工業(yè)硅電爐生產(chǎn)和管理

1、引用】工業(yè)硅電爐設(shè)計、生產(chǎn)管理專家 一朱爾明2011-12-19 18:23:34|分類：默認(rèn)分類|標(biāo)簽：|字號大中小訂閱本文引用自程士寶 工業(yè)硅電爐設(shè)計、生產(chǎn)管理專家 一朱爾明900015000KVA工業(yè)硅電爐主體設(shè)備設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)管理 朱爾明人類社會的進(jìn)化和發(fā)展一般是以材料為標(biāo)志，即石器時代、青銅器時代、 鐵器時代。但隨著社會發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，半導(dǎo)體特別是硅的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用使我們 的生存條件、社會及生活發(fā)生了革命性變化，甚至超過了以前所有材料時代所發(fā) 生變化的總和，這就是俺時代我們生活在硅時代'僅僅只有半個世紀(jì)生活 中我們的手機、電視機、電腦、數(shù)碼產(chǎn)品，乘坐的飛機、汽車、輪船，航空領(lǐng)域

2、 的衛(wèi)星、飛船、火箭等等，都與硅有關(guān)，還有當(dāng)前炙手可熱的材料名詞如光伏材 料、單晶硅、多晶硅、硅橡膠、硅油、硅樹脂、硅鋁合金等等隨處可見、不絕于 耳。這些與硅有關(guān)的材料實際都離不開基礎(chǔ)材料 ？一一工業(yè)硅（金屬硅）。工業(yè)硅從實驗室研究到規(guī)?；a(chǎn)，是從1938年聯(lián)建成世界第一臺 2000KVA單相單電極電爐工業(yè)硅工廠開始的。隨后法國、日本、加拿大、美國、 挪威和巴西等都相繼建設(shè)了工業(yè)硅廠。中國工業(yè)硅生產(chǎn)始于1957年的鋁廠。70年代中期又在和民和建設(shè)工業(yè)硅 廠。到1989年底，工業(yè)硅電爐總裝機容量已達(dá)數(shù)十萬 kVA,最大工業(yè)硅廠年產(chǎn) 能力為1萬t。90年代后期國開始大量建設(shè)6300KVA工業(yè)硅爐

3、，進(jìn)入2000年 后建設(shè)800010000KVA的，最近3年開始大量建設(shè)1250016500KVA 的， 有幾個規(guī)模大的硅企業(yè)比如永昌、 昇陽分別引進(jìn)德馬克和南非技術(shù)，建設(shè)了容量 為25000KVA和39000KVA的工業(yè)硅電爐?？v觀國，雖然工業(yè)硅設(shè)備技術(shù)和生 產(chǎn)水平得到了很大促進(jìn)和發(fā)展，但是工業(yè)硅行業(yè)的總體設(shè)計技術(shù)和工藝管理水平 依然參差不齊，認(rèn)識上也有很大區(qū)別。這也是為什么在同一個地方，有的廠的設(shè) 備運行非常正常、各項指標(biāo)好，而另一個廠的設(shè)備運行狀況和各項指標(biāo)很不理想 的關(guān)鍵原因所在。工業(yè)硅行業(yè)有句俗語： 原料是基礎(chǔ)，設(shè)備是條件，操作是關(guān)鍵，管理是保障。下面我就比較普遍的9000-1500

4、0KVA工業(yè)硅爐設(shè)備、原料、操作、管理4個方面的一些認(rèn)識和體會，從設(shè)計和生產(chǎn)管理的角度與大家探討學(xué)習(xí)，相互交 流提高，為中國硅業(yè)蓬勃發(fā)展而努力。、9000 15000KVA工業(yè)硅爐的合理設(shè)計任何一種材料的制取都離不開設(shè)備，工業(yè)硅也不例外。 “工欲善其事，必先利其器。 ” 2009年初，我們通過對9000KVA 以上的硅爐的故障問題和操作特點作了大量數(shù)據(jù)的收集梳理、 總結(jié)分析， 結(jié)合多年設(shè)計和生產(chǎn)管理經(jīng)驗， 對以往的設(shè)計和理念做了重大調(diào)整改進(jìn)和提煉。 對新設(shè)計和改造的硅爐， 在細(xì)節(jié)上下功夫，使設(shè)備故障率小于 1% ，保證長期穩(wěn)定運行，為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、節(jié)能降耗創(chuàng)造條件。1 、廠房的合理設(shè)計重點是保證搗

5、爐機工作時伸縮、旋轉(zhuǎn)自如、空間大；全方位加料無死角；出爐口寬敞不設(shè)立柱； 液壓系統(tǒng)所有元件遠(yuǎn)離高溫區(qū)； 電極庫房 （我們一般設(shè)在冶煉跨三樓平臺）、澆鑄車間、精整破碎包裝車間、成品庫獨立分開。廠房布置有兩種形式：如果電極采用倒三角布置， 則選用單臺三相變壓器， 盡量靠近爐體但又與高溫?zé)煔飧綦x，可以做到短網(wǎng)最短，而且基本對稱，減少強弱相。主廠房較低，總體投資較省。（見圖 1 ）1 工業(yè)硅三相變壓器廠房立面圖如果采用三臺單相變壓器布置， 則多一樓層， 主廠房增高。 整體投資較高。2）2、爐襯高溫區(qū)采用自焙碳磚與半石墨化碳磚結(jié)合的方式，外圍用高鋁磚、粘土磚、輕質(zhì)保溫磚， 爐孔采用全石墨磚或半石墨質(zhì) 半

6、碳化硅整體轉(zhuǎn)， 可以正常使用四年不用大修爐襯。筑爐方式一般分為有縫和無縫砌法兩種。有縫法（見圖 3 ）是傳統(tǒng)砌法， 對碳磚的外形幾何尺寸沒有要求； 無縫法 （和圖 4 ） 是近幾年出現(xiàn)的，要求碳磚必須精加工，幾何尺寸要求嚴(yán)格。3 、電極把持設(shè)備 壓力環(huán)電爐容量越大， 銅瓦數(shù)量越多， 壓力環(huán)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。 而壓力環(huán)是整個電爐的核心設(shè)備。其設(shè)計合理與否，直接影響到連續(xù)生產(chǎn)、甚至電力單耗和產(chǎn)量指標(biāo)。因此選用碟形彈簧式不銹鋼壓力環(huán)， 設(shè)計時考慮到大電流強磁場的影響， 采取了屏蔽磁場的措施來保護(hù)碟簧不被磁化發(fā)紅而影響彈性， 這樣就做到了免維護(hù)， 且抱緊力始終大于 10 噸， 可以做到每塊銅瓦一對一單獨調(diào)整

7、， 與波紋管效果相同。但碟簧這種結(jié)構(gòu)比較簡單，無需在高溫區(qū)設(shè)置液壓油路。本設(shè)計已經(jīng)在近30 臺電爐上使用，實踐證明了以上優(yōu)點。只要安裝調(diào)整到位，保證銅瓦與電極之間3.5Kg/cm2 以上的接觸壓力， 銅瓦是不會打弧的， 壓放電極時也不用松銅瓦。 德宏、 和有幾個公司生產(chǎn)運行一年多沒有打過弧， 也沒有換過一塊銅瓦。 銅瓦除被刺火燒壞之外，沒有打弧損壞的。（見圖 5 ）4、電極升降與壓放電極升降系統(tǒng)采用液壓，用單向調(diào)速液壓缸（上升靠油壓，下降靠自重），電極到爐底自動停止下降， 可以保護(hù)電極及設(shè)備不受損壞； 壓放采用液壓與碟形彈簧結(jié)合的方式（也有采用氣囊結(jié)構(gòu)的），正常生產(chǎn)時彈簧抱緊。液壓只在需要壓放

8、電極時工作， 提高了的可靠性。 一套液壓系統(tǒng)做到了電極升降與壓放、 煙囪閥門和搗爐門開關(guān)的全部功能， 所有動作全部在配電柜臺上按鈕操作實現(xiàn)。 （圖6）5、電爐變壓器采用有充分裕量的殼式變壓器： 這種變壓器體積輕， 超負(fù)荷能力強， 只是成本比傳統(tǒng)芯式變壓器略高。因為不少企業(yè)習(xí)慣超負(fù)荷10 30%長期運行，加大電流電壓比，使電極深埋，表面上看爐況較好，電耗有所降低，產(chǎn)量有所增加。但是超負(fù)荷運行使變壓器和短網(wǎng)電阻損耗加大， 降低了電效率， 功率因數(shù)也同時降低。因此選用變壓器時一定要考慮30% 的裕量，這對冶煉生產(chǎn)是很有利的！6、短網(wǎng)通常對短網(wǎng)的基本要： 足夠的有效截面積和載流能力； 充分考慮交變電流

9、肌膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響， 提高板材導(dǎo)體的寬厚比或管材導(dǎo)體的外徑和壁厚比； 盡可能縮短導(dǎo)體長度、 減小導(dǎo)體接觸電阻； 避免導(dǎo)體附近鐵磁物質(zhì)的渦流損失； 適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)電流密度； 足夠小的感抗值； 選用導(dǎo)電性好的 T2 銅；降低導(dǎo)體的運行溫度。 根據(jù)上述 8 項原則， 我們設(shè)計時一般取電流密度為： 水冷銅管1.5 3A/mm2, 水冷電纜 1 1.5 A/mm2 ，銅瓦與電極間的接觸面0.01 0.025 A/mm2 。我們一般選用外徑為 7080mmT2銅管制作短網(wǎng)。（ 1 ）如果選用單臺三相變壓器，則采用水冷電纜（圖 7 ）、水冷銅管短網(wǎng)。既節(jié)約投資，比傳統(tǒng)的銅排節(jié)約 50% 的銅材，超負(fù)荷能力

10、又強。倒三角采用我們首創(chuàng)設(shè)計的變壓器八字形出線（圖8）的短網(wǎng)布置，這樣可以盡可能的縮短變壓器到爐心的距離。阻抗小，壓降低。（ 2 ）如果選用三臺單相變壓器，則三相對稱，變壓器可以最大限度的靠近爐心。出線端直接用水冷電纜與銅瓦銅管相連，省去短網(wǎng)。按照已有的設(shè)計，水冷電纜長度基本不超過3 米。從理論上講， 三臺單相變壓器可以實現(xiàn)分項調(diào)壓， 避免強弱相， 短網(wǎng)短而且長度一致。 但是從目前多家企業(yè)的運行狀況和生產(chǎn)指標(biāo)看， 三臺單相變壓器的電爐和單臺三相變壓器相比， 并無明顯優(yōu)勢。 在德宏和等地， 我們設(shè)計了上述兩種形式的電爐和短網(wǎng)。7、銅瓦（ 1 ）采用鈦鉻合金鑄造銅瓦，與鍛造銅瓦比具有高溫環(huán)境下變形

11、小、強度高、 成本低的優(yōu)點。 而有些鍛造銅瓦存在受熱后易翹曲變形導(dǎo)致打弧燒壞引起漏水等故障， 不得不停爐更換。 經(jīng)過測量使用前和使用后燒壞換下的鍛造銅瓦， 其變形量超過5mm 。這里面有設(shè)計原因，也有制造原因。因此我們在對比后選擇了鑄造銅瓦。 通常只要保證了足夠的接觸壓力， 鑄造銅瓦在生產(chǎn)期間很少甚至沒有打弧，其變形量幾乎為零。（ 2 ）如果采用鍛造銅瓦，那么結(jié)構(gòu)上需要重新調(diào)整，銅瓦后面的受力點需要增加厚度和強度， 盡可能減少受熱受力后的變形。 目前的鍛造銅瓦背后頂頭受力處都是加工成凹形，與圓弧接觸面之間的厚度只有50mm 左右，然后做一道絕緣， 實際上就降低了銅瓦的受力后抗變形能力。 如圖

12、5 所示的銅瓦結(jié)構(gòu)就不易產(chǎn)生變形。8、半封閉中煙罩從煙罩結(jié)構(gòu)我們可以看出工業(yè)硅設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r。 最初設(shè)計的煙罩結(jié)構(gòu)多為高煙罩。 很長一段時間， 人們普遍認(rèn)為高煙罩冶煉能耗低。 這種意識阻礙了中低煙罩的發(fā)展。 由于國家環(huán)保政策的強制實施， 矮煙罩才得到進(jìn)一步推廣。 但是傳統(tǒng)設(shè)計的中、低煙罩結(jié)構(gòu)（如圖 9 所示），盡管許多設(shè)備隔離在高溫區(qū)外，而除塵效果卻很不理想，反而加劇了操作環(huán)境的惡化。針對這種情況，我們對煙罩結(jié)構(gòu)作了根本性的調(diào)整（如圖 10 ）。采用我們獨創(chuàng)設(shè)計的中煙罩+ n 型副煙罩形式（也可叫盆式煙罩，即煙罩頂部中間低，周圍高） 。 中煙罩頂部中心的骨架和中心蓋板選用不導(dǎo)磁的不銹鋼材料制作

13、， 周圍采取隔磁的措施，有利于降低電磁損耗。副煙罩頂部最高可達(dá)到 4.5 米，既吸取了高煙罩排煙能力強， 料面溫度低， 也吸取了矮煙罩使主要設(shè)備遠(yuǎn)離高溫區(qū)的優(yōu)點。通過、等多家硅廠的使用，排煙效果相當(dāng)顯著，操作環(huán)境大大改善。同時水冷搗爐門開關(guān)采用液壓升降， 按鈕操作。 煙罩周圍采用水冷墻板里面砌筑耐火磚或打耐火澆注料，降低周圍操作環(huán)境的溫度，減少熱輻射。目前這種結(jié)構(gòu)的煙罩已被國很多企業(yè)認(rèn)同并開始廣泛推廣。如果能夠在25000KVA 的電爐上推廣，結(jié)合改進(jìn)25000KVA 電爐煙罩的簾幕結(jié)構(gòu)，那么可以很大程度上改善車間的高溫操作環(huán)境。9、水路設(shè)計水路好比人體的血管， 冷卻水好比人體的血液。 從生產(chǎn)

14、過程中設(shè)備的角度上講， 水比電還重要。 因此作為設(shè)計和制安人員必須要重視水路的設(shè)計和安裝。 水的流速要大于 0.8 米/秒、壓力大于0.25MPa ，且水路在爐高溫區(qū)的流動長度最多不超過 30 米，水路截面必須按照這幾個參數(shù)計算設(shè)計，保證水流在水路的任意位置均為紊流， 散熱快， 且不易沉沙積垢。 進(jìn)出水的開孔位置盡量堅持低進(jìn)高出的原則，避免水冷件里的空氣積存影響冷卻效果。在設(shè)計或安裝時如果沒有上述要求，很多電爐就會出現(xiàn)高壓蒸汽斷水的故障，同時結(jié)垢現(xiàn)象異常嚴(yán)重。另外循環(huán)進(jìn)水溫度最好低于30 ，出水溫度最好低于45 。如果達(dá)不到要求，需另外增加降溫效果良好的玻璃鋼冷卻塔。10 、電極選用在硅冶煉爐

15、中， 電極就是心臟， 是導(dǎo)電系統(tǒng)的重要組成部分， 也是工業(yè)硅生產(chǎn)中主要的消耗材料之一。 一般采用石墨電極或碳素電極。 設(shè)計時選用電流密度：石墨電極8 14 A/cm2 ，碳素電極5 6A/cm2 。電極質(zhì)量的好壞， 直接影響電爐的正常生產(chǎn)。 最好采用規(guī)模較大、 質(zhì)量可靠 而且穩(wěn)定、售后服務(wù)好的廠家的品牌電極。對電極的基本要求：（1）導(dǎo)電性好、電阻率小（石墨電極 813 Q .rm碳 素電極25-40 Q.m ,電能損失少。（2）熱膨脹系數(shù)小，不易炸裂。（3）灰 分、雜質(zhì)含量低，高溫時有足夠的機械抗壓、抗折強度。11、電爐參數(shù)的選擇電爐參數(shù)的確定非常重要， 特別是極心圓、 電極 （如果選用石墨電

16、極則電極直徑為960- 1050mm為宜；如果選用碳素電極則電極直徑為10601100mm為宜）和爐膛直徑，爐膛深度，煙罩高度的確定（具體的計算方法有很多前輩的資料已經(jīng)表達(dá)得很清楚， 這里不再贅述） 。 這些數(shù)據(jù)直接影響到生產(chǎn)效果和指標(biāo)。比如12500KVA硅爐，如果選用960的石墨電極，通常設(shè)計時極心圓直徑按照經(jīng)驗公式得出的極心圓直徑是2400左右。但是在實際運行過程中，因為原材料結(jié)構(gòu)的不同通常極心圓要調(diào)整到在2500以上。比 如用大油焦生產(chǎn)， 因為油焦的比電阻小， 為了使電極深埋， 12600KVA 的電爐的極心圓直徑應(yīng)該在2500 2800 之間。如果是大木炭生產(chǎn)，則極心圓通常在2400

17、 2600 之間就能達(dá)到比較理想的指標(biāo)。因此選擇參數(shù)，按公式計算還必須結(jié)合原材料、生產(chǎn)工藝和實際生產(chǎn)效果，有所變化和調(diào)整。通常 12500KVA 工業(yè)硅電爐主要設(shè)計參數(shù)如下表：序號 參數(shù)分類 實 選 數(shù) 據(jù) 備 注1 額定容量12500 超負(fù)荷 30%2電極直徑 石墨電極 9601020mm碳電極106A 1100mm3 電極電密 石墨電極 8 14 A/cm2碳素極5 6A/cm24 電極電流 48000 54000A5極心圓直徑25002800mm高焦工藝取上限；木炭工藝取中下限。6爐膛直徑61006300mm7 爐膛深度2500 2600mm8 銅瓦數(shù)量 8 塊 /相9煙囪直徑2X220

18、012 、搗爐機的設(shè)計搗爐機（包括25000KVA 以上電爐配套使用的加料、撥料搗爐機）是工業(yè)硅生產(chǎn)中重要的必不可少的冶煉輔助設(shè)備。搗爐機的設(shè)計原則：可靠的絕緣，特別是用于帶電搗爐，絕緣的合理設(shè)計顯得非常重要；較快的伸縮速度35 40m/min ；整體強度。搗爐機在工作時處于 500800 C高溫環(huán)境，相比常溫，搗爐桿的強度會大大降低； 如果我們能夠設(shè)計出水冷結(jié)構(gòu)的搗爐桿， 那么搗爐機的使用壽命將大大延長；足夠的行程（2.8m以上），可以保證搗爐機的工作圍，縮小搗爐盲區(qū)；足夠的插入和搗爐力量。力量不足，影響搗爐效果。、工業(yè)硅生產(chǎn)工藝管理好的設(shè)計必須有好的管理，二者相輔相成，相得益彰。工業(yè)硅生產(chǎn)

19、從工藝上來講， 目前大致分為大木炭工藝、 高焦低碳、 高焦低煤工藝、半焦半煤工藝、全焦工藝。隨著木炭的限制，很多地企業(yè)開始采用高焦低煤或半焦半煤工藝。1 、設(shè)備管理設(shè)備管理是生產(chǎn)管理的支柱， 是節(jié)能降耗、 穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的基礎(chǔ)。 因此如何減少設(shè)備熱停爐時間， 提高設(shè)備的作業(yè)率； 如何制定科學(xué)合理的設(shè)備管理制度， 就顯得尤為重要，也是我們要重點思考的問題。（ 1）主體冶煉設(shè)備實行作業(yè)率，每個月只給一定的檢修時間。每節(jié)約一個小時給一定的獎勵；工資的高低與停電時間掛靠，檢修時間越長，工資越低，反之越高。（ 2 ）外圍設(shè)備如搗爐機、臺包車、行車實行維修成本管理，控制浪費；檢 修按照工時制度，檢查工作能力和工

20、作狀況。從目前的運行狀況來看， 這種制度最大限度的提高了檢修的效率， 促使機修 把重點放在了如何預(yù)防故障上，也就是由原來的被動維修轉(zhuǎn)變成主動維護(hù)。（ 3 ）為避免刺火燒壞銅瓦和壓力環(huán)造成漏水停爐檢修，工藝上控制料面，要求料面與銅瓦下端保持100mm 左右的距離。如果發(fā)生漏水停電維修，那么事故責(zé)任分?jǐn)?。這樣做的目的就是要提高員工的責(zé)任意識。從某公司的 12600KVA 硅爐8 10 月份的生產(chǎn)產(chǎn)量和設(shè)備的熱停爐時間的對比可以看出： 在電力狀況、 冶煉操作和原材料不變的情況下， 設(shè)備作業(yè)率越高， 產(chǎn)量越高。數(shù)據(jù)如下表：2、原料管理1 ）硅石的控制尋找優(yōu)質(zhì)硅石、 控制硅石雜質(zhì)含量是產(chǎn)品品質(zhì)的基本保證

21、。 因此對硅石化學(xué)成分要求如下： SiO2>98.5% ， Fe2O3<0.12% ， Al2O3<0.2% ， CaO<0.2% 。通常硅石中 Fe2O3 含量 x1 與產(chǎn)品中 Fe 含量 y1 有如下關(guān)系： y1=1.866x1+0.212 。產(chǎn)品中鋁的含量可通過提高原料標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行爐外精煉來控制， 而精煉去鋁只能達(dá)到75%左右。通常硅石中Al2O3 含量 y2 與最終產(chǎn)品中雜質(zhì)鋁含量x2 有下面關(guān)系： y2=0.847x2+0.095 。鈣的含量如果和鋁的含量接近， 則對冶煉和爐外精煉是有利的。 鈣在冶煉或吹氧精煉過程中是放熱反應(yīng)，因此對提高產(chǎn)品質(zhì)量，幫助降鋁有非常

22、好的作用。精煉除鈣效率可達(dá)98% 。但是硅石的高抗爆性和良好的還原性能對冶煉也會產(chǎn)生很大影響。 抗爆性差的硅石，加入爐后，因高溫產(chǎn)生晶形轉(zhuǎn)變，引起體積膨脹而爆裂成細(xì)小的顆粒，這些細(xì)小顆粒直接影響爐透氣性，容易導(dǎo)致爐況惡化。有條件的企業(yè)可以用1500 的箱式電爐測試硅石的抗爆性。也可以組織少量的硅石入爐試燒，根據(jù)爐況來判斷其物理性能。據(jù)資料介紹，還原性能和抗爆性好的硅石，電耗降低2 12% ， 原料消耗降低10%左右。 的昌寧礦就具有良好的物理和化學(xué)雙重性能，所以冶煉指標(biāo)非常優(yōu)秀。有些企業(yè)用幾種不用性能的硅石按一定的比例混合搭配使用， 同樣也取得了較好的生產(chǎn)和質(zhì)量指標(biāo)。硅石粒度要求： 60 10

23、0mm 占 75% ，小于 60 的占 10 15% ，大于100120的占 10 15% 。硅石的粒度是冶煉的一個重要工藝要求。硅石適宜粒度受硅石種類、 操作狀況以及還原劑的種類等多種因素影響。 要根據(jù)具體的冶煉條件來決定。粒度過大，不能與反應(yīng)速度相適應(yīng)，易使未還原的硅石進(jìn)入液體硅中，造成渣量增多（如果不能及時排除容易積存造成爐底上漲），出爐困難，硅的回收率降低， 能耗增大， 嚴(yán)重時影響正常生產(chǎn)。 粒度過小， 雖能增大還原劑的接觸表面，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行， 但反應(yīng)過程中生成的氣體不能順利排出， 又會減慢反應(yīng)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)中一般小于5mm 的硅石不

24、宜采用。另外還要挑除雜石、沖水洗凈，做到精料入爐。2）石油焦石油焦中含有0.1 0.6%灰分，固定碳大于80 95% ，揮發(fā)分大于3 5 13% 。因此可以提高金屬硅的純度，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。但石油焦的缺點是比電阻低（一般電阻率 3-5Q.m,經(jīng)1200c煨燒后電阻率僅400 500仙0.巾，高溫下容易石墨化，而且反應(yīng)活性差。用量偏大時，導(dǎo)致爐 況不好控制，造成爐料不燒結(jié)、刺火嚴(yán)重、電耗高、出爐困難。入爐要求：磁選去鐵，粒度3 15mm 占 75% ， 3mm 以下的占 10 15% ，15 20mm 以上的占 10%左右。3）洗精煤上世紀(jì) 90 年代后期，國用精洗煤取代木炭作還原劑生產(chǎn)工業(yè)

25、硅獲得成功，到本世紀(jì)逐漸推廣開來， 目前我國完全用煤和石油還原劑的工業(yè)硅生產(chǎn)廠家占工 業(yè)硅總廠家的一半以上?，F(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的含量多在 1%左右，采用的化學(xué)法精選煙煤，能得到氧化鐵含量低于 0.1% 的精煤。精煤是很好的還原劑，比電阻較石油焦大，化學(xué)活性好，反應(yīng)能力比較強。很多企業(yè)基本在大量使用洗精煤，在還原劑中所占比例約 10 45% 。質(zhì)量要求： 揮發(fā)份 >25 40% ， 固定碳 >55% ， 灰分 <5%（灰分中的 Fe2O3<0.3% ，Al2O3<0.7% ， CaO<0.4%） ，粘結(jié)指數(shù)大于

26、85。磁選去鐵，粒度2 15mm 。精煤的燒結(jié)性對爐況同樣產(chǎn)生很大影響。燒結(jié)性好的洗煤對燜燒是極為有利的。4）木炭和木片木炭的比電阻高， 化學(xué)活性好， 是工業(yè)硅生產(chǎn)最理想的還原劑。 但是木炭資源是非常有限的（目前使用木炭生產(chǎn)的企業(yè)主要分布在和）。因此，木片（甘蔗渣、玉米芯、中藥渣、秸稈、竹片、松果等）已成為目前地企業(yè)進(jìn)行工業(yè)硅生產(chǎn)的主要原料。但是由于木塊著火點、含碳量都低，實際作還原劑微乎其微，主要是增加爐料的透氣性和料層的電阻。 木塊用量的大小都對爐況產(chǎn)生影響。 木塊用量過大，料層疏松沒有燒結(jié)性，容易導(dǎo)致爐況變壞，電耗上升。用木炭生產(chǎn)高品位的低鋁、低磷、低硼的化學(xué)硅，一般木炭都需要精選過篩、

27、水洗泥沙。粒度20 100mm 。一般用木材切片機直接加工成100mm 以下的片狀后混合入爐。 如果要生產(chǎn)低硼低磷的產(chǎn)品，最好是木材去皮。木材同樣需要精選，不能參入泥土等雜質(zhì)。料比中一般加入10 30% 。3、冶煉操作管理圖中：I 預(yù)熱區(qū)400 1000 C, H反應(yīng)地竭區(qū)30004000 C,出一死料區(qū) 15002200 C, IV熔融硅液區(qū) 2000 3000 Co 根據(jù)硅的還原冶煉原理：SiO2+2C=Si+2CO實際上工業(yè)硅高溫冶煉反應(yīng)過程是非常復(fù)雜的。 但我們一般簡化分析， 冶煉過程會產(chǎn)生三種情況：一是爐料燒結(jié)成塊狀死料；二是上層爐料中生成的片狀SiC 積存后容易促使?fàn)t底上漲； 其三

28、 Si 和 SiO 高溫?fù)]發(fā)， 容易降低硅的回收率。為此，在冶煉中必須控制 Si 和 SiO 揮發(fā)，提高硅的回收率，保持SiC 的形成與破壞相對平衡。 要達(dá)到此目的， 必須加強操作細(xì)節(jié)管理， 也就是下面的 6 個控制：一控計量誤差；二控外偏加料；三控頻繁塌料生料入坩堝；四控頻繁搗爐；五控反應(yīng)區(qū)域；六控敞弧過燒。還有一句順口溜： “要想爐況好，別讓弧光跑”。 配料（有些公司配料系統(tǒng)已采用電子監(jiān)控計量統(tǒng)計）。正確的配料是保證爐況穩(wěn)定的先決條件。 正確配比應(yīng)根據(jù)爐料化學(xué)成分、 粒度、 含水量及爐況等因素確定， 其中應(yīng)該特別注意還原劑的使用比例和數(shù)量。 配比正確， 料面松軟又有一定的燒結(jié)性，透氣性好，

29、火焰均勻，能夠保證相對穩(wěn)定的燜燒時間。爐料配比確定后，應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，誤差不超過0.5 ，均勻混合后依次整批入爐。爐料配比不準(zhǔn)確會造成爐還原劑過多或缺少現(xiàn)象， 影響電極下插， 坩堝縮小， 破壞正常的冶煉爐況。配碳量與硅回收率 碳平衡的關(guān)系（圖 14 ）：配碳量過剩50% ， 硅的回收率為 0， 生成的 SiC 積存爐底； 同理缺碳 50% ， SiO 不能被吸收，影響 SiC 的生成與破壞， 造成 SiO2 過剩。 正常情況下， 碳和硅石的分子比為 2 。高焦低煤的料比（以硅石200kg 為基準(zhǔn)）一般是：油焦55 75kg 、精洗煤30 55kg ；木片 20 30kg 。加料。加料的基本原則

30、是均勻入爐。沉料搗爐、推熟料操作完畢后，應(yīng)將混勻爐料迅速集中加在電極周圍及爐心三角區(qū)， 使?fàn)t料在爐形成饅頭形， 并保持一定的料面高度和料層厚度。一次加入混合均勻的新料數(shù)量相當(dāng)于 90 分鐘左右的用料量。 當(dāng)爐心沉料不好時， 一般是爐心料重或極心圓偏大， 可對爐心加輕料；但當(dāng)爐心刺火或沉料太快時， 一般是極心圓偏小， 則對爐心加偏重料。 新料加完后，開始燜燒，燜燒時間控制在80 100 分鐘左右。燜燒和定期沉料的操作方法，有利于減少熱損失，有利于提高爐溫和擴大坩堝。加料混合不均同樣會造成爐還原劑過多或缺少現(xiàn)象， 影響電極下插， 縮小坩堝，使?fàn)t況變壞。因原料中采用燒結(jié)性好的精洗煤和石油焦，料面容易

31、結(jié)殼，難以自動下沉。為減少反應(yīng)區(qū)熱量損失，擴大 “坩堝 ” ，適時搗爐，有利于爐熱量集中， 為此必須采用一定時間的燜燒和定期集中加料的操作方法。 集中加料后， 經(jīng)一段時間燜燒， 容易在料面形成一層硬殼， 爐也容易出現(xiàn)塊料； 同時爐溫迅速上升，反應(yīng)趨于激烈，氣體生成量急劇增加。此時為了改善爐料的透氣性，調(diào)節(jié)爐電流分布， 擴大坩堝， 要用搗爐機或鋼棒松動錐體下腳和爐燒結(jié)嚴(yán)重部位的爐料，幫助爐氣均勻外逸。 操作時間一般在加料后 30 分鐘左右進(jìn)行。 至于徹底的搗爐，則要在沉料時進(jìn)行。搗爐。 采用石油焦和洗煤爐料時， 因其燒結(jié)性好難以下沉， 一般需要強制沉料。 當(dāng)爐爐料燜燒到規(guī)定時間時， 料面料殼下的

32、爐料基本熔化燒空， 料面也開始發(fā)白發(fā)亮， 火焰短而黃， 局部地區(qū)出現(xiàn)刺火塌料。 此時應(yīng)該立刻進(jìn)行強制沉料操作。沉料90 分鐘以上時，先用搗爐機從錐體外緣開始將料殼向下輕壓，使料層下塌， 而后用搗爐機搗松錐體下腳， 搗松的熱料就地推在下塌的料殼上， 搗出的大塊粘料推向坩堝區(qū)， 死料排出， 同時鏟凈電極上的粘料， 沉料時預(yù)熱區(qū)外露，熱損失很大，因而沉料搗爐操作必須有效徹底快速進(jìn)行。料面。 料面除了圍繞電極堆成3 個饅頭形之外， 根據(jù)一次電壓的變化， 料比輕重和料面高低的控制也非常重要。電壓高，料面適當(dāng)高，料比適當(dāng)偏重；電壓低，料面也相應(yīng)低，料面也相應(yīng)偏輕。在不調(diào)整極心圓的情況下，這樣做可以改善爐電

33、流的合理分布和電極的深埋做功。我們以某公司 9000KVA 工業(yè)硅爐 2010 年 4 月和 10 月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例： 4月份的一次電壓基本穩(wěn)定在35 38 KV ，但是 10 月份的一次電壓卻極不穩(wěn)定，在 29 34KV 圍頻繁波動。 但是通過加強料面管理和控制， 仍然取得了比較理想的電耗、產(chǎn)量指標(biāo)，實際數(shù)據(jù)如下表：配電在硅冶煉過程中， 物理化學(xué)變化與電氣制度有著緊密的聯(lián)系。 配電操作的好壞， 對冶煉效率有十分重要的影響。 一個好的配電工相當(dāng)于一個副班長。 熔煉過程中， 電爐電氣參數(shù)的控制是由配電工作完成的。 一般情況下就是控制電極的埋入深度。電極埋得淺，坩堝上移，表明還原劑過剩，電極附近形

34、成刺火，電弧聲響亮，硅水發(fā)紅溫度低，流量小，產(chǎn)量低、電耗高。電極埋得深，如果爐料中還原劑過少， 電極將處于較低位置。 因為爐料電阻隨著爐料中碳的減少而增大， 電阻增大使電流負(fù)荷下降， 電極消耗增加， 生產(chǎn)率降低。 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(dāng)電爐二次電壓超過一定值后， 電弧拉得過長，硅的揮發(fā)損失增多，爐膛上部過熱，刺火嚴(yán)重，熱損失增大。受電極允許電流密度的限制，特別是碳素電極，二次電流也不能隨意增大。電流電壓的比值， 是爐前操作的重要參數(shù)。 電流電壓比過小， 實際就是二次電壓過高，電極下不去，刺火嚴(yán)重。電流電壓比過大，二次電壓偏低，電極插入爐料過深，料面

35、發(fā)黑溫度低，生產(chǎn)指標(biāo)不理想。生產(chǎn)中，只有找到適當(dāng)?shù)碾娏麟妷罕葧r， 工作電流穩(wěn)定， 物料均衡和電極埋入深度平穩(wěn)， 才能取得最好的生產(chǎn)效果。一般電極底端距離爐底距離以600800mm 為宜。調(diào)整工作電壓是調(diào)整電爐、 保證生產(chǎn)的重要手段。 電爐工作電壓取決于兩個方面：一是短網(wǎng)結(jié)構(gòu)，要求高的電效率和功率因素，一般要大于 0.85 以上。二面是爐況， 包括爐體設(shè)備和生產(chǎn)操作， 冶煉中工作電阻的阻值很關(guān)鍵， 它易變動，應(yīng)努力使其穩(wěn)定并趨近最佳值。一般情況，為保證在600° C 左右正常的料面溫度，提高電壓。出爐開眼。因爐眼故障造成停產(chǎn)的比例估計占30%,因此爐眼的管理維護(hù)至關(guān)重要。 出爐制度對電

36、爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有一定的影響。 一般采用間斷相互出爐。 出爐時先清出爐口處的碎硅和其他堵眼材料， 用燒穿器準(zhǔn)確掌握角度， 燒穿爐眼。不要跑偏，更不能燒高或燒低。燒開后，多用木棒捅眼帶渣。三、爐況的判斷處理1 、爐況正常的標(biāo)志電極深而穩(wěn)地插入爐料， 電流電壓穩(wěn)定， 爐電弧聲響穩(wěn)而低沉悶聲。 整個料面冒火均勻， 爐料透氣性好， 料面松軟但又有一定的燒結(jié)性。 燜燒時間穩(wěn)定， 基本上無刺火和頻繁塌料的現(xiàn)象。 出硅時爐眼好開， 流量均勻地由大變小。產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定。2、爐況變壞的調(diào)整處理影響爐況的因素很多， 但在實際生產(chǎn)中， 最主要的影響因素還是還原劑的用量。一般來說，爐況變化通常反映在電極插入深度、

37、電流穩(wěn)定程度、料面冒火情況、 出硅情況及產(chǎn)量質(zhì)量波動情況等5 個方面。 原料含水量波動， 還原劑質(zhì)量變化，稱量誤差大，操作不當(dāng)，工作電壓等各種因素，均會影響實際用碳量，使?fàn)t出現(xiàn)還原劑過?；虿蛔悻F(xiàn)象。（ 1 ）還原劑過剩（料輕）的表現(xiàn)：料層松散，火焰變長，火頭大多集中在電極周圍，電極周圍下料塊，爐料不燒結(jié)， “刺火 ”塌料頻繁，電極消耗慢，爐積存 SiC ，錐體邊緣發(fā)硬，電流上漲，電極上抬。當(dāng)還原劑過剩時，僅在電極周圍窄小區(qū)域頻繁刺火塌料， 其他區(qū)域的料層不吃料； 坩堝縮小， 熱量高度集中于電極周圍，電極上抬，熱損失嚴(yán)重，電弧響聲很大，爐底溫度嚴(yán)重下降，假爐底很快上漲，硅水溫度低，爐眼縮小，嚴(yán)重時甚至燒不開爐眼，被迫停爐。在還原劑輕微過剩時，可在料批中減少一部分還原劑，同時加強操作維護(hù)，即可使電爐恢復(fù)正常。 在還原劑嚴(yán)重過剩時， 應(yīng)估計爐還原劑的過剩程度， 而后采取集中添加硅石的方法處理， 作為臨時措施， 硅石添加量必須嚴(yán)格把握， 以防形成大量爐渣， 產(chǎn)生石英現(xiàn)象， 集中添加配料合理數(shù)量硅石， 可在較短時間破壞SiC 和增大爐料電阻，促使電極穩(wěn)定下插，逐步擴大坩堝扭轉(zhuǎn)爐況。（ 2 ）還原劑不足（料重）的表現(xiàn)：料面燒結(jié)嚴(yán)重，透氣性