工业硅是在单相或三相电炉中冶炼的,绝大多数容量大于5000kV·A,三相电炉使用的是石墨电极或碳素电极,通常采用连续法生产方式进行生产,也有通过自焙电极生产的,但产品质量不大理想;传统的电炉是固定炉体的电炉,近年来旋转炉体的电炉开始使用。有企业实践证明,使用旋转电炉能减少电能的消耗3%~4%,相应提高了电炉生产率和原料利用率,并大大减轻炉口操作的劳动强度。炉口料面不需要扎眼透气,对改善所有料面操作过程是很有利的。工业硅是通过连续方法冶炼的。硅矿石在高温的情况下,与焦炭进行反应,生产原理如下:
1.冶炼的原理
在实际生产中硅石的还原是比较复杂的。实际生产中炉内发生的反应是:炉料入炉后不断下降,受上升炉气的作用,温度在不断升高,上升的SiO有下列反应。
这些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,当温度上升到1820℃以上时,有以下反应发生:
当温度再升高时,发生以下反应:
在电极下发生如下反应:
炉料在下降的过程中,发生以下反应:
在冶炼中,主要反应大部分是在熔池底部料层中完成的。碳化硅的生成、分解和一氧化硅的凝结,又是以料层内各区维持温度分布不同为先决条件。碳化硅的生成是容易的,而碳化硅还原要求高温、快速反应、否则碳化硅就沉积到炉底,由此,必须保持反应中心区温度的稳定性。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。
2.冶炼生产的调控因素(1)电压
电弧炉的电气工作参数主要是二次电压,电极工作端下部弧光所发出的热量主要集中在电极周围,因而炉内温度分布与弧光功率大小有关,在其他条件不变的情况下,提高二次电压能增加弧光功率;但是电压过高,弧光拉长、电极上抬、高温区上移,热损失将剧增。炉底温度降低,炉内温度梯度增大,坩埚区缩小,炉况变坏;相反,二次电压过低,除电效率和输入功率降低外,由于电极下插过深,炉料层电阻减少,从而将增加通过料层的电流,减少通过弧光的电流,使炉料熔化和还原速度减慢,电炉出现闷死现象,炉内坩埚急剧减小。可见对一定功率的电弧炉来说,二次电压过高和过低都是不可取的,在选择时必须保证电炉的电效率和热效率有良好的匹配。(2)电流
埋弧操作的电弧炉,电流在炉内的分布有两条回路:一条是电极-电弧-熔融物-电极主电路回路;另一条是电极-炉料-电极分电流回路。对于三相熔池