开一次炉。炉眼用石墨棒烧开直径为100mm或200mm。在正常情况下,出铁过程为15分钟。出铁完毕后,先用块状工业硅及夹渣铁填入出铁口空洞,而后用碎工业硅堆成斜坡将炉眼封住。工业硅的渣铁比重相差不大。为防止铁水夹渣影响质量和造成浪费,在铁锭铁水冲击处,应放一由石墨棒堆成的挡渣框,框内夹铁渣用于堵眼。含钙量要求严格的工业硅,可以在熔体中吹入一定数量的氯气以除钙。电炉生产工业硅,炉况容易波动,较难控制。因此,必须正确判断炉况,并及时处理。和生产75%硅铁一样,影响炉况的因素是很多的。但是,在实际

9、生产中,影响炉况最主要的因素还是还原剂的用量。还原剂用量不当,会使炉况发生急剧变化。一般来说,炉况变化通常反映在电极插入深度,电流稳定程度,炉子表面冒火情况,出铁情况及产品质量波动情况等几方面。炉况正常的标志是：电极深而稳地插入炉料,电流电压稳定,炉内电弧声响稳而低,料面冒火区域广而且均匀,炉料透气性好,料面松软而有一定的烧结性,各处炉料烧空程度相差不大,焖烧时间稳定,基本上无刺火塌料现象。出铁时,炉眼好开,流头开始时较大,而后均匀地变小,产品产量质量稳定。原料含水量波动,还原剂质量变化,称量准确程度较差,操作不当等各种因素,均会影响实际用炭量,使炉子出现还原剂过剩或还原剂不足现象。炉子还原剂

10、过剩的征状是：料层松软,火焰变长,火头大多集中于电极周围；电极周围下料,炉料不烧结,塌料严重；电极消耗慢；炉内显著生成SiC,锥体边缘发硬；电流上涨,电极上抬。当还原剂过剩严重时,仅在电极周围窄小区域内频繁塌料,其他地区的料层发硬不下料,大大缩小,热量高度集中于电极周围,电极高抬,热损失严重电弧声很响,炉底温度严重下降,假炉底很快上涨,铁水温度低,炉眼缩小,有时甚至烧不开炉眼,被迫停炉。 为消除还原剂过剩现象,及时扭转炉况,还原剂过剩不严重时,要在料批中减少一部分还原剂,同时配之以积极的炉况维护,即可使炉子恢复正常。还原剂过剩严重时,应估计炉内还原剂过剩的程度,而后采取集中附加硅石或在炉料中附

11、加硅石的方法处理。作为临时措施,硅石附加量必须严格掌握,以防形成大量炉渣。集中附加硅石,可在较短时间内破坏SiC和增大炉料电阻,促使电极稳定下插,逐渐扩大,逐步扭转炉况。炉子还原剂不足的征状是：料面烧结严重透气性差,吃料慢,火焰短小而无力,严重。缺炭前期,电极插入深度有所增加,炉内温度有所提高,铁水量反而增多,打开炉眼时,炉眼冒白火。铁水有过热现象。缺炭严重时,炉面发红变硬化,电流波动,电极难插,成亮白色火后,呼呼有声,难以消除,电极消耗显著增加,炉眼发粘难开,铁水量显著下降。为消除还原剂不足现象,一般应追加还原剂。还原剂不足不严重时,为迅速改善料层透气性,可在料批中附加一部分木炭。还原剂不足

12、严重时,除在料批中附加部分木炭外,在沉料或捣炉时应附加适量不易烧损的石油焦,以有效地消除还原剂不足现象。此外,为保持炉况稳定,减少热停炉是必要的。 三、冶炼工艺 1、配料 料批以200公斤硅石为基础,还原剂数量根据原料化学成分、经验数据经计算而定。各种还原剂按一定比例搭配,木炭用量控制在不少于纯碳量的四分之一。灰份不小于4%,挥发份高,反应活性好,比电阻高的烟煤和褐煤,要适当配入。其用量不得超过四分之一。配料时要注意原料变化及时调正配料。要注意原料的清洁,清除异物,防止杂质混入料内。 称量必须准确,每批误差不得超过+0.5公斤。 2、烘炉 1烘炉前的准备工作。 1检查供电、炉子绝缘、液压、铜瓦

13、、把持器、卷扬机等各系统,并进行空载运行。运转正常后才能开始烘炉。 2在电极下部放置三支长度适当2700kVA炉子其长度400毫米左右直径为100毫米的电极石墨电极棒,在铺垫一层厚度为150200毫粒度为4080毫米的焦炭,在炉子极心圆内再撒一层520毫米厚的焦末便于起弧,并保护炉底。 2烘炉操作。烘炉方法较多,可先用木柴烘,再加焦炭用电烘,也可直接用电烘。 1采用电烘炉的电压较常用电压低12级。工作电流从小逐渐增大。并间隙停电进行均热,同时,扒动焦炭并补充焦炭。电烘时间为3648小时,用电量为35万kWh。 2 电烘炉时,同时用木柴和焦炭烘出铁口流槽。到出铁前要烘好锭模。 3 烘炉结束后,将

14、炉内残渣杂物和炉墙保护砖挖出去。 4 清理炉内杂物后,拔掉炉眼烟囱管,并将堵眼泥球堵好出铁口。 3、开炉,炉衬烘好后,设备已经检查试运转正常,一切准备工作完成后,即可开炉。 用料制度：先配几批料,或减少硅石用量逐渐达到正常批料。用烘炉电压开炉,一直到电炉情况正常为止。引弧后向炉底三支电极周围投入木块和石油焦,数量视炉自容量而定,一般5000kVA以下的炉子可投入800公斤左右的木块,100公斤左右的石油焦。 严格控制料面上的上升速度,加料速度要和输入电量要一致。引弧后第一次加料要多投要轻,这样可以盖住电弧。以后加料要根据耗电量控制加料量,开炉操作尽量少动电极,加料要轻,以免炉料塌入电极下,使电

15、极上抬。造成炉底上涨。新炉料面一定要维护好,一切操作都要轻,尽量减少下料量又不要跑火塌料,使炉内多蓄热,给形成正常炉况打下基础。炉口料面要平稳上升。第一、二炉更要注意,不许捣炉,使坩埚尽快更好的形成。对2700kVA电炉加料后1220小时出第一炉产品,电耗3.5万千瓦时左右。第二炉6-10小时出产品。第三炉恢复正常出产品时间。 4、加料按配料要求配好料、运到炉前木块单独堆放。称料次序：木炭、石油焦、硅石。搅拌均匀后加到炉内。 操作上要采用出铁或沉料后集中加料的方法,其余少量地采用勤加薄盖的方法,在调火焰时加入。沉料时三支电极同时进行,根据闷烧情况,一般5080分钟基本化空后,在刺火前集中沉料,

16、沉料时可用沾水铁制工具快速进行,严禁工具熔化,影响产品质量。大沉料后先在紧靠电极周围处加木块,并且要立即用热料盖住木块,在盖新料。加料要匀,不允许偏加料。料面要加成平顶锥体,锥体高200-300毫米,炉心处略低于料面100-150毫米,加料后根据炉口火焰情况,加料调正火焰,保持均匀逸出,这样可以延长焖烧时间、扩大坩埚。不要等火焰过长甚至刺火才盖料。 要根据炉内还原下料情况加料,使供给负荷、还原速度、加料速度相适应,以控制正确的加料量,保持正常料面高度并控制炉温。加料速度超过熔化、还原速度,料面会抬高,炉温下降,加料不足或电极度上抬、硬性控制料面,炉口温度就会升高,此时热损失大,造成硅的挥发损失

17、过大。 5、沉料、捣炉、透气 经过集中加料,小批调整火焰加料,保持炉气均匀逸出,一段时间后电极及周围炉料被熔化、还原出现较大空腔,此时,料层变薄,在大塌料前应该进行沉料。沉料就是主动集中下料。一般负荷正常、配比正确、下料量均衡,炉子需要到集中下料的时间是基本一定的。对2500KVA电炉,约加400公斤硅石的混合料批,约一小时左右沉一次料。如果超出正常沉料时间,应分析原因及时调整,有时是负荷不足,上次下料过多,还原剂不足,炉料还原不好等。如下料过多,要适当延长时间进行提温,如果还原剂不足应进行强迫沉料,同时撒入炉内少量还原剂。要学会掌握沉料时间,根据炉况和声音判断确定沉料时间。 每班沉料约5-6

18、次。炉况正常时可做到全炉集中沉料加料。使三相坩埚还原均匀,电极插的深,若因加料不均匀,透气性不好,还原剂量不当造成局部严重刺火时,可采取局部沉料加料的方法处理。 沉料时,捣松就地下沉,尽量不要翻动炉料层结构顺序,若遇大块粘料影响炉料下沉和透气时,应碎成小块或将其推向炉中心。 每次出炉后应用捣炉机或人工进行捣炉,捣炉可以疏松料层,增加炉料透气性,扩大反应区,从而延长焖烧时间,刺火少,使一氧化硅挥发量减少,提高硅的回收率。捣炉时操作要快,下钎子方向角度要掌握好,不要正对准电极。当炉况正常时,沿每相电极外侧切线方向及三个大面深深的插入料层。要迅速挑松坩埚壁上烧结的料层,捣碎大块就地下沉。不允许把烧结

19、大块拨到炉外遇有特大硬壳除外,然后把电极周围热料拨到电极根部,加木块或木屑后盖住新料。 每炉冶炼时间一般四小时,正常炉口维护操作如下以2500KVA电炉为例。 出炉后彻底捣炉,先加部分木块,盖热料,再集中加盖新料,将木块盖信,进行焖烧提温。同时对炉口火焰较大处盖新料。约20分钟后对冒火为好处轻轻透气,调整炉口火焰,使整个炉口火焰都很活跃。 焖烧50-80分钟后,待料面变成较薄的烧结层,估计炉内已还原较空时,再沉料一次。沉料后加木块,盖热料再盖新料。距出铁40-50分钟时再根据炉况沉料到次,拨新料至电极周围,再盖些不带木块的新料。 透气操作一般要在加料后20分钟左右进行,用沾水的圆钢30MM左右

20、向冒火弱处插入,直到冒出白色火焰,再向外抽出并向上挑松炉料。 6、出炉、浇注及取样精整 出铁前先将流槽清理干净,在铸模底部垫上一块炭砖,锭模内刷石灰或石墨粉浆,上面放些碎合金块,以保护锭模。 出铁时间,应根据炉子容量、生产条件、管理水平等确定最佳时间。每班出铁次数多,热损失就大,出铁次数少,又影响冶炼效果,影响产量。对6000KVA电炉,每二小时出铁一次；2000KVA电炉,每3-4小时出铁一次。 用石墨棒的烧空器进行开眼,铁水直接流到锭模中。待大流结束后用木棍通眼,炉眼内粘有渣时一般工业硅有2.5%的炉渣可用烧穿器将熔渣昼熔化,使坩埚底部铁水边烧边流出。要修理炉眼适当扩大空洞体积,使冶炼过程

21、稳定。在正常情况下,出铁过程只需要15分钟左右。 出铁结束后,把炉眼四周及炉内残渣扒净,再堵炉眼。堵眼时,先用合格块状工业硅堵内眼,最后用泥球堵眼。堵眼时尽量往里堵,保持50-100毫米深。堵眼泥配比为耐火泥：石墨粉、碎电极糊、石灰浆为1：1：0.5：0.5,混拌均匀捏成球不散为好。 浇注：铁水连续浇注到一个平的带衬板的锭模上,然后破碎去渣。 取样和精整：产品分析检验规则、包装贮运按国家标准进行。在锭模上取分析试样。取样方法按合金上、中、下平面对角取样法进行,试样不得代夹渣。成品须精整后装桶入库。出格品不能回炉冶炼,更不能垫锭模,以免再度报废。 停炉操作：停炉前应出尽铁水,料批中适当增加木块配

22、入量。若停炉超过八小时,应在停炉前适当降低料面；为保持炉子温度,停炉前先捣松料面加入木块,加入量视停炉时间长短而定,一般加50-100公斤。停炉时间长,还可以加一定数量的木炭或石油焦保温；这防止炉料将电极粘住,停电后上提电极,然后向电极四周的空隙内加入木块,再下插以原来位置。停电时,要活动电极,以免炉料粘住电极,开炉时不能送电。第五节 生产工业硅存在的问题及能量平衡 目前工业硅生产中的2个问题： 1炉底上涨：生产中生成炭化硅容易,破坏难；由于冶炼操作使生料入坩埚,加快了碳化硅的生成和生料的沉积。要控制炉底上涨速度,应精选炉料、选择和摸索合适的炉子参数,合理的工艺操作创造和扩大坩埚,取得最佳作业状态,减少炉底上涨速度,延长冶炼周期。 2能量平衡： 能量收入： 俄罗斯 中国6300KVA炉 电能 82 95.98 碳燃烧 7 4.02 炉料物理热1 合金与渣化合热 其他 10 能量支出： 氧化物还原 69-72% 52.57 废渣代走热损 4-9% 6.32 金属带走热 4-6% 5.98 渣带走热 0.2-0.3% 0.17 炉体热损失 2-4% 3.69 炉口热损 9-12% 6.18 冷却水代走热损失 1-5% 16.64 与电耗有关热损失 10% 8.45