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

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

?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。

?炉料混合均匀后加入炉内。

?正常冶炼的操作程序是沉料—攒热料—加新料—焖扎盖。

?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。

?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。

?每班接时要捣炉，捣出的黏料捣碎后推到炉心。

?沉料、捣炉时动作要块，不要碰撞电极、铜瓦和水套。

?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。

?保持合理的料层结构，捣松的炉料就地下沉，不要大翻炉膛。

?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SiO

过剩。正常情况下，碳和硅

2

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，为迅速改善料层透气性，可在料批中添加一部分油焦。还原剂严重不足时，除在料批中添加木炭、油焦或煤外，在沉料或捣炉时应添加适量不易烧损的石油焦（补碳），以有效消除缺碳的现象，使炉况恢复正常。

五、工业硅冶炼工艺操作

冶炼采用一定时间的焖烧和定期集中加料的操作方法进行。

正确的配料是保证炉况稳定的先决条件，炉料配比应根据化学成分、粒度、含水量及炉况经计算及经验而定，配料必须称量准确，称量误差不超过1kg，按配比准确配好的炉料，必须充分混均才能入炉。

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好空，料面开始发白发亮，火焰短而黄，局部地区出现刺火塌料，此时应立刻进行强制沉料操作，沉料时，从锥体外缘开始将料壳向下压，使料层下塌，然后捣松锥体下脚，捣松的热料推在下塌的料壳上，捣出的大块粘料推向炉心，同时铲除电极上的粘料，捣炉沉料操作必须快速进行，以减少热损失。

沉料后，将混均的炉料集中加在电极周围及炉心地区，使炉内料形成一平顶锥体，并保持一定的料面高度，不准偏加料，一次加入新料的量相当于1小时的用料量，新料加完后进行焖烧，焖烧时间控制在1小时左右。

焖烧一段时间后，炉内气体生成量急剧增加，同时也会出现块料，这时，必须在锥体下脚扎眼透气，或捣动锥体下脚和严重烧结的部分。

炉内积存一定量铁水后，应及时出铁，出铁次数不宜过长。25500kV A左右的电炉每2小时出炉一次，出炉前先将溜槽清理干净，然后用石墨棒烧开炉眼，待大流头结束后，用木棒捅炉眼，使合金尽量流出，炉眼内的粘渣用石墨棒烧化，出铁完毕后，先用块状工业硅及夹渣铁填入出铁口空洞，然后用碎工业硅堆成斜坡将炉眼封住，也有用耐火泥、石墨粉及碎电极糊做成的泥球堵眼。

电炉生产工业硅，炉况容易波动，较难控制，以此必须正确判断、及时处

理。

炉况正常的标志是：电极深而稳定插入炉料，电流电压稳定，炉内电弧声响低而稳，冒火区域广而均匀，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，流头开始变大，然后均匀变小，产品产量质量稳定。

炉内还原剂过剩的特点是：料层松软，火焰长，火头多集中于电极周围，电极周围下料快，炉料不烧结，刺火塌料严重，电极消耗慢，炉内显著生产SiC,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刺火塌料，其他区的料层发硬，不吃料；电极高抬，电弧声很响；炉底温度低，假炉底很快上涨，铁水温度低，炉眼缩小，有时甚至烧不开，消除还原剂过剩现象的方法是应及时扭转炉况，还原剂过剩不严重时，可在料批中减少一部分还原剂，同时进行精心的操作，还原剂过剩严重时，应估计炉内还原剂过剩的程度，然后采取集中附加硅石或在炉料中附加硅石的方法处理，但是，附加硅石的量应严格掌握。

炉内还原剂不足的特征是：料面烧结严重透气性差，吃料慢，火焰短小而无力，刺火严重，缺炭前期，电极插入深度有所增加，炉内温度有所提高，铁水量反应而增多，打开炉眼时，炉眼冒白火，铁水有过热现象，缺炭严重时，料面发红变粘硬化，电流波动，电极难插，刺火成亮白色火舌，呼呼做响，电极消耗显著增加，炉眼发粘难开，铁水显著减少，消除还原剂不足现象的方法是；一般是附加还原剂，缺炭不严重时，设法改善料层透气性，可在料批中附加一部分木炭，缺炭严重时，除在料批中附加部分木炭外，在沉料或捣炉时附加适量的石油焦。