預(yù)防及治理工業(yè)硅電爐爐底上漲的措施

預(yù)防及治理工業(yè)硅電爐爐底上漲的措施01、精料入爐是預(yù)防爐底上漲的關(guān)鍵(1)硅石首先要精選雜質(zhì)含量低、抗爆性能好、粒度適中的硅石。硅石中的雜質(zhì)主要集聚在硅石表面。硅石表面的碳化物雜質(zhì)占硅石雜質(zhì)含量約80%，對(duì)硅石表面去雜質(zhì)處理是降低硅石雜質(zhì)的主要措施。應(yīng)該先對(duì)經(jīng)過(guò)精選和粒度達(dá)到要求的硅石進(jìn)行浸泡，采用滾動(dòng)翻轉(zhuǎn)或者震動(dòng)翻轉(zhuǎn)的滾動(dòng)篩或震動(dòng)篩和噴淋裝置對(duì)硅石再次進(jìn)行篩分和水洗，并再次進(jìn)行人工挑揀精選，把不合格的硅石撿除，使硅石表面的氧化物雜質(zhì)最大限度去除。(2)還原劑木炭?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)尚有少數(shù)企業(yè)使用木炭，對(duì)所使用的木炭先去除樹(shù)皮，然后進(jìn)行水洗，減少樹(shù)皮和附著在木炭表面的雜質(zhì)進(jìn)入爐內(nèi)。煙煤。首先要優(yōu)選灰分盡可能低的煙煤，目前國(guó)內(nèi)已能生產(chǎn)出灰分低于3%的低灰分煙煤。煙煤在運(yùn)輸存儲(chǔ)過(guò)程要避免雜質(zhì)混入，最后在入爐前要采取磁選去鐵的措施。石油焦。石油焦在運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程也要避免雜質(zhì)混入，最后在入爐前同樣要進(jìn)行磁選去鐵。木塊。木塊中的樹(shù)皮要去除，與木炭一樣對(duì)去除樹(shù)皮后的木塊進(jìn)行水洗去除泥沙，水洗后木塊濾去水分后再配料入爐。（3）還原劑搭配盡可能多使用石油焦工業(yè)硅電爐的還原劑過(guò)去是以木炭為主，現(xiàn)在是以石油焦和煙煤作還原劑，石油焦的灰分一般在0.5%?1%，有的甚至低于0.5%;煙煤的灰分大多在3%一4%左右，低于3%的很少，所謂的灰分就是雜質(zhì)，主要成分有Si02、Fe203、A1203、CaO等，它們?cè)诠I(yè)硅電爐中的還原率分別為Si02約90%、Fe20398%、A1203約60%、CaO約40%。被還原出來(lái)單質(zhì)Si、Fe、Al、Ca進(jìn)入硅溶液，這些進(jìn)入硅溶液的Fe、Al、Ca污染了硅溶液，降低產(chǎn)品品級(jí)，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。未被還原的氧化物特別是A1203、CaO、MgO等進(jìn)入爐底形成熔渣，A1203和CaO、MgO都是高熔點(diǎn)氧化物，它進(jìn)入爐底熔渣使熔渣粘度增高流動(dòng)性差不易排出爐外，造成爐膛溶渣堆積爐底上漲，因此在還原劑的搭配上，在保證爐料有合適的電阻、電極插入深度合適、爐況順行的前提下，盡量多配石油焦，少配煙煤。現(xiàn)在有的企業(yè)在還原劑的搭配中石油焦可以占到80%,甚至個(gè)別企業(yè)還原劑全部使用石油焦，不但產(chǎn)品品級(jí)較高，同時(shí)爐內(nèi)積渣少，電爐使用周期長(zhǎng)。02、精心設(shè)計(jì)是防止?fàn)t底上漲的基本條件工業(yè)硅生產(chǎn)所用的爐料都有一定量的雜質(zhì)灰分，并且不可能全部還原，因此必然會(huì)有少量的未被還原的氧化物雜質(zhì)和碳化物，結(jié)合成高熔點(diǎn)、高粘度、流動(dòng)性差的熔渣沉積在爐膛底部，為了把這些熔渣盡可能多的排出，爐膛底部就必須有充足的熱量和足夠高的溫度。（1）大型工業(yè)硅電爐為強(qiáng)化還原反應(yīng)提供熱量和溫度保證電爐大型化、爐容大、耐材多、蓄熱多，極心圓功率密度，爐底面積功率密度大、爐內(nèi)熱量大、溫度高。外界影響（如熱停、出爐）變化后，爐溫變化波動(dòng)相對(duì)較小，利于爐況保持和恢復(fù)。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)概念過(guò)去工業(yè)硅電爐設(shè)計(jì)是依據(jù)電爐容量來(lái)計(jì)算，大型電爐的自然功率因數(shù)隨電爐容量的增大而降低。據(jù)資料報(bào)道國(guó)外30MVA工業(yè)硅電爐，自然功率因數(shù)僅為0.65，有功功率只有19500kW。隨著時(shí)代的發(fā)展、電爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、電爐用材的優(yōu)化、特別是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在我們自主開(kāi)發(fā)的30MVA工業(yè)硅電爐有功功率可達(dá)25500kW以上。因此原先的設(shè)計(jì)計(jì)算方法已不適應(yīng)今天的實(shí)際情況，應(yīng)放棄以電爐容量設(shè)計(jì)電爐參數(shù)理念，改變以電爐實(shí)際有功功率作為工業(yè)硅電爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。大型工業(yè)硅電爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)以電爐實(shí)際有功功率為依據(jù)，做到幾何參數(shù)和使用功率匹配，并以電弧電流作為電爐的主導(dǎo)電流。為此要正確選擇電極材質(zhì)、電極直徑、極心圓直徑、爐膛直徑、爐膛深度、爐膛內(nèi)側(cè)部碳磚的高度、電極間間距以及電極與爐墻間距離的合理尺寸。（3）電極間距使用石墨電極，增加電極間爐料電阻，便于電極深插提高爐底溫度，有利出爐時(shí)排渣，消除爐底積渣防止?fàn)t底上漲。近幾年我國(guó)生產(chǎn)出載流能力更大的大直徑石墨電極。碳素電極與石墨電極載流能力的比較見(jiàn)表2。從電極電流負(fù)荷表可知道石墨電極比高石墨質(zhì)碳電極（通常稱(chēng)為G級(jí)碳素電極）的承載電流大得多。在云南怒江縣XX工業(yè)硅企業(yè)，電爐公稱(chēng)容量15MVA，長(zhǎng)期超負(fù)荷實(shí)際使用功率約14500kW，原先采用高石墨質(zhì)碳電極，電極直徑為1100mm，極心圓直徑2740mm，電極間間距1273mm，現(xiàn)在改用石墨電極，電極直徑為960mm,極心圓直徑還是2740mm,電極間間隙增大為1413mm,由于電極間間隙增大了140mm,電極間爐料電阻增大，電極間電流12減小，電弧電流11得到增大。在電爐其他條件都不變的情況下，電弧電流得到增大，電極插入深度也得到增加，爐底溫度得到提高，有利爐底沉渣外排，同時(shí)電極間間距增加，減少了電極電流鄰近效應(yīng)影響，有利于功率因數(shù)提高和電效率的提高。據(jù)資料顯示該爐使用了石墨電極后，全年除枯水期外9個(gè)月的生產(chǎn)期，平均冶煉爐電耗為11200kWh/t，無(wú)爐底上漲現(xiàn)象，因此有條件的電爐和新建工業(yè)硅電爐電極材質(zhì)采用石墨電極為好。(4)大型工業(yè)硅電爐應(yīng)采取旋轉(zhuǎn)爐體大中型工業(yè)硅電爐指16.5MVA以上的工業(yè)硅電爐，應(yīng)采取爐體整體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。爐體整體旋轉(zhuǎn)指電爐電極等固定不動(dòng)，爐體沿電極及其極心圓作圓周往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)為：(1)爐料在電爐內(nèi)沿電極極心圓運(yùn)動(dòng)有利于改善爐料透氣性，有利于減少死料區(qū)，減少爐內(nèi)沉渣。(2)爐料在電爐內(nèi)既有不斷下沉的縱向運(yùn)動(dòng)，又有旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓周運(yùn)動(dòng)，這使?fàn)t內(nèi)硅石和還原劑的分布更趨均勻，使還原反應(yīng)充分進(jìn)行，減少和避免局部偏加料造成爐內(nèi)積渣。⑶爐體旋轉(zhuǎn)有利爐膛內(nèi)硅石和還原劑的均勻分布，電極間爐料電阻的一致，有利于三電極深插平衡，有利于提高爐底溫度，有利于排除爐底沉渣。(4)爐體沿三電極旋轉(zhuǎn)，可擴(kuò)大電爐內(nèi)電弧反應(yīng)區(qū)的容積，有利爐溫的提高和還原速度的提高，從而減少爐內(nèi)積渣。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)建議大中型工業(yè)硅電爐采用旋轉(zhuǎn)爐體結(jié)構(gòu)。(5)多出爐口有利于排渣減少爐底積渣多爐口可以縮短液態(tài)工業(yè)硅和熔渣排出的路徑，有利于液態(tài)工業(yè)硅和熔渣的排出，特別便于死料區(qū)溶渣的排出，減少爐底沉渣。目前國(guó)內(nèi)新建的25.5MVA以上的大型工業(yè)硅電爐的出爐口都有5-6個(gè)。已有老式12.5MVA工業(yè)硅電爐，實(shí)際使用功率12000kW，采用四爐眼交替出爐，基本上做到每年僅在春節(jié)停爐期間挖爐，一年只挖一次爐，全年平均電耗為11800kWh/t。因此建議無(wú)論新建和原有的工業(yè)硅電爐把出爐口增至4個(gè)以利于排渣，減少爐底積渣，防止?fàn)t底上漲。03、精心操作是防止?fàn)t底上漲的關(guān)鍵(1)精心操作的核心(1)反應(yīng)區(qū)上部有適宜的料層高度和透氣性，使反應(yīng)生成的CO氣體能迅速溢出，氣態(tài)SiO在料層中被充分捕收回來(lái)，以有利于提高Si回收率，減少爐底氧化渣沉積。(2)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的爐料所帶入的SiO2和C量要合適，生成Si后既無(wú)多余的Si02也無(wú)多余的碳，既可減少爐底氧化渣又可杜絕爐底SiC的積沉。(3)當(dāng)爐料中Si02或C過(guò)多或過(guò)少時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整防止?fàn)t底生成過(guò)多的氧化渣和SiC沉積，使?fàn)t底上漲等不正常爐況消滅在萌芽期。(4)通過(guò)適時(shí)的加料、燜燒、調(diào)火、搗爐、沉料等操作減少或避免爐面刺火，減少熱損失，既提高電爐熱效率又減輕爐內(nèi)設(shè)備的損壞。(5)三相電極按要求平衡送電。三電極有一定的插入深度，爐內(nèi)電流分布合理熱量充足，爐膛底部溫度滿足SiC充分分解的需要。(6)減少熔煉過(guò)程中鐵等雜質(zhì)進(jìn)入爐內(nèi)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。(2)精心操作的要領(lǐng)(1)經(jīng)常保持生產(chǎn)處于正常狀態(tài)，正常狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn):①電極深而穩(wěn)的插在爐料中，三相電極電流負(fù)荷穩(wěn)定、平衡；②爐氣從爐膛上部整個(gè)有效表面均勻冒出，沒(méi)有暗色燒結(jié)現(xiàn)象，也沒(méi)有嚴(yán)重的大塌料大刺火現(xiàn)象，爐料沿爐膛上部的整個(gè)有效截面下沉；③出爐口易燒開(kāi)，爐眼暢通，硅水溫度高，出硅后期有溶渣流出，從爐眼噴出的爐氣壓力不大，出爐口好堵好開(kāi)；④出爐的硅量與規(guī)定使用的電量和爐料消耗相適應(yīng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。(2)保持適宜的料層高度：①每一臺(tái)工業(yè)硅電爐在各方面條件確定的條件下，正常生產(chǎn)時(shí)，在爐膛里應(yīng)保持相對(duì)恒定的料層高度，該料層所造成的壓力使反應(yīng)區(qū)生成的氣體既能通過(guò)料層在全爐膛表面均勻冒出，又不會(huì)從爐料與電極接觸處冒出形成刺火，使投入爐內(nèi)的爐料能得到充分預(yù)熱，而又不在料面或料層中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成還原劑的燒損過(guò)多和刺火噴濺損失過(guò)大。②預(yù)熱爐料適當(dāng)燜燒。加入到爐內(nèi)的爐料應(yīng)在每相電極周?chē)纬善巾攬A錐體俗稱(chēng)饅頭型，在表面料層下面的爐料經(jīng)充分加熱后形成燒結(jié)層，燒結(jié)層應(yīng)是多孔的硬殼，既能使反應(yīng)生成的爐氣均勻冒出，又能承受上部爐料的重量壓力，在燒結(jié)層下部的坩堝反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行硅生成的反應(yīng)。當(dāng)燜燒時(shí)間合適既能使熱能充分發(fā)揮作用又能使反應(yīng)充分進(jìn)行。燜燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，爐料燒結(jié)嚴(yán)重，產(chǎn)生結(jié)塊影響透氣性，反應(yīng)順利進(jìn)行，如果燜燒時(shí)間過(guò)短，形成大刺火大塌料，高溫爐氣大量沖出熱量損失嚴(yán)重，同時(shí)破壞爐內(nèi)反應(yīng)順利進(jìn)行。因此燜燒適時(shí)是維持正常爐況的重要基礎(chǔ)，每臺(tái)工業(yè)硅電爐由于所用的爐料不同配比不同，爐型參數(shù)相差異，操作制度不同，供電制度不同，每臺(tái)電爐適宜的燜燒時(shí)間也不同，廣義而言大中型工業(yè)硅電爐每次的燜燒時(shí)間大概在60?90min左右。燜燒時(shí)間的長(zhǎng)短，在電爐功率一定，電爐幾何參數(shù)(電極直徑、極心圓直徑、爐膛直徑、爐膛深度)一定時(shí)，可通過(guò)供電制度、爐料配比。電極插入深度來(lái)予以調(diào)整。燜燒時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)熱量利用率和爐內(nèi)反應(yīng)的好壞影響很大，進(jìn)而影響爐內(nèi)沉渣數(shù)量和出爐排渣。(3)適時(shí)和正確的搗爐。為保證生成正常進(jìn)行需要進(jìn)行搗爐，以改善爐料的透氣性和加速爐料下沉，促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行。因此搗爐是工業(yè)硅生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)。但是搗爐又是增大熱能損失和SiO散失，增大電耗降低產(chǎn)量影響質(zhì)量的有害操作，同時(shí)容易造成硅石和還原劑未經(jīng)充分反應(yīng)就落入爐底，導(dǎo)致?tīng)t底氧化渣和SiC渣的增加，因此適時(shí)搗爐和正確的搗爐方式并嚴(yán)禁大翻膛非常重要。在電爐正常運(yùn)行時(shí)，只有當(dāng)爐料在爐膛上部充分預(yù)熱或出現(xiàn)形成刺火現(xiàn)象時(shí)才實(shí)施搗爐。搗爐時(shí)最好每個(gè)電極區(qū)逐個(gè)進(jìn)行，每個(gè)電極區(qū)搗爐時(shí)最好左右二臺(tái)搗爐機(jī)同時(shí)配合進(jìn)行。在搗爐前應(yīng)從冒火較差的部位進(jìn)行，定好搗桿的運(yùn)行方向，搗爐時(shí)搗桿不能觸碰電極和爐內(nèi)設(shè)施，并不能與另一臺(tái)搗爐機(jī)的搗桿接觸，搗爐結(jié)束應(yīng)立即把熱料推到電極周?chē)?，并在整理好的料面上蓋加新料，加料應(yīng)均勻，對(duì)于易刺火部位要先加料并可適當(dāng)多加一些。(4)多爐口輪番出爐。國(guó)外大容量工業(yè)硅電爐有5-6個(gè)出爐口輪番出爐，可以減少死料區(qū)，減少爐膛積渣防止?fàn)t底上漲。目前己有有功功率12000kW工業(yè)硅電爐，采用四爐口輪番出爐的出爐工藝，取得爐齡延長(zhǎng)的良好效果。(5)縮短出爐間隔時(shí)間、延長(zhǎng)出爐時(shí)間。工業(yè)硅生產(chǎn)的反應(yīng)過(guò)程和機(jī)理告訴我們，生產(chǎn)的產(chǎn)物是液態(tài)硅和CO等氣體，要使生成過(guò)程順利的向生成硅的方向進(jìn)行，根據(jù)冶金原理：液態(tài)硅應(yīng)從反應(yīng)區(qū)迅速離開(kāi)。從加速反應(yīng)過(guò)程提高生產(chǎn)效率和利于排硅排渣的角度看，采用連續(xù)出爐最合適。爐膛底部沒(méi)有積沉的液態(tài)硅和熔渣，電爐容易深插對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行十分有利和必要。因此，國(guó)外大容量工業(yè)硅電爐，多數(shù)采用連續(xù)出爐方式。二十一世紀(jì)開(kāi)始，我們工業(yè)硅電爐容量己開(kāi)始從6.3MVAT2.5MVAT6.5MVA-25.5MVA-33MVA的快速發(fā)展，電爐容量的不斷增大，電爐的極心圓功率密度、爐底面積功率密度、爐膛容積功率密度都得到相應(yīng)提高，小電爐熱容量小的弊病已得到改善，我國(guó)過(guò)去的間斷式出爐方式己具備改革的條件，河南浙川XX鐵合金公司，15MVA工業(yè)硅電爐的出爐，從過(guò)去每班八小時(shí)出爐兩次，改變?yōu)槊堪喟诵r(shí)出爐3次，取得生產(chǎn)指標(biāo)比過(guò)去好的效果。作者認(rèn)為各企業(yè)，應(yīng)該根據(jù)電爐使用功率，所產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，及對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備條件和實(shí)際生產(chǎn)狀況，進(jìn)行全面的綜合分析，決定每臺(tái)電爐合理的出爐間隔時(shí)間，解決好既要加速反應(yīng)盡快把反應(yīng)產(chǎn)物(液態(tài)硅)離開(kāi)反應(yīng)區(qū)的動(dòng)力學(xué)條件又要照顧好加速反應(yīng)的保持爐底溫度的熱力學(xué)條件。從中探索出每一臺(tái)電爐合適的出爐間隔時(shí)間和出爐時(shí)間?？s短工業(yè)硅電爐出爐間斷時(shí)間及延長(zhǎng)出爐時(shí)間問(wèn)題解決，有利于爐膛底部熔硅和熔渣的排出，防治爐底上漲。作者認(rèn)為功率在20000kW以上的工業(yè)硅電爐，應(yīng)該為出爐間斷時(shí)間從目前八小時(shí)出3爐改為八小時(shí)出4爐，電爐出爐時(shí)間約60min左右;15MVA以上的電爐，以每八個(gè)小時(shí)出2爐改為出3爐，沒(méi)爐出爐時(shí)間約為60~80min。(6)改善硅水包保溫，以適應(yīng)增加出爐時(shí)間的需要。增加出爐時(shí)間必然會(huì)增加硅溶液