工业硅炉内反应.

1、工业硅冶炼基础知识工业硅生产增产降耗的措施主要有:1.把握炉况及时调整料比，保 持适宜的C/SiO2分子比，适宜的物料粒度和混匀，防止过多 SiC生 成。2选择合理的炉子结构参数和电气参数，保证反应区有足够高的 温度，分解生产的碳化硅使反应向有力生产硅的方向。3及时捣炉，帮助沉料，避免炉内过热，造成硅的挥发，或再氧化成SiO，减少炉料损失，提咼Si回收率。4.保持料层具有良好的透气性，可及时排出 反应生产的气体，减少热损失和 SiO大量逸出。一、生产工业硅的原料冶炼工业硅的原料主要有硅石、碳素还原剂。（一）硅石硅石要有一定的抗爆性和热稳定性，其中抗爆性对大炉子很重要，对容量小的炉子要求可略为降

2、低。有些硅石很致密，难还原， 造成冶炼状况不顺，经济指标差，很少米用。硅石的粒度视炉子容量的大小不同而异，一般5000KVA以上的炉子，硅石粒度为50-100毫米，且40-60毫米的粒度要占50%以上。硅石要清洁无杂质，破碎筛分后，要用水冲洗，除掉碎石和泥土。 目前对新采用的硅石在化学成分、破碎合格以后，还要在生产中试用。 经济指标较好，才能长期使用。（二）碳质还原剂优选各种不同碳质还原剂，要求固定碳高，灰分低，化学活泼性 要好，采用多种还原剂搭配使用，以达到最佳冶炼效果。冶炼工业硅 所用的碳质还原剂有：石油焦、沥青焦、木炭、木块（木屑）低灰分褐煤，半焦和低灰、低硫烟煤等。石油焦：其特点是固定

3、碳高，灰分低，价格低廉，并且能使料面 烧结好，但高温比电阻低，影响电极下插，反应能力差。要选择固定 碳大于82%，灰分小于0.5%、水份稳定，波动不许超过1%,以免影 响还原剂配入量。粒度要求 4-10毫米，粒度配合比例要合适。粉料 多烧损大，下部易缺碳，透气性不好；粒度大数量多比电阻小，电极 易上抬。木块（或木屑）：其性质接近木炭，在炉内干馏后，在料下层形成 比木炭孔隙度、化学活泼性更好的木炭。所使用的木块（或木屑）要清洁无杂物，不许代入泥土等杂质。木块长度不得超过100毫米。褐煤、烟煤：有比电阻、挥发份高，孔隙度大，化学活泼性好， 料面烧结性强，价格低廉的特点。挥发份在料层中挥发利于料面烧

4、结 和闷烧，而且可以形成疏松的比表面积大，比电阻极大的焦化碳，对 冶炼很有利。要求灰分小于4%，粒度小于25毫米，否则不能使用。 褐煤性质接近木炭，可作木炭的代用品。碳素还原剂种类不同，即使同种但产地不同性质也不相同。 可搭 配使用，求得更好的经济效益。如使用石油焦 60-80%，木炭（或加部 分木块）20%;石油焦60-70%，木炭（或木块）20-40%，烟煤5-10%搭 配使用，效果比较好。国外采用石英与还原剂职称团块炉料，先焙烧 进行还原，再冶炼工业硅，使电耗降低到 9000Kwh/t以下。二、冶炼原理在工业硅的生产中，一般认为硅被还原的反应式为SiO2 液 +2C=Si 液 +2CO

5、T 始 1933K (1)实际生产中硅的还原是比较复杂的， 从冷态下炉内情况出发，对 实际生产中炉内物化反应进行讨论。生产过程中的运行示意大体如下：23509002350 II2州犍-赳内輔锂翩繃扯筋狐心tssnas； 6-砲嫌7-wme 狀;8-0炉料入炉后不断下降，受上升炉气的作用，温度在不断的升高，上升的SiO有下列反应。2SiO=Si+SiO2 (2)此产物大部分沉积在还原剂的空隙中，有些逸出炉外。炉料继续下降, 当降到温度1773K以上时，有下列反应：SiOg+2Cs二SiCs+CO (3)SiO+C二Si+CO (4)SiO2+C=SiO+CO (5)当温度再升高时有以下反应2Si

6、O2+SiC=3SiO+CO(6)在电极下有反应：SiO2+2SiC=3Si+2CO (7)3SiO2+2SiC=Si+4SiO+2CO (8)炉料在下降的过程中有反应：SiO+CO=SiO2+C (9)3SiO+CO=2SiO2+SiC (10)在1区，主要是上升的一氧化硅分解，生成硅和二氧化硅，2、3、4、 5区主要是碳化硅的生成和分解，在 5区由于各种原因碳化硅来不及 分解而沉积在炉底。在冶炼中，主要反应大部分是在炉底部料层中完成的。碳化硅的生产、分解和一氧化硅的凝结，又是以炉内各维持温度分布不变为先 决条件。碳化硅的生成是容易的，而碳化硅的还原要求高温、快速反 应，否则碳化硅就沉积到炉

7、底。由此，必须保持温度区的稳定性。在冶炼操作中，沉料要合适，如过勤、温度区稳定性差，对冶炼不利。一氧化硅生成，主要是反应式(5)、(6)、(8)，冶炼中尽量把一氧 化硅留在料层中，因为凝结过程对硅的生产有重要意义。对硅还原的催化作用问题，多数认为CaO、CaCD、BaSOq和NaCI 的催化作用略小一些，在1953K时加入1%的CaCl2和在1953K时加 入3%的CaCl2，催化效果最好，再升温，效果就不明显了。加入催 化剂，可提高反应能力，加速硅的还原。根据炉内反应情况可简要的分为以下几个反应区域:（一）炉内反应区域1. 低温反应区（T 1537C）3. 生成熔体硅的区域（T 1400C）

8、SiO+C=Si+CO（硅的熔点以上）SiO2+2C=Si+2CO（T 1650C）4.SiC分解区域（1800C以上）SiO2+2SiC=3Si+2CO（T 1827C）SiC+SiO=2Si+CO当C/SiO2分子比=2时，SiC和SiO2不会过剩;当C/SiO2分子比=2-3时，SiC过剩；当C/SiO2分子比=3时，产品SiC（电石）;当C/SiO2分子比小于2时，SiO2过剩，温度大于 2190K 时，SiO2+Si=2SiO可见配碳量是很重要的。（二）炉内上、中、下部的反应主要如下：1. 炉内上部反应SiO+C二Si+CO? SiO CO J SiC SiOSiO+2C二SiC+C

9、O2. 炉内中部反应SiO+SiC=2Si+CO ? CO SiOSQ2+C二SiO+COJ SiC SiOCO2+C=2CO? COSQ2二SQ+I/2O2J SiO ? SiO3. 炉内下部反应SiO2+2SiC=Si+4SiO+2CO? SiO J Si SiC SiO?SiC+O2=SiO+O2 ? SiO三、冶炼工艺及设备参数1生产设备及电炉参数工业硅冶炼是在三相或单项矿热炉内进行的，大都采用敞口电 炉，也有半封闭旋转式电炉。采用旋转电炉有助于取得较稳定的下料 速度，利于破坏碳化硅，减少碳化硅的沉积速度。采用矮烟罩半圭寸闭 式电炉，可以回收烟气余热，改善工人劳动条件，但炉口跑火处理不

10、 如敞口电炉及时、方便，同时半封闭后炉口料温度升高，料层温度分 布有所改变，对一氧化硅凝结不利。炉子、电气参数与生产硅铁基本相同，不过由于工业硅含铝量高， 硅还原更难，冶炼还原要求有较高的冶炼温度。炉子参数对冶炼效果 有很大影响。炉底和极心圆单位面积功率应有一最佳值。2. 冶炼工艺1配料料批以200公斤硅石为基础，还原剂数量根据原料化学成分、经 验数据经计算核定。各种还原剂按一定比例搭配，灰分小于4%，挥发份高，反应活性好，比电阻高的烟煤和褐煤，要适当配入。其用量 不得超过四分之一。配料时要注意原料变化及时调整料比， 要注意原 料的清洁，清除异物，防杂质混入料内。称量必须准确，每批误差不 得超

11、过0.5公斤。2烘炉烘炉前的准备工作a. 检查供电、炉子绝缘、液压、铜瓦、把持器、卷扬机等各系统， 并进行空载运行，运转正常后才能开始烘炉。b. 在电极下部防止三支长度适当的石墨电极棒，再铺垫一层厚度 150-200毫米，粒度为40-80毫米的焦炭，在炉子极心圆内再撒一层 5-20毫米厚的焦，便于起弧，并保护炉底。3. 开炉炉衬烘好后，设备已经检查试运转正常，一切准备工作完成后， 即可开炉。投料后要严格控制料面上升速度，加料速度和输入电量要 一致。引弧后第一次加料要多投写，这样可以盖住电弧。以后加料要 根据耗电量控制加料量，开炉操作尽量少动电极，加料要轻，以免炉 料踏入电极下，使电极上抬，造成

12、炉底上涨。新开炉料面一定要维护 好，一切操作都要轻，尽量减少下料两又不要跑火塌料，使炉内多蓄 热，给形成正常炉况打下基础。炉口料面要平稳上升。第一、二炉更要注意，不许捣炉，使坩埚尽快形成并扩大。4加料按配料要求配好料，运到炉前，并按要求搅拌均匀堆放。操作上 要采用沉料后集中加料的方法，其余少量地采用勤加薄盖的方法，在 调整火焰时加入。沉料时三支电极同时进行。大沉料后现在紧靠电极 周围处加木块，并立即用热料盖住木块，再盖新料。加料要均匀，不 允许偏加料。根据炉内还原下料情况加料，使供给负荷、还原速度、 加料速度相适应，以控制正确的加料量，保持正常料面高度并控制炉 温，加料速度超过熔化、还原速度，

13、料面会抬高，炉温下降，加料不 足或电极上抬、影响控制料面，炉口温度就会升高，此时热损失大， 造成硅的挥发损失过大。5.沉料、捣炉、透气经过集中加料，小批调正火焰加料，保持炉气均 匀逸出，一段时间后电极下部及周围炉料被熔化、 还原出现较大空腔， 此时料层变薄，在大塌料前应该进行沉料。沉料就是主动集中下料。 一般负荷正常、配比正确、下料量均衡，炉子需要到集中下料的时间 是基本一定的。如果超出正常沉料时间，应分析原因及时调正，有时 是负荷不足，上次下料过多，还原剂不足，炉料还原不好等。如下料 过多，要适当延长时间进行提温，如果还原剂不足应进行强迫沉料， 同时撒入炉内少量还原剂，要学会掌握沉料时间，根据炉况和声音判 断并确定沉料时间。6配电9000KVA电炉正常生产时三相电流要保持平衡，最大波动不超过25%，正常负荷在150180A，烧枪时最大电流不能长时间高于230A，避免高电流造成电极炸裂。要保证三相电极深而稳的插入炉 料内，工作过程中要根据炉况的实际变化，合理的使用配电制度，包 括电极的压放深度等，确保电