摘要：与工业硅生产先进的国家相比，我国的大多数厂家存在着生产时间都比较短，生产技术不丰富；电炉容量较小，生产工艺低下；产品能耗较高等问题。本文从原料，设备，工艺等方面浅析了影响工业硅生产能耗的因素，对降低工业硅生产能耗，提高工业硅生产效益有一定的参考价值。
关键词：原料 设备 工艺 降低生产能耗 提高生产效益
1 前言
随着近代工业、现代科学和新技术的蓬勃发展，硅和含硅材料的应用已普及到汽车、船舶和航空等各个领域。由于工业硅是高纯硅和各种含硅材料的基础材料，硅和各种含硅材料的应用领域不断扩大，从而促进了工业硅生产的迅速发展。由于各种原因，与工业硅生产先进的国家相比，我国的大多数厂家存在着生产时间都比较短，生产技术不丰富；电炉容量较小，生产工艺低下；产品能耗较高等问题。本文从原料，设备，工艺等方面浅析了影响工业硅生产能耗的因素，对降低工业硅生产能耗，提高工业硅生产效益有一定的参考价值。
2 原料
2.1 硅石
2.1.1硅石的洁净度
在冶炼过程中要求硅石清洁，无泥沙等杂物。杂质（Fe2O3，Al203，CaO，MgO等）的数量应尽可能少。杂质多导致渣量增加，杂质消耗的热量增加，电耗升高。而且使用杂质含量高的硅石生产时，炉口料面明显发黏，炉口透气性不好，料面温度升高且发红，热量损失大，同样也会使电耗升高。硅石精选和水洗是减少硅石带入杂质，节能降耗的主要措施之一。
2.1.2硅石的热稳定性和抗爆性
加入电炉的硅石要有足够的热稳定性和良好的抗爆性。含钙高的硅石（含有0.5-0.7%）不适合于冶炼，否则受热很快破裂且表面迅速剥落，导致电炉透气性变化，电炉上部炉料黏结，热量损失增大，使电耗升高。
2.1.3硅石的粒度
硅石入炉粒度对工业硅生产电耗有重要影响。粒度过小使炉料透气性变坏；粒度过大未反应的硅石沉入炉底或进入硅熔液中造成渣量增多，这些都会间接使电耗增加。
2.2 碳质
2.2.1 碳质还原剂的活性
在碳质还原剂化学成分中，主要应该考虑的指标是固定碳，灰分，挥发分和水分。碳质还原剂中真正起还原作用的是固定碳。固定碳越高，还原同样数量的硅石所需消耗的还原剂就越少。碳质还原剂就越少，由还原剂带入炉内的杂质也就越少。但太高时碳质还原剂的活性降低又不利于冶炼反应；同时工业硅中有相当一部分铁，铝，磷，来源于挥发分中的Al2O3和Fe2O3，因此碳质还原剂灰分高低会影响质量和技术经济指标，要求灰分越低越好；挥发分一般不予过分限制，以适中为好；水分含量要稳定，且含量小于6%为宜。
2.2.2碳质还原剂的电阻率
电阻率大，电极插得深而稳，扩大坩埚区，热损失少，有利于提高电炉的生产能力和降低电耗。为了保证电极有足够的插入深度，必须使用电阻率大的碳质还原剂。木炭，烟煤的电阻率较高。碳质还原剂的粒度组成是影响炉料比电阻和透气性的重要因素。粒度大的碳质还原剂比电阻小，加入炉内时，炉料的导电性强，电极下插困难，电炉热损失增加。但粒度过小或粉状还原剂加入炉内时，碳吹损，烧损严重，造成缺碳状态，易使料面烧结，料面透气性变坏。通常烟煤，半焦，石油焦在小容量电炉使用粒度为3-10mm;大容量电炉为5-20mm。总的要求是尽量保证碳质还原剂有较均匀的粒度组成，均衡供应原料质量，以保证炉料有良好的透气性，高的比电阻和到达的反应面积。
3 设备参数
3.1 炉膛尺寸
合理的电炉参数是电炉达产、节能降耗的关键。合理的炉膛尺寸对降低工业硅生产能耗很重要。炉膛直径过大，炉底功率密度减小，炉子散热表面增大，因而热损失增加。炉膛直径过小会使电极—炉料—炉衬回路电流增加，造成“坩埚转移”，不利于电极深插，增加电耗。炉膛要有一定的深度，炉膛过浅使炉口热损失增大，能耗增加。而一定的炉膛深度会降低炉口温度，减少SiO的挥发损失并使热量集中在炉内，减少热损失。选择炉膛内径要保证电流经过电极—炉料—炉壁时所受的电阻大于经过电极—炉料—电极或炉底时所受的电阻。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆炉膛和电极间距小，炉壁寿命短；电极—炉料—炉壁回路电流增加，反应区靠近炉壁，热损失增大，炉况恶化。
3.2 变压器及短网
工业硅冶炼的一个重要指标是单位电耗，而传统的工业硅电炉供电存在线路损耗大，电极消耗高，电弧稳定性差，电极不好调节等缺点。节约电能的方式是多种多样的，采用电力电容器进行无功补偿是节能降损，改善电网电压质量最方便，最经济有效的方法之一。
低压动态无功补偿装置TSF由智能控制器控制晶闸管动态投切滤波器，集电网谐波滤除、无功补偿与电能质量检测于一体，可以滤除电网谐波满足国标要求、实时补偿电网中的无功损耗、提高功率因数、降低线损，从而提高电网的负载能力和供电质量。同时，TSF还能够实时监测电网的三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等运行数据，适合于负荷谐波含量大、功率因数底、负荷波动大的场合。
3.3 合理选择二次电压及电极电流
3.3.1 满足电极能比较稳定地插入料层的需要
由电极埋入深度与二次电压及电极电流的关系可知，选择低电压、大电流对电极深而稳地插入炉料是有利的，但从电工学的角度看不利于功率因数的提高，电耗会增加。因此，选择合适的电流电压比是很重要的。
3.3.2 根据炉料粒度的大小和质量的好坏，调节二次电压
当硅石、石油焦、木炭(或木块、烟煤等)粒度偏大，木炭用量少时炉料之间的接触面减少，炉料比电阻也变小，电极不易下插，反应速度减慢，此时应选用低等级的二次电压。如硅石热稳定性差，太碎，还原剂活性差，比电阻小等因素造成电极插入炉料浅、刺火严重，也应适当降低二次电压；否则，电极不易下插，炉底上涨，上部料层温度升高，造成更多的SiO挥发，金属回收率降低，产量减少，能耗增高。
4 冶炼工艺
4.1 还原剂配比精确
还原剂加入量的多少对产品质量，原料单耗，产品成本至关重要。还原剂不足，SiO挥发损失增加，Si02不能被充分还原，形成高熔点粘渣，积于炉内难以排出。还原剂过剩，将破坏炉内反应平衡，SiC过剩，积于炉底，造成炉底上涨。因此还原剂配比必须计算准确。
4.2 熟练的操作技术
无论是采用高质量的原料，还是准确的计算料比，都不能完全决定熔炼过程进行的好坏。要想达到熔炼过程消耗低，产量高，还必须有熟练的操作技术。要根据熔炼过程的不同情况和特点，适量的完成加料，捣炉等一系列作业。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。捣炉作业的要领是：
为减少损失，捣炉作业一般是一个电极区一个电极区的依次进行；捣炉前先定好捣杆运行方向，捣炉时捣杆切勿触碰电极；在捣杆抽回后，马上把被撬散的热料推到电极周围，并在整理好的料面上加上新料。加料应均匀，对易刺火处可适当多加些新料，以增加气体喷出的阻力。
4.3 专业的精炼技术
为了降低工业硅生产能耗，提高工业硅生产效益，得到高纯度的工业硅产品，对产品进行精炼处理是必不可少的，也是最重要的一步。而对于一个工业硅生产厂家来说，拥有专业的精炼技术，认真负责的精炼人员是非常有必要的。
5 结束语
本文从原料、设备、工艺等方面论述了影响工业硅生产能耗的因素，在实际生产中，考虑这些因素有利于提高生产效率，减少CO2的排放，降低电耗，降低生产成本。和国内先进企业相比能耗问题还存在很大差距，这一切均表明我国工业硅节能降耗还有很大的挖潜空间。因此如何提高工业硅生产效益，降低能耗已成为铁合金工作者必须面对的研究课题之一，这条路任重而道远。
参考文献：
[1] 何允平，王思慧 工业硅生产 冶金工业出版社 1996年1月
[2] 赵乃成，张启轩 铁合金生产实用技术手册 冶金工业出版社 1998年2月
[3] 路金辉，杨欣欣，边涛等 实用工业硅技术 化学工业出版社 2005年7月
[4] 李春德 铁合金冶炼学 冶金工业出版社 2001年4月
论文作者:沈庆伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/2
标签：还原剂论文; 电极论文; 硅石论文; 炉料论文; 电耗论文; 电炉论文; 工业硅论文; 《基层建设》2019年第9期论文;