工業(yè)硅電爐生產(chǎn)和管理

-z.引用】工業(yè)硅電爐設(shè)計、生產(chǎn)管理專家—朱爾明2011-12-1918:23:34|

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9000—15000KVA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“人類社會的進化和開展一般是以材料為標志，即石器時代、青銅器時代、鐵器時代。但隨著社會開展和科學的進步，半導體特別是硅的發(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‘硅時代’。我們生活在‘硅時代’僅僅只有半個世紀〞。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)域的衛(wèi)星、飛船、火箭等等，都與硅有關(guān)，還有當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根底材料?——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年蘇聯(lián)建成世界第一臺2000KVA單相單電極電爐工業(yè)硅工廠開場的。隨后法國、日本、加拿大、美國、挪威和巴西等都相繼建立了工業(yè)硅廠。中國工業(yè)硅生產(chǎn)始于1957年的撫順鋁廠。70年代中期又在貴州遵義和青海民和建立工業(yè)硅廠。到1989年底，工業(yè)硅電爐總裝機容量已達數(shù)十萬kVA，最大工業(yè)硅廠年產(chǎn)能力為1萬t。90年代后期國內(nèi)開場大量建立6300KVA工業(yè)硅爐，進入2000年后建立8000—10000KVA的，最近3年開場大量建立12500—16500KVA的，有幾個規(guī)模大的硅企業(yè)比方云南永昌、河南昇陽分別引進德馬克和南非技術(shù)，建立了容量為25000KVA和39000KVA的工業(yè)硅電爐?？v觀國內(nèi)，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和開展，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、各項指標好，而另一個廠的設(shè)備運行狀況和各項指標很不理想的關(guān)鍵原因所在。工業(yè)硅行業(yè)有句俗語：“原料是根底，設(shè)備是條件，操作是關(guān)鍵，管理是保障。〞下面我就比擬普遍的9000—15000KVA工業(yè)硅爐設(shè)備、原料、操作、管理4個方面的一些認識和體會，從設(shè)計和生產(chǎn)管理的角度與大家探討學習，相互交流提高，為中國硅業(yè)蓬勃開展而努力。一、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?！肮び破涫?，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)歷，對以往的設(shè)計和理念做了重大調(diào)整改良和提煉。對新設(shè)計和改造的硅爐，在細節(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；出爐口寬闊不設(shè)立柱；液壓系統(tǒng)所有元件遠離高溫區(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：①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煙氣隔離，可以做到短網(wǎng)最短，而且根本對稱，減少強弱相。主廠房較低，總體投資較省。〔見圖1〕圖1

工業(yè)硅三相變壓器廠房立面圖②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。〔見圖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)構(gòu)造越復雜。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。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碟簧不被磁化發(fā)紅而影響彈性，這樣就做到了免維護，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，與波紋管效果一樣。但碟簧這種構(gòu)造比擬簡單，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。云南德宏、四川和重慶有幾個公司生產(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?！惨妶D5〕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〕，電極到爐底自動停頓下降，可以保護電極及設(shè)備不受損壞；壓放采用液壓與碟形彈簧結(jié)合的方式〔也有采用氣囊構(gòu)造的〕，正常生產(chǎn)時彈簧抱緊。液壓只在需要壓放電極時工作，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)?！矆D6〕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，超負荷能力強，只是本錢比傳統(tǒng)芯式變壓器略高。因為不少企業(yè)習慣超負荷10—30%長期運行，加大電流電壓比，使電極深埋，外表上看爐況較好，電耗有所降低，產(chǎn)量有所增加。但是超負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)的根本要求是：①足夠的有效截面積和載流能力；②充分考慮交變電流肌膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響，提高板材導體的寬厚比或管材導體的外徑和壁厚比；③盡可能縮短導體長度、減小導體接觸電阻；④防止導體附近鐵磁物質(zhì)的渦流損失；⑤適當?shù)慕?jīng)濟電流密度；⑥足夠小的感抗值；⑦選用導電性好的T2銅；⑧降低導體的運行溫度。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—1.5A/mm2，銅瓦與電極間的接觸面0.01—0.025A/mm2。我們一般選用外徑為Φ70—80mmT2銅管制作短網(wǎng)?！?〕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，超負荷能力又強。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，水冷電纜長度根本不超過3米。從理論上講，三臺單相變壓器可以實現(xiàn)分項調(diào)壓，防止強弱相，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。在云南德宏和保山等地，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)境下變形小、強度高、本錢低的優(yōu)點。而有些鍛造銅瓦存在受熱后易翹曲變形導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。因此我們在比照后選擇了鑄造銅瓦。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?！?〕如果采用鍛造銅瓦，則構(gòu)造上需要重新調(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，與內(nèi)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5所示的銅瓦構(gòu)造就不易產(chǎn)生變形。8、半封閉中煙罩從煙罩構(gòu)造我們可以看出工業(yè)硅設(shè)備的開展狀況。最初設(shè)計的煙罩構(gòu)造多為高煙罩。很長一段時間內(nèi)，人們普遍認為高煙罩冶煉能耗低。這種意識阻礙了中低煙罩的開展。由于國家環(huán)保政策的強制實施，矮煙罩才得到進一步推廣。但是傳統(tǒng)設(shè)計的中、低煙罩構(gòu)造〔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，我們對煙罩構(gòu)造作了根本性的調(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磁的不銹鋼材料制作，周圍采取隔磁的措施，有利于降低電磁損耗。副煙罩頂部最高可到達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)備遠離高溫區(qū)的優(yōu)點。通過云南、、四川等多家硅廠的使用，排煙效果相當顯著，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。目前這種構(gòu)造的煙罩已被國內(nèi)很多企業(yè)認同并開場廣泛推廣。如果能夠在25000KVA的電爐上推廣，結(jié)合改良25000KVA電爐煙罩的簾幕構(gòu)造，則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)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，且水路在爐內(nèi)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。進出水的開孔位置盡量堅持低進高出的原則，防止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)象異常嚴重。另外循環(huán)進水溫度最好低于30℃，出水溫度最好低于45℃。如果達不到要求，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中，電極就是心臟，是導電系統(tǒng)的重要組成局部，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—14A/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、售后效勞好的廠家的品牌電極。對電極的根本要求：〔1〕導電性好、電阻率小〔石墨電極8—13μΩ.m，碳素電極25—40μΩ.m〕，電能損失少?！?〕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)確實定非常重要，特別是極心圓、電極〔如果選用石墨電極則電極直徑為Φ960—1050mm為宜；如果選用碳素電極則電極直徑為Φ1060—1100mm為宜〕和爐膛直徑，爐膛深度，煙罩高度確實定〔具體的計算方法有很多前輩的資料已經(jīng)表達得很清楚，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。比方12500KVA硅爐，如果選用Φ960的石墨電極，通常設(shè)計時極心圓直徑按照經(jīng)歷公式得出的極心圓直徑是Φ2400左右。但是在實際運行過程中，因為原材料構(gòu)造的不同通常極心圓要調(diào)整到在Φ2500以上。比方用大油焦生產(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—2600之間就能到達比擬理想的指標。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

超負荷30%2

電極直徑石墨電極Φ960—1020mm碳電極Φ1060—1100mm

3

電極電密石墨電極8—14A/cm2碳素極5—6A/cm2

4

電極電流

48000—54000A

5

極心圓直徑

Φ2500—2800mm

高焦工藝取上限；木炭工藝取中下限。6

爐膛直徑

Φ6100—6300mm7

爐膛深度

2500—2600mm8

銅瓦數(shù)量

8塊/相9

煙囪直徑

2×Φ220012、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：①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；②較快的伸縮速度35—40m/min；③整體強度。搗爐機在工作時處于500—800℃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)計出水冷構(gòu)造的搗爐桿，則搗爐機的使用壽命將大大延長；④足夠的行程〔2.8m以上〕，可以保證搗爐機的工作范圍，縮小搗爐盲區(qū)；⑤足夠的插入和搗爐力量。力量缺乏，影響搗爐效果。二、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)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，很多內(nèi)地企業(yè)開場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)的根底。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?！?〕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；工資的上下與停電時間掛靠，檢修時間越長，工資越低，反之越高?！?〕外圍設(shè)備如搗爐機、臺包車、行車實行維修本錢管理，控制浪費；檢修按照工時制度，檢查工作能力和工作狀況。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防故障上，也就是由原來的被動維修轉(zhuǎn)變成主動維護?！?〕為防止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，則事故責任分攤。這樣做的目的就是要提高員工的責任意識。從云南*公司的12600KVA硅爐8—10月份的生產(chǎn)產(chǎn)量和設(shè)備的熱停爐時間的比照可以看出：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)的根本保證。因此對硅石化學成分要求如下：SiO2>98.5%，F(xiàn)e2O3<0.12%，Al2O3<0.2%，CaO<0.2%。通常硅石中Fe2O3含量*1與產(chǎn)品中Fe含量y1有如下關(guān)系：y1=1.866*1+0.212。產(chǎn)品中鋁的含量可通過提高原料標準并進展爐外精煉來控制，而精煉去鋁只能到達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*2有下面關(guān)系：y2=0.847*2+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響，因此對提高產(chǎn)品質(zhì)量，幫助降鋁有非常好的作用。精煉除鈣效率可達98%。但是硅石的高抗爆性和良好的復原性能對冶煉也會產(chǎn)生很大影響。抗爆性差的硅石，參加爐內(nèi)后，因高溫產(chǎn)生晶形轉(zhuǎn)變，引起體積膨脹而爆裂成細小的顆粒，這些細小顆粒直接影響爐內(nèi)透氣性，容易導致爐況惡化。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，復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。云南的昌寧礦就具有良好的物理和化學雙重性能，所以冶煉指標非常優(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。硅石粒度要求：60—100mm占75%，小于60的占10—15%，大于100—120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、操作狀況以及復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，不能與反響速度相適應(yīng)，易使未復原的硅石進入液體硅中，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，嚴重時影響正常生產(chǎn)。粒度過小，雖能增大復原劑的接觸外表，有利于復原反響的進展，但反響過程中生成的氣體不能順利排出，又會減慢反響速度。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的硅石不宜采用。另外還要挑除雜石、沖水洗凈，做到精料入爐?！?〕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—5Ω.m，經(jīng)1200℃煅燒后電阻率僅400—500μΩ.m〕，高溫下容易石墨化，而且反響活性差。用量偏大時，導致爐況不好控制，造成爐料不燒結(jié)、刺火嚴重、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?！?〕洗精煤上世紀90年代后期，國內(nèi)用精洗煤取代木炭作復原劑生產(chǎn)工業(yè)硅獲得成功，到本世紀逐漸推廣開來，目前我國完全用煤和石油焦作復原劑的工業(yè)硅生產(chǎn)廠家占工業(yè)硅總廠家的一半以上?，F(xiàn)在我國復原劑煙煤的灰分含量多在3%以上，而國外復原劑煙煤的灰分的含量多在1%左右，采用的化學法精選煙煤，能得到氧化鐵含量低于0.1%的精煤。精煤是很好的復原劑，比電阻較石油焦大，化學活性好，反響能力比擬強。很多企業(yè)根本在大量使用洗精煤，在復原劑中所占比例約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?！?〕木炭和木片木炭的比電阻高，化學活性好，是工業(yè)硅生產(chǎn)最理想的復原劑。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)主要分布在云南和黑龍江〕。因此，木片〔甘蔗渣、玉米芯、中藥渣、秸稈、竹片、松果等〕已成為目前內(nèi)地企業(yè)進展工業(yè)硅生產(chǎn)的主要原料。但是由于木塊著火點、含碳量都低，實際作復原劑微乎其微，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、低硼的化學硅，一般木炭都需要精選過篩、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)。料比中一般參加10—30%。3、冶煉操作管理圖中：Ⅰ—預熱區(qū)400—1000℃，Ⅱ—反響坩堝區(qū)3000—4000℃，Ⅲ—死料區(qū)1500—2200℃，Ⅳ—熔融硅液區(qū)2000—3000℃。根據(jù)硅的復原冶煉原理：SiO2+2C=Si+2CO實際上工業(yè)硅高溫冶煉反響過程是非常復雜的。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積存后容易促使爐底上漲；其三Si和SiO高溫揮發(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。要到達此目的，必須加強操作細節(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；五控反響區(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〞。①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)爐料化學成分、粒度、含水量及爐況等因素確定，其中應(yīng)該特別注意復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，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)進展準確稱量，誤差不超過0.5％，均勻混合后依次整批入爐。爐料配比不準確會造成爐內(nèi)復原劑過多或缺少現(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〕一般是：油焦55—75kg、精洗煤30—55kg；木片20—30kg。②加料。加料的根本原則是均勻入爐。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)，使爐料在爐內(nèi)形成饅頭形，并保持一定的料面高度和料層厚度。一次參加混合均勻的新料數(shù)量相當于90分鐘左右的用料量。當爐心沉料不好時，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，開場燜燒，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內(nèi)復原劑過多或缺少現(xiàn)象，影響電極下插，縮小坩堝，使爐況變壞。因原料中采用燒結(jié)性好的精洗煤和石油焦，料面容易結(jié)殼，難以自動下沉。為減少反響區(qū)熱量損失，擴大“坩堝〞，適時搗爐，有利于爐內(nèi)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，爐內(nèi)也容易出現(xiàn)塊料；同時爐溫迅速上升，反響趨于劇烈，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)爐內(nèi)電流分布，擴大坩堝，要用搗爐機或鋼棒松動錐體下腳和爐內(nèi)燒結(jié)嚴重部位的爐料，幫助爐氣均勻外逸。操作時間一般在加料后30分鐘左右進展。至于徹底的搗爐，則要在沉料時進展。③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。當爐內(nèi)爐料燜燒到規(guī)定時間時，料面料殼下的爐料根本熔化燒空，料面也開場發(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)該立刻進展強制沉料操作。沉料90分鐘以上時，先用搗爐機從錐體外緣開場將料殼向下輕壓，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展。④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，料比輕重和料面上下的控制也非常重要。電壓高，料面適當高，料比適當偏重；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，這樣做可以改善爐內(nèi)電流的合理分布和電極的深埋做功。我們以重慶*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月份的一次電壓根本穩(wěn)定在35—38KV，但是10月份的一次電壓卻極不穩(wěn)定，在29—34KV范圍內(nèi)頻繁波動。但是通過加強料面管理和控制，仍然取得了比擬理想的電耗、產(chǎn)量指標，實際數(shù)據(jù)如下表：⑤配電在硅冶煉過程中，物理化學變化與電氣制度有著嚴密的聯(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，說明復原劑過剩，電極附近形成刺火，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，如果爐料中復原劑過少，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)爐況的最正確手段。當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，刺火嚴重。電流電壓比過大，二次電壓偏低，電極插入爐料過深，料面發(fā)黑溫度低，生產(chǎn)指標不理想。生產(chǎn)中，只有找到適當?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600—800mm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)構(gòu)造，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)定并趨近最正確值。一般情況，為保證在600°C左右正常的料面溫度，提高電壓。⑥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至關(guān)重要。出爐制度對電爐的技術(shù)經(jīng)濟指標有一定的影響。一般采用連續(xù)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、爐況正常的標志①電極深而穩(wěn)地插入爐料，電流電壓穩(wěn)定，爐內(nèi)電弧聲響穩(wěn)而消沉悶聲。②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。③燜燒時間穩(wěn)定，根本上無刺火和頻繁塌料的現(xiàn)象。④出硅時爐眼好開，流量均勻地由大變小。⑤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復原劑的用量。一般來說，爐況變化通常反映在電極插入深度、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，復原劑質(zhì)量變化，稱量誤差大，操作不當，工作電壓等各種因素，均會影響實際用碳量，使爐內(nèi)出現(xiàn)復原劑過?；蛉狈ΜF(xiàn)象。〔1〕復原劑過?！擦陷p〕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，爐內(nèi)積存SiC，錐體邊緣發(fā)硬，電流上漲，電極上抬。當復原劑過剩時，僅在電極周圍窄小區(qū)域內(nèi)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，熱損失嚴重，電弧響聲很大，爐底溫度嚴重下降，假爐底很快上漲，硅水溫度低，爐眼縮小，嚴重時甚至燒不開爐眼，被迫停爐。在復原劑輕微過剩時，可在料批中減少一局部復原劑，同時加強操作維護，即可使電爐恢復正常。在復原劑嚴重過剩時，應(yīng)估計爐內(nèi)復原劑的過剩程度，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，可在較短時間內(nèi)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?！?〕復原劑缺乏〔料重〕的表現(xiàn)：料面燒結(jié)嚴重，透氣性差，吃料慢，火焰短小無力，刺火嚴重。①缺