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项目二、工业硅的生产过程 任课教师 常增光 2.1工业硅生产操作 一、生产过程示意图 2.1工业硅生产操作 二、操作要点 1.配料:各种原料的称量和混匀过程称为配料。小型电炉,人工操作,称量,铁锹混匀,添加。大型电炉,生产配比,计算机输入数据,下料称量,布到水平带,皮带输送。 配料影响产品质量、原料单耗、产品成本。 三个比例:还原剂组分比、原料计算比例、实际配料比例。 2.1工业硅生产操作 2.1工业硅生产操作 2.1工业硅生产操作 原料比例计算 SiO2+2C=Si+2CO SiO2 100% 100kg硅石所需固定碳量 固定碳量=100*2*碳的相对原子质量/SiO2的相对分子质量=100*2*12/(28+32)=40(kg) 2.1工业硅生产操作 木炭水分7%,挥发20%,灰分3%,木炭固定碳70%; 低灰分煤水分4%,挥发分32%,灰分2.5%,固定碳61.5%。 木炭:低灰分煤=32:68,损失系数K=12 硅石:木炭:低灰分煤=100:(40*0.32/(C木炭固(1-K木))):(40*0.68/(C煤固(1-K煤)))=100:(40*0.32/(0.70*(1-0.12))):(40*0.68/(0.615*(1-0.12)))=100:21:51 2.1工业硅生产操作 C木炭固-木炭中的固定碳 C-低灰分煤中的固定碳 K木-木炭的损失系数 K煤-低灰分煤的损失系数 实际生产 原料水分、电气参数、操作等,差异,调整某一还原剂 实际配料比 称量工作极为重要 2.1工业硅生产操作 2.加料捣炉 (1)加料 工业硅熔炼是连续过程,加料时注意保持炉膛上部规定的料面水平。加料方法。 A.电极深而稳地插入炉料内; B.气体经炉膛上部整个有效表面均匀冒出,没有暗色烧结部分,气体由小孔排出; C.炉料沿炉膛上部的整个有效截面下落; D.熔体硅液的出炉正常,出炉量与规定的电能和原料消耗相适应; E.电极的电流负荷稳定。 2.1工业硅生产操作 加料间断进行,总量根据额定产能确定。避免加料过重,前一批熔尽,加新料。加料前,捣下旧料,预热料扒到电极周围,加新料,在电极周围形成椎体。正常熔炼,加料量、电能消耗量、放出熔体硅量一致。 (2)捣炉 为保证需要的炉料适时进入反应坩埚,要通过捣炉强制炉料下沉。在实际生产中,加料和捣炉是结合进行的。早期捣炉用木棒进行,现在已大多使用半自动或全自动捣炉机。 电炉正常运行时,只有当炉料在炉膛上部已被很好加热以后或者出现形成“刺火孔”的迹象时,才实施捣炉沉料。 2.1工业硅生产操作 A.捣炉作业一般是一个电极区一个电极区地依次进行。 B.捣炉前先定好捣杆运行方向,捣炉时捣杆切勿触碰电极。 C.捣杆抽回后,马上把被撬散的热料堆到电极周围,并在整理好的料面上加上新料。加料应均匀,对易产生刺火处要先加料。加料可适当多些,以增大气体喷出的阻力。 电极周围形成椎体是连续熔炼所必需的条件之一。 2.2工业硅生产工艺 工业硅是在单相或双向电炉中冶炼。容量大于5000KVA的三相电炉使用石墨电极或碳素电极。 传统电炉炉体固定,近年来开始使用旋转炉体。旋转炉体可减少电能消耗3%-4%,提高了电炉生产率和原料利用率,减轻炉口劳动强度,不需炉口料面扎眼透气,改善料面操作过程。 电气参数通常不变,电压80-190V,电流为35000-100000A,以致数十万安培。 炉口料面操作特征 A沿整个炉口料面冒出均匀的气体,不存在黑色的烧结区域,没有局部气体喷出,炉料均匀下沉,没有大量塌料和刺火现象。 2.2工业硅生产工艺 B.电极周围料面椎体正常,中心炉料比周围炉料下降快,整个料面冒出黄色火焰。 C.电极深而稳地插入炉料中。 D.出硅时液态炉渣常伴硅液,出硅后期出硅口喷明亮的黄色火焰。 E.电能消耗稳定 F.配料按实际电能消耗精确进行。 2.2工业硅生产工艺 大型三相电炉用加料管附以加料机加料,机械加料效果较好。 操作应减少硅挥发增加最大熔化炉料的数量,电极插入深而稳,炉气冒出均匀、透气良好。 在每根电极下部形成的坩埚区是电炉温度最高的区域,在那里硅被还原的最多,炉料在电极附近融化。 2.2工业硅生产工艺 1.熔炼时的炉膛结构 2.2工业硅生产工艺 (1)I区为炉料预热区 炉料加入,上升炉气加热。中心部位700-800度,电极附近1000度,外围400度。水分100度-200度蒸发掉,化学结合水400度排除。 (2)II区为反应区 部分电极周围空间及电极下部空腔。 炉料沉落,强烈加热。下部电弧区温度可达4000度,物料 转化为气态。氧化硅被碳还原生成大量气体,以较大压力向上排出,生成的硅和熔渣流到炉底,物料体积缩小,形成自由空间,被上面下来的另一些炉料填充。反应中产生的气体经炉膛料面逸出,主要成分:CO、CO2、O2、CH4、
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