【文章內(nèi)容簡介】 和特點，適時地完成加料、搗爐作業(yè)。為了保持爐內(nèi)有良好的透氣性，需要進行扎眼和搗爐。小搗爐根據(jù)爐況進行，大搗爐一般一小時左右一次，搗爐要快要透，搗爐搗出的塊料推向爐心，搗爐過程中不能邊搗爐邊加料。一個電極區(qū)一個電極區(qū)進行搗爐的操作是不可取的，必須集中統(tǒng)一搗爐、統(tǒng)一加料，這樣才能保持較高的熔煉溫度。穩(wěn)定電爐操作最重要的因素是保持料層中恒定的溫度分布。如果爐膛溫度分布受到破壞，電爐操作會受到嚴重干擾。生產(chǎn)中爐料的粒度和均勻程度，加料和出爐以及爐膛料面的處理都會影響電極運行。電極移動過大、過強的搗爐都會造成電爐操作不穩(wěn)定。（二） 閉弧操作閉弧操作是將電極適當?shù)芈袢霠t料中，以半熔融爐料為阻抗體，在電極和熔融爐料之間產(chǎn)生電弧。要想做到閉弧操作，首先就要考慮投料方法。投料方法有一次投料法、分次投料法、多次投料法。除一次投料法是明弧操作外，其他方法都是可以做到閉弧操作。化學硅生產(chǎn)中，采用分次投料法，料層結構穩(wěn)定，電耗低，爐齡長。操作中要處理好如下幾個問題：一是要選擇好合適的電氣參數(shù)，使電極插入料層深度適當；二是要想辦法控制好爐料的比電阻；三是爐料粒度對硅的冶煉有重要影響，粒度過大和過小對爐況都不利。閉弧操作的優(yōu)點是：爐內(nèi)料層結構能形成一個完整的體系，爐料依次下沉；弧光不外露，料面上輻射熱損失大大減少，保持高爐溫，熱效率提高，從而增加產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低電耗；能使電極消耗量達到平衡穩(wěn)定，避免發(fā)生電極折斷事故；料面的溫度比較低，使料面上的設備受到的熱輻射較輕，延長了設備的壽命，提高了電爐設備的利用率；粉塵較少，可以使爐面操作有一個較好的環(huán)境。電爐無論大小，只要采取適當措施，都可以做到閉弧操作，獲得理想的生產(chǎn)效果。（三）配電技術冶煉過程中，物理化學變化與電氣制度有著緊密的聯(lián)系。配電操作的好壞，對冶煉效率有著十分重要的影響。電弧主要存在于電極末端，空腔受電弧沖擊推力的作用，把物料推開，形成泡形。熔煉過程中，電爐電氣參數(shù)的控制是由配電工完成的。一般情況下就是控制電極的埋入深度。電極淺埋，一般表明還原劑過剩，電極附近形成火眼，電弧聲響亮，出爐硅溫度低，數(shù)量少、電耗高。如果爐料中還原劑過少，電極將處于較低位置，電極深埋。因為爐料電阻隨著爐料中炭的減少而增大，電阻增大使電流負荷下降，電極消耗增加，生產(chǎn)率降低。生產(chǎn)中，電極的埋入深度根據(jù)現(xiàn)場操作來確定。調(diào)節(jié)電極埋入深度就是改變爐料的電阻值，這是調(diào)節(jié)爐況的最佳手段。當電爐二次電壓超過一定值后，電極會受損壞，硅的揮發(fā)損失增多，爐膛上部過熱，熱損失增大。二次電流，受電極允許電流密度的限制，也不能隨意增大。電流電壓的比值，是爐前操作的重要因素。電流電壓比過小，電極下不去，明弧生產(chǎn)、難操作。電流電壓比過大，電極插入爐料過深，生產(chǎn)不十分理想。生產(chǎn)中，只有找到適當?shù)碾娏麟妷罕龋ぷ麟娏鞣€(wěn)定，物料均衡，電極及時升降，才能取得最好的生產(chǎn)成果。調(diào)整工作電壓是調(diào)整電爐生產(chǎn)率的重要手段。電爐工作電壓取決于兩個方面：一方面是短網(wǎng)結構，要求電效率要高、功率因素應適當；另一方面是爐況，包括爐體結構和生產(chǎn)操作情況。熔煉中工作電阻的值很關鍵，它易變動，應努力使其穩(wěn)定并趨近最佳值。為保證電爐熔煉正常，必須按適當比例增大電流，提高電壓，保證正常的料面溫度在600℃左右。應使用符合規(guī)格的原材料，爐料粒度過大，電阻就小，支路電流大，電極不易深插。（四）爐料電阻爐料電阻的大小，對電極的穩(wěn)定起著十分重要的作用，調(diào)整好爐料電阻是電爐操作者必須具備的技術。在正常情況下，爐料電阻適當，電極能夠深插到適當?shù)奈恢茫範t底溫度提高，保證電爐的正常運行。但是爐料電阻不當或其他原因而導致電極不能深插，就難保證電爐的正常運行。調(diào)整爐料的方法應與合理操作方法結合起來。調(diào)整爐料電阻一般采用的方法有以下幾種：保持正常的爐膛料面溫度。采用閉弧操作和分批投料法，不使其料面溫度增高。使用符合規(guī)格的原材料，原料的粒度對正常操作是非常重要的。當電極上抬時，一般減少還原劑或減少爐料粒度，改用較低的二次電壓。保證爐料透氣性。一般采用稍許松動，增加投料次數(shù)，減少粉末投入。穩(wěn)定料層結構。當料層結構不好時，應保持適當高的爐料配比，撬掉電極四周硬塊，不讓明弧產(chǎn)生?？刂坪贸鰻t量與投料量。投料過多燒不透，降低爐溫，爐底上升；投料少浪費電能。（五）出爐和精煉出爐操作也是很重要的。出硅制度對電爐的技術經(jīng)濟指標有一定影響。一般采用間斷出爐，每8小時出爐2次。出爐時先清除爐口處的碎硅，用燒穿器燒穿爐眼。熔體硅從爐口流到抬包中，向抬包內(nèi)加入稻草保溫。經(jīng)電爐熔煉的硅，由于原料中帶入的雜質(zhì)被還原，若不能滿足有機硅以及某些新材料的要求時，需要進行精煉。化學用硅必須進行精煉。精煉采用往抬包里吹入空氣和氧氣，也進行過熔劑精煉的方法試驗。經(jīng)精煉的化學用硅的主要雜質(zhì)含量可完全達到化學用硅標準。鐵的去除目前是個難題，在現(xiàn)有的精煉方法中，硅中鐵的含量都無明顯的變化，雜質(zhì)鐵似乎全部以【Fe】形態(tài)存在于硅中，而Si于【O】的親和力遠大于鐵，所以在相同溫度和氧位下，硅首先被氧化，硅保護了鐵。生產(chǎn)中，硅中鐵含量的控制主要是控制原料含鐵和操作中帶入的鐵。 主要工藝技術參數(shù)，原材料、燃料、動力消耗指標 主要生產(chǎn)工藝參數(shù) 電爐額定容量：12500KVA 電爐產(chǎn)能：21000噸/年 電爐年有效生產(chǎn)時間：300天 電爐一次電壓：35KV 電爐二次電壓：120～168V 主要原材料標準原料是實現(xiàn)良好作業(yè)的先決條件。電爐法生產(chǎn)化學用硅的原料主要有硅石和炭素原料。（一）氧化硅礦物冶煉工業(yè)硅的過程是無渣過程。工業(yè)硅對硅石的選用較嚴格，不僅雜質(zhì)含量少，還要求有高的機械強度，足夠的熱穩(wěn)定性，適宜的粒度組成?；瘜W用硅熔煉最好采用硅石。氧化硅礦物中雜質(zhì)和粘著物，在熔煉過程中有的完全被還原，有的部分被還原，有的化合物形態(tài)進入產(chǎn)品硅中或生產(chǎn)熔渣。這樣不僅增大能量消耗，降低產(chǎn)品質(zhì)量，還給熔煉過程造成困難。因此，對工業(yè)硅冶煉所用的含氧化硅礦物的化學組成要求嚴格。要求SiO2大于99％、％、％、％，％。所用硅石在熔煉前必須進行水洗，表面清潔。硅石粒度是冶煉的一個重要工藝因素。適宜的硅石粒度受硅石種類、電爐容量、操作狀況以及還原劑的種類和粒度等多種因素影響，要根據(jù)具體的冶煉條件來決定。一般情況下，要求硅石粒度為8～100mm；，要求硅石粒度為8～80mm，而且中間粒度組分的比例要大些。粒度過大時，由于不能搗爐粘料及反應速度相適應，易使未反應的硅石進入液體硅中，造成渣量增多，出爐困難，硅的回收率降低，能耗增大，甚至造成爐底上漲，影響正常生產(chǎn)。粒度過小，雖能增大還原劑的接觸表面，有利于還原反應的進行，但反應過程中生成的氣體不能順利排除，又會減慢反應速度，同時粒度過小，帶入的雜質(zhì)也會增多，影響產(chǎn)品質(zhì)量。生產(chǎn)中一般不采用小于5mm的硅石。硅石的化學成分為：表5－1. 冶煉工業(yè)硅用硅石的化學成分 % 成分標準SiO2Fe2O3Al2O3CaOP2O5MgO其他不小于不大于YB241681國際特級標準公司內(nèi)控指標1公司內(nèi)控指標2因含Si02和所含雜質(zhì)的多少,直接影響其產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益,指標見表5－1，公司主要采用內(nèi)控指標1的標準進行原材料控制。本項目每年需要63000噸以上。在黎平縣境內(nèi)和周邊地區(qū)就儲藏有豐富硅礦石資源，僅黎平縣就達500萬噸以上，可以滿足本項目長期發(fā)展的需求。（二）炭質(zhì)還原劑工業(yè)硅冶煉所用的還原劑主要有石油焦、洗煤、木炭。為增大爐料的電阻率，增加化學活性，也有搭配氣煤焦、硅石焦、藍炭、半焦、低溫焦、木塊的。在炭質(zhì)還原劑化學成分中，主要應考慮固定炭、灰分、揮發(fā)分和水分。一般要求固定炭要高，所需還原劑總量減少，從而灰分帶入的雜質(zhì)少，渣量相應減少，電能消耗降低，化學硅中雜質(zhì)含量降低。炭質(zhì)還原劑的電阻率要大，氣孔率要高。爐料電阻率主要取決于炭質(zhì)還原劑。炭質(zhì)還原劑電阻率大，電極插得深，爐口熱損失減小，爐內(nèi)高溫反應區(qū)大，化學活性好，硅的回收率高。石油焦是所用還原劑中灰分最低的，%~%，固定炭90％～95％，%~13%，因為它的灰分低，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。但由于石油焦電阻率小，反應性差，高溫下易石墨化，用量偏大時，導致爐況不好控制，造成爐料不燒結、刺火嚴重、電耗高、出爐困難。表5－2 冶煉工業(yè)硅用石油焦的化學成分 %項 目質(zhì) 量 標 準123ABABAB硫份%＜0．50．81．01．52．03．0揮發(fā)物%≤101212151618灰份% ≤0．300．500．500．500．801．2水份% ≤888888固定碳%≤858585858585此項目每年需用石油焦21000噸，主要從廣州茂名、南京等地采購。木炭具有很高的比電阻和反應能力，而且雜質(zhì)含量少，是熔煉工業(yè)硅較為理想的還原劑，但用不同的木材和不同的方法制得的木炭其性質(zhì)也很不相同。去皮木炭的灰分含量通常比帶皮木炭的灰分含量低1/2～2/3木炭主要成分是炭，灰分較低，一般小于10％。電阻率較大，化學活性好。但是，國家為了保護森林資源，已經(jīng)制定了相關森林資源的保護措施，木炭的來源受到限制，無法再使用木炭還原劑。國外絕大多數(shù)國家已不再使用木炭，在各種炭質(zhì)還原劑中，從反應能力和比電阻的大小來看，洗煤是木炭之外的另一種較為理想的還原劑。洗煤的特點是電阻大，反應能力強。低灰分煙煤是經(jīng)過洗選獲得的?；曳趾靠蛇_3％左右，%~%,Al2O3含量小于1%。現(xiàn)在我國還原劑煙煤的灰分含量多在3％以上，而國外還原劑煙煤的灰分含量多在1％左右，前蘇聯(lián)采用的化學法精選煙煤，％的精煤。表5－3 冶煉工業(yè)硅用精洗煤的化學成分 %精洗煤要求標準（企業(yè)內(nèi)控成份）成份固定碳灰份Al2O3Fe2O3GaO揮發(fā)物水份％＜＜＜＜18—28＜8此項目每年需要精洗煤8400噸，主要從貴州六盤水采購。木塊的作用在于增加料層的透氣性，用量的大小都對爐況發(fā)生影響。木塊用量過小，料層透氣性差、易產(chǎn)生刺火現(xiàn)象、爐況變壞，電耗上升，木塊由于著火點、含炭量都很低，實際用作還原劑的可能微乎其微。此項目生產(chǎn)每年需要木片及松果球等約6000噸，黎平縣森林資源極為豐富，全縣森林覆蓋率達74％，木片及松果球當?shù)夭少徏纯蓾M足生產(chǎn)。炭質(zhì)原料中的雜質(zhì)主要是灰分，全部由氧化物組成。灰分中的氧化物也要被還原，既要消耗電能，又要消耗炭，而且被還原的雜質(zhì)仍然混入硅液中，降低了硅的純度。在生產(chǎn)實踐中，爐料中每增加1％的灰分，就多耗電100～120kwh，因此，灰分含量愈少愈好。（三）電極電極工業(yè)硅生產(chǎn)中主要的消耗材料之一?；瘜W用硅冶煉采用電極，一般采用石墨電極和炭素電極，目前國內(nèi)主要采用石墨電極。工業(yè)硅冶煉對電極的要求是： 導電性好、電阻率小，以減少電能損失； 熔點要高，熱膨脹系數(shù)要小，不易變形。 高溫時有足夠的機械強度，雜質(zhì)含量低。此項目生產(chǎn)用電極采用碳素電極，規(guī)格為φ1020。按照設計產(chǎn)量每年需要2000噸左右，主要從河北、山西、河南采購?，F(xiàn)連發(fā)冶煉有限公司在湖南懷化投資興建了一個碳素電極廠，大大減少了運輸成本。（四）稻草、谷殼此項目生產(chǎn)每年需要稻草及谷殼約450噸，當?shù)氐静莺凸葰O為豐富，可以滿足生產(chǎn)需求 主要原材料、燃料、動力消耗指標表5－4 各品級單位產(chǎn)品生產(chǎn)消耗指標表（XX/t）項目553＃441＃3303＃2202＃名稱單位消耗消耗消耗消耗電爐電度11000111001120011500動力電、環(huán)保度800820820820電極kg100100110114硅石t油焦kg9209509901精煤kg500530550550木片t木炭kg25283030松果球t025 主要設備方案 主要設備選型電爐變壓器電爐變壓器是工業(yè)硅冶煉生產(chǎn)中的主要設備，本項目根據(jù)原有廠房結構，擬選用三相變壓器一臺。變壓器主要參數(shù)見表5－5。表5－5 變壓器主要參數(shù)表序號項目名稱參數(shù)要求備注1額定容量KVA125000（要求長期穩(wěn)定超載30％，短時超載60％）三相變壓器2一次側(cè)電壓35KV3二次側(cè)電壓120～196V（其中120～164V恒電流，164～196V恒功率）4檔位及級差19檔，164～186V調(diào)壓級差3V5二次電流50500A最大 冶煉電爐電爐采用固定三角圓邊型，電爐屬于非標自制，電爐主要參數(shù)如下：爐殼外徑：φ8000mm爐膛直徑：φ6000mm爐膛深度：2500mm電極極心圓：φ2650177。100mm電極根數(shù)：3根電極直徑：φ1020電極材質(zhì)：碳素電極單根電極配備銅瓦數(shù)量：8塊煙罩本項目擬采用耐熱混凝土結構矮煙罩。矮煙罩的制造采用碳鋼板制造，生產(chǎn)時電極上的大電流穿過煙罩，形成極大的磁抗和電渦流，造成生產(chǎn)能耗增加；采用不銹鋼材料制造。目前，市場不銹鋼售價高達2萬多元每噸，制造成本極高。12500KVA工業(yè)硅爐僅煙罩造價就需55～60萬元左右。采用耐熱混凝土材料制造煙罩，一方面由于未使用碳鋼材料，避免了煙罩產(chǎn)生感抗和磁場電渦流；另一方面，由于大量使用混凝土，僅使用少量的不銹鋼材料，使之制造成本大幅度降低，一臺12500KVA工業(yè)硅爐煙罩約需60萬元左右。目前，耐熱混凝土技術在冶煉行業(yè)使用已經(jīng)比較成熟，