工业硅冶炼操作工艺

工业硅冶炼操作工艺西安宏信矿热炉有限公司一、工业硅生产工艺流程图净化烟气石墨电极硅石木块石油焦洗精煤破碎筛分合格料破碎合格料合格料合格料水洗配料25500kVA电炉硅包浇注回收利用正压大布袋除尘器冷却换热器精整冷却脱模分级称量包装成品库底吹氧气和压缩空气精炼粉尘烘干旋风预处理器除尘风机热水二、工业硅生产安全管理制度工业硅生产是铁合金生产中最为精细的一种产业，要求每个操作人员必须经过严格培训，掌握生产个环节的重点和工艺要素，作到心中有数。只有这样才能将生产管理规范化、精细化，生产出高品级的工业硅。1、冶炼工技术操作职责⑪保证高温冶炼，尽量减少热损失，使SiC的形成和破坏保持相对平衡。⑫炉料混合均匀后加入炉内。⑬正常冶炼的操作程序是沉料—攒热料—加新料—焖扎盖。⑭要垂直于电极加料，不要切线加料。料落点距电极100mm左右，不允许抛散炉料。⑮炉料形状和分布要合理，集中加料后，使料面呈馒头形状，料面要高于炉口200—300mm。⑯每班接时要捣炉，捣出的黏料捣碎后推到炉心。⑰沉料、捣炉时动作要块，不要碰撞电极、铜瓦和水套。⑱根据炉料融化情况加料，尽量做到加料量、用料量和出硅量相适应。⑲保持合理的料层结构，捣松的炉料就地下沉，不要大翻炉膛。⑳使用铁质工具沉料、捣炉时，动作要块，避免融化铁铲和捣炉棒。⑴木块等碳质还原剂在加料平台上可单独堆放，沉料结束或处理炉况时先加木块于电极根部凹坑处，然后加混合料盖住。⑵仔细观察仪表，协调其他人员用计算机控制电极的压放，使三根电极平衡运行。⑶随时了解电炉电流、电压的变化情况，给予适当的调整。2、出炉工技术操作职责①正常情况下，每班出3—4炉，尽量大流量、快出硅。②出炉前先将炉眼、流槽清理干净，准备好出炉工具和材料。③用烧穿器前，要先将钢钎清除炉嘴外的结渣硅，使炉眼保持φ150mm左右的喇叭口形状，然后用烧穿器烧开炉眼。能用钢钎捅开时不用烧穿器。④当流量小时，要用木棒捅炉眼、拉渣，用烧穿器协助出硅。⑤堵炉眼前炉眼四周和内部渣滓扒净，用烧穿器修理炉眼至通畅光滑，然后堵眼，深度超过或达到炉墙厚度。⑥堵眼时如果炉气压力过大无法堵塞，要停电堵眼。⑦出炉口和硅包附近要保持干燥，禁止积水，防止跑眼爆炸。⑧精练产品要按方案进行，不可随意改变供气量、精练时间、造渣剂的比例等。精练时注意安全，防止硅液飞溅、过大氧气回火等事故发生。⑨浇注前要修补好锭模，放好挡渣棒，锭模底部可适当放适量合格硅粒，或涂脱模剂，保护锭模。⑩浇注时，硅包倾倒至硅液快要流出时，稍停片刻，使硅渣稳定，再使硅液从包嘴慢慢流入缓冲槽。⑴工业硅锭冷却到乌红时，用专用吊具从锭模中吊出，转移到冷却间。严禁用水急冷。3、电工技术操作职责①持证上岗，遵守供用电制度，要求与变电站和生产指挥紧密配合。②电工作到四会：会原理、会检修、会接线、会操作③变压器需要（有载调压除外）换挡、检修或长时间停炉检修时，电炉变压器必须停电。④每隔2h要检查一次高压柜（盘）内有无异常，如有焦臭、发红、发热等现象应立即停电，迅速处理。⑤检查和巡视全厂电气设备，各关键部位要心中有数，待计划停炉检修时趁机检修。⑥每月检修时间不得超过10h，保证设备处于完好运行状态。⑦电炉变压器送电前，要先打开油水冷却器，检查水压不超过0.15Mpa，出水不烫手。⑧长期停电或大修后的送电，由值班电工、仪表工和生产负责指挥，电流由小到大逐渐送足。4、仪表工技术操作职责①配电工听从生产负责人和电工指挥，按供用电制度。②作到眼明、耳灵、手快，眼看仪表和电炉，随时掌握电流、电压的变化情况，必要时给予一定的调整，注意电极下滑和铜瓦打弧现象。③送电前先将电极提起200mm左右后再合闸送电，待负荷稳定后再下插电极到额定负荷。低负荷送电，满负荷供电。④三相电流要保持平衡，最大波动不超过20%。⑤送电先合闸后插电极，停电先提电极后分闸。如电极打滑、铜瓦打弧可立即停电。⑥停电时间较长时要活动电极。第一小时内每10分钟活动一次，后每隔半小时活动一次。⑦如遇电极与炉料黏结，变压器应变为Y送电，设法尽快松动电极，待电极周围黏料化开后恢复正常生产。⑧操作电极的倒拔或压放。⑨全面、详细地做好各项配电操作记录。三、冶炼操作管理图中：Ⅰ—预热区400—1000℃，Ⅱ—反应坩埚区3000—4000℃，Ⅲ—死料区1500—2200℃，Ⅳ—熔融硅液区2000—3000℃。根据硅的还原冶炼原理：SiO2+2C=Si+2CO实际上工业硅高温冶炼反应过程是非常复杂的。但我们一般简化分析，冶炼过程会产生三种情况：一是炉料烧结成块状死料；二是上层炉料中生成的片状SiC积存后容易促使炉底上涨；其三Si和SiO高温挥发，容易降低硅的回收率。为此，在冶炼中必须控制Si和SiO挥发，提高硅的回收率，保持SiC的形成与破坏相对平衡。要达到此目的，必须加强操作细节管理，也就是下面的6个控制：一控计量误差；二控外偏加料；三控频繁塌料生料入坩埚；四控频繁捣炉；五控反应区域；六控敞弧过烧。还有一句顺口溜：“要想炉况好，别让弧光跑”。①配料（有些公司配料系统已采用电子监控计量统计）。正确的配料是保证炉况稳定的先决条件。正确配比应根据炉料化学成分、粒度、含水量及炉况等因素确定，其中应该特别注意还原剂的使用比例和数量。配比正确，料面松软又有一定的烧结性，透气性好，火焰均匀，能够保证相对稳定的焖烧时间。炉料配比确定后，应进行准确称量，误差不超过0.5％，均匀混合后依次整批入炉。炉料配比不准确会造成炉内还原剂过多或缺少现象，影响电极下插，坩埚缩小，破坏正常的冶炼炉况。配碳量与硅回收率——碳平衡的关系（图14）：配碳量过剩50%，硅的回收率为0，生成的SiC积存炉底；同理缺碳50%，SiO不能被吸收，影响SiC的生成与破坏，造成SiO2过剩。正常情况下，碳和硅石的分子比为2。高焦低煤的料比（以硅石200kg为基准）一般是：油焦55—75kg、精洗煤30—55kg；木片20—30kg。②加料。加料的基本原则是均匀入炉。沉料捣炉、推熟料操作完毕后，应将混匀炉料迅速集中加在电极周围及炉心三角区，使炉料在炉内形成馒头形，并保持一定的料面高度和料层厚度。一次加入混合均匀的新料数量相当于90分钟左右的用料量。当炉心沉料不好时，一般是炉心料重或极心圆偏大，可对炉心加轻料；但当炉心刺火或沉料太快时，一般是极心圆偏小，则对炉心加偏重料。新料加完后，开始焖烧，焖烧时间控制在80—100分钟左右。焖烧和定期沉料的操作方法，有利于减少热损失，有利于提高炉温和扩大坩埚。加料混合不均同样会造成炉内还原剂过多或缺少现象，影响电极下插，缩小坩埚，使炉况变坏。因原料中采用烧结性好的精洗煤和石油焦，料面容易结壳，难以自动下沉。为减少反应区热量损失，扩大“坩埚”，适时捣炉，有利于炉内热量集中，为此必须采用一定时间的焖烧和定期集中加料的操作方法。集中加料后，经一段时间焖烧，容易在料面形成一层硬壳，炉内也容易出现块料；同时炉温迅速上升，反应趋于激烈，气体生成量急剧增加。此时为了改善炉料的透气性，调节炉内电流分布，扩大坩埚，要用捣炉机或钢棒松动锥体下脚和炉内烧结严重部位的炉料，帮助炉气均匀外逸。操作时间一般在加料后30分钟左右进行。至于彻底的捣炉，则要在沉料时进行。③捣炉。采用石油焦和洗煤炉料时，因其烧结性好难以下沉，一般需要强制沉料。当炉内炉料焖烧到规定时间时，料面料壳下的炉料基本熔化烧空，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90分钟以上时，先用捣炉机从锥体外缘开始将料壳向下轻压，使料层下塌，而后用捣炉机捣松锥体下脚，捣松的热料就地推在下塌的料壳上，捣出的大块粘料推向坩埚区，死料排出，同时铲净电极上的粘料，沉料时预热区外露，热损失很大，因而沉料捣炉操作必须有效彻底快速进行。④料面。料面除了围绕电极堆成3个馒头形之外，根据一次电压的变化，料比轻重和料面高低的控制也非常重要。电压高，料面适当高，料比适当偏重；电压低，料面也相应低，料面也相应偏轻。在不调整极心圆的情况下，这样做可以改善炉内电流的合理分布和电极的深埋做功。⑤配电在硅冶炼过程中，物理化学变化与电气制度有着紧密的联系。配电操作的好坏，对冶炼效率有十分重要的影响。一个好的配电工相当于一个副班长。熔炼过程中，电炉电气参数的控制是由配电工作完成的。一般情况下就是控制电极的埋入深度。电极埋得浅，坩埚上移，表明还原剂过剩，电极附近形成刺火，电弧声响亮，硅水发红温度低，流量小，产量低、电耗高。电极埋得深，如果炉料中还原剂过少，电极将处于较低位置。因为炉料电阻随着炉料中碳的减少而增大，电阻增大使电流负荷下降，电极消耗增加，生产率降低。调节电极埋入深度就是改变炉料的电阻值，这是调节炉况的最佳手段。当电炉二次电压超过一定值后，电弧拉得过长，硅的挥发损失增多，炉膛上部过热，刺火严重，热损失增大。受电极允许电流密度的限制，特别是碳素电极，二次电流也不能随意增大。电流电压的比值，是炉前操作的重要参数。电流电压比过小，实际就是二次电压过高，电极下不去，刺火严重。电流电压比过大，二次电压偏低，电极插入炉料过深，料面发黑温度低，生产指标不理想。生产中，只有找到适当的电流电压比时，工作电流稳定，物料均衡和电极埋入深度平稳，才能取得最好的生产效果。一般电极底端距离炉底距离以600—800mm为宜。调整工作电压是调整电炉、保证生产的重要手段。电炉工作电压取决于两个方面：一是短网结构，要求高的电效率和功率因素，一般要大于0.85以上。二面是炉况，包括炉体设备和生产操作，冶炼中工作电阻的阻值很关键，它易变动，应努力使其稳定并趋近最佳值。一般情况，为保证在600°C左右正常的料面温度，提高电压。⑥出炉开眼。因炉眼故障造成停产的比例估计占30%，因此炉眼的管理维护至关重要。出炉制度对电炉的技术经济指标有一定的影响。一般采用间断相互出炉。出炉时先清出炉口处的碎硅和其他堵眼材料，用烧穿器准确掌握角度，烧穿炉眼。不要跑偏，更不能烧高或烧低。烧开后，多用木棒捅眼带渣。四、炉况的判断处理1、炉况正常的标志①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沉闷声。②整个料面冒火均匀，炉料透气性好，料面松软但又有一定的烧结性。③焖烧时间稳定，基本上无刺火和频繁塌料的现象。④出硅时炉眼好开，流量均匀地由大变小。⑤产品产量、质量稳定。2、炉况变坏的调整处理影响炉况的因素很多，但在实际生产中，最主要的影响因素还是还原剂的用量。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、料面冒火情况、出硅情况及产量质量波动情况等5个方面。原料含水量波动，还原剂质量变化，称量误差大，操作不当，工作电压等各种因素，均会影响实际用碳量，使炉内出现还原剂过剩或不足现象。（1）还原剂过剩（料轻）的表现：料层松散，火焰变长，火头大多集中在电极周围，电极周围下料块，炉料不烧结，“刺火”塌料频繁，电极消耗慢，炉内积存SiC，锥体边缘发硬，电流上涨，电极上抬。当还原剂过剩时，仅在电极周围窄小区域内频繁刺火塌料，其他区域的料层不吃料；坩埚缩小，热量高度集中于电极周围，电极上抬，热损失严重，电弧响声很大，炉底温度严重下降，假炉底很快上涨，硅水温度低，炉眼缩小，严重时甚至烧不开炉眼，被迫停炉。在还原剂轻微过剩时，可在料批中减少一部分还原剂，同时加强操作维护，即可使电炉恢复正常。在还原剂严重过剩时，应估计炉内还原剂的过剩程度，而后采取集中添加硅石的方法处理，作为临时措施，硅石添加量必须严格把握，以防形成大量炉渣，产生石英现象，集中添加配料合理数量硅石，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，逐步扩大坩埚扭转炉况。（2）还原剂不足（料重）的表现：料面烧结严重，透气性差，吃料慢，火焰短小无力，刺火严重。①缺碳前期，电极插入深度有所增加，炉内温度有所提高，硅水流量增多，炉眼打开后冒白火，硅水过热发白；②缺碳严重时，料面发红变粘变硬，电流波动大，电极上抬，坩埚上移，刺火成亮白色火舌，难以消除，电极消耗显著增加，炉眼难开，粘料渣多，硅水发红温度低，流量小，流动性差。还原剂轻微不足时，为迅速