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工業(yè)硅冶煉過程中礦熱爐易出現(xiàn)的幾種爐況問題

工業(yè)硅又稱為金屬硅， 工業(yè)硅產(chǎn)品屬于光伏產(chǎn)業(yè)( 新能源) 及電子工業(yè)的上游產(chǎn)品。目前， 我國太陽能光伏產(chǎn)品占世界光伏市場 80% 以上的份額。為此， 工業(yè)硅產(chǎn)品的市場需求及產(chǎn)品價格穩(wěn)定而受行業(yè)的青睞。工業(yè)硅冶煉行業(yè)屬于高能耗領(lǐng)域， 電能的消耗占據(jù)綜合生產(chǎn)成本相當(dāng)大的比重。近年來， 隨著國家宏觀政策及企業(yè)產(chǎn)能的提高等因素影響， 工業(yè)硅電爐裝備向著大型化、自動化、環(huán)保化方向發(fā)展。但是， 工業(yè)硅電爐大型化、自動化后引起爐況波動較為頻繁、爐底容易上漲， 爐況有效冶煉周期較短， 不僅造成生產(chǎn)指標(biāo)較差、單位電耗較高，而且導(dǎo)致停爐、挖爐、砌爐、新開爐等綜合費用大幅度增加。

硅在生產(chǎn)過程中生成的碳化物、熔渣沉積于爐底， 造成爐底上漲、電極上抬、出爐困難、料面刺火、燜燒時間較短、單位能耗高等問題。如果沒有及早發(fā)現(xiàn)、正確分析判斷爐況， 未及時采取有效措施， 最終會導(dǎo)致停爐、挖爐、砌爐、新開爐等經(jīng)濟損失。根據(jù)挖爐時取出兩種不同顏色及密度的爐底硅進行化學(xué)成分分析， 分析結(jié)果如表 1 和表 2 所示。

表1 深藍色表面氣孔較多的爐底硅化學(xué)成分%

表2 銀白色密度較好爐底硅化學(xué)成分

從兩種爐底硅不同的顏色、密度、化學(xué)成分看出， 主要的成分碳化硅( SiC) 和二氧化硅( SiO2 ) 所占比重較大。根據(jù)工業(yè)硅冶煉工藝分析， 碳化硅和二氧化硅是冶煉過程中重要的中間產(chǎn)物。由于碳化硅和二氧化硅沒有達到分解形成工業(yè)硅的條件，究其主要原因是碳化硅和氧化硅在生成、分解反應(yīng)過程中， 沒有形成等量的動態(tài)平衡。工業(yè)硅的熔點溫度在1400 ℃ ， 而碳化硅和二氧化硅的熔點溫度在 1700～ 1800  ℃。在冶煉工藝過程中若不能及時分解形成工業(yè)硅， 則將沉積于爐底， 造成爐底上漲，電極上抬。由于碳化硅和二氧化硅具有熔點溫度較高， 黏度較大， 流動性較差等特點， 當(dāng)爐底沉積上漲到一定的限度， 很難靠電極電弧熱能去熔化、分解、抑制爐底上漲問題。由此說明， 工業(yè)硅冶煉中動態(tài)平衡是很難把握的， 很難靠電極電弧熱去熔化排出， 那么， 工業(yè)硅在冶煉工藝過程中爐底上漲現(xiàn)象也是很難避免的。

1.1 還原劑的選擇及配料問題

過去工業(yè)硅冶煉還原劑用木炭， 隨著木炭的減少等因素的影響， 現(xiàn)工業(yè)硅在冶煉中基本上采用由木塊、石油焦、煙煤混合組成的還原劑， 其中: 木塊10% ～ 15% ; 石油焦 55% ～65% ， 灰分一般控制在0.5%～ 1.0% ; 煙煤 15% ～25% ， 灰分一般控制在 3%～ 4% 。石油焦、煙煤一般以粉面入爐為主。

1.2 爐況波動時出現(xiàn)的問題

正常爐況在進入惡況前期時， 三相電極中出現(xiàn)某相電極周圍小面積刺火現(xiàn)象， 每加一批料時燜燒時間較短， 逐步出現(xiàn)三相電極周圍大面積刺火現(xiàn)象， 每批料燜燒時間由 2 h 逐步縮短至 1 h 左右， 由此造成電爐電弧噪音較大。搗爐時爐料發(fā)黏， 嚴(yán)重時搗出的黏料形成拉絲形狀， 有時這種黏料能把電極端部包圍， 電極運行位置不斷上抬， 坩堝區(qū)域不斷縮小。

1.3 出爐時發(fā)現(xiàn)的問題

由于電極運行位置不斷上抬， 爐底溫度較低，熔渣又無法順利的排出而聚集于爐底， 導(dǎo)致出爐困難， 出爐眼位置上抬， 打開爐眼時硅水的流頭較小、斷流、硅水發(fā)紅， 出爐時間較長， 一般超過 2 h 左右。

1.4 儀表操作中發(fā)現(xiàn)的問題

爐況在惡化期間， 儀表操作比較困難。電極電流指示擺動的幅度逐步增大， 頻繁的調(diào)整三相電極電流， 又很難保持三相電極電流平衡， 引發(fā)電爐的功率因數(shù)低， 相電壓不平衡偏大。

上述四個方面的問題說明， 爐況在異常波動時， 料面刺火引起電爐熱能損失， 出爐時間較長的熱能損失， 再加上儀表操作頻繁的調(diào)整電極， 不僅破壞料層結(jié)構(gòu)及生爐料塌入爐底， 而且還原劑的燒損嚴(yán)重及粉面還原劑被除塵器回收， 使整個爐況形成一種惡性循環(huán)。異常時段單位電耗見表 3。

表 3 12.5 MVA 工業(yè)硅爐爐況異常單位電耗( 24 h)

工業(yè)硅在冶煉過程中一般常遇到的就是以上4種問題，明天我們針對工業(yè)硅冶煉工藝及工業(yè)硅爐底上漲做詳細的分析和說明。來源：網(wǎng)絡(luò)微信

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