浅谈国内大工业硅炉的冶炼操作.doc

57东方希望 冶炼部 张效和2017-3-24 33000kv.A工业硅冶炼的基本原理和一、二氧化碳在冶炼反应中的作用是什么？一、为什么用硅石、碳质材料在矿热炉中经过高温加热后，能冶炼出工业硅？要想知道这个道理首先就要了解冶炼硅工业所用的各种原料，在各种高温条件下的变化规律。冶炼工业硅主要原料是硅石，硅石中含二氧化硅约98.二氧化硅很稳定，硅和氧之间的亲和力很强，不易分离。生产上为了把氧从二氧化硅分离除去，采用在矿热炉内高温条件下，以碳质材料中的碳夺取二氧化碳中的氧，而且温度越高，碳夺取氧的能力随之增强。这是因为在高温条件下，碳对氧的结合能力比硅对氧的结合力大。可见高温时有了碳，二氧化硅就不稳定了，这时二氧化硅中的氧和碳进行反应，生成气态的一氧化碳，通过料层从炉口逸出。二氧化硅中的氧被碳夺走后，剩下的形成硅。其中有一定数量的硅与铁、铝、钙生成化合物。二氧化硅与碳作用其反应如下：SiO2+2C=Si+2CO上式是吸热反应，从反应式中可知，为了加速反应的进行，应把电极往炉料中插的深些，以提高炉温，扩大坩埚区，同时应增加料面的透气性，使一氧化碳气体尽快逸出。如果取扎透气眼，捣炉等措施，均有利于二氧化碳与硅的反应加速进行，使硅较快地生成。由于冶炼工业硅中的矿热炉原材料中有微量的铁，使二氧化硅的还原反应较容易进行，这是因为被还原出来的硅与铁形成硅铁，于是改善了还原过程的条件，所以铁越多二氧化硅的还原反应越容易进行，生产也证明这点，冶炼含硅越低的硅铁，则其单位电耗越低。如冶炼每吨45硅铁的电耗，约为45004800度，每公斤硅耗电约为11度。冶炼每吨75硅铁的电耗约为82009000度，每公斤硅耗电约为12度。冶炼每吨硅的电耗约为1200013000度，每公斤硅耗电约13度。从化学反应上说一般认为，氧化物中的氧被其他物质夺去的反应，叫还原反应。夺取氧的物质，叫还原剂，如碳质材料等。依上述工业硅冶炼原理是还原过程。反应过程中，硅石内的二氧化硅绝大部分被碳还原之外，其他杂质和碳质材料带入的灰分，如氧化钙CaO，五氧化二磷P2O5和三氧化二铝AI2O3等也被碳还原，其中五氧化二磷绝大部分被还原。各反应如下：CaO+C=Ca+COP2O5+5C=2P+5COAI2O3+3C=2AI+3CO反应中生成的一氧化碳气体，从炉口逸出，其他生成物如钙、铝和磷等进入硅铁中，因此，要求原料中的杂质尽量少，以保证硅铁的质量。在冶炼过程中有少部分的二氧化硅，三氧化二铝和氧化钙等未被还原，而形成炉渣。炉渣成分约含 SiO2：3040;AI2O3：4560;CaO：1020。此种炉渣熔点约为16001700.渣量大时，消耗电量增加，同时过粘的炉渣，不易从炉内排除，引起炉况恶化。故要采用较好的原料，以减少渣量，降低单位电耗。正常情况下，渣量控制在不大于硅量的百分之五为宜。以上是硅铁冶炼基本原理，工业硅冶炼的基本反应如下:SiO2+2C=Si+2CO实际炉内的化学反应比这复杂.实验证明氧化物的还原,是由高价氧化物逐步还原成低价氧化物.二氧化硅的还原,在高温情况下,首先被还原成一氧化硅（SiO）,而后再被还原成硅（Si）,其顺序是SiO2 SiO Si冶炼工业硅,在17001800时，将发生如下反应：SiO2+C=SiO+CO也就是说二氧化碳硅首先被碳还原成一氧化碳，然后再被还原成硅，其反应式如下：SiO+C=Si+CO被还原出来的硅，部分的将和二氧化硅作用，又产生一氧化硅，其反应式如下：SiO2+Si=2SiO从上述的三个反应式中，可以看到一氧化硅对促进冶炼反应的进行是个重要环节。一氧化硅在高温情况下是以气体状态存在，低温时不稳定。因此，一氧化硅在炉内坩埚中是气体，少量的一氧化硅从炉口逸出后，被空气氧化SiO+12O2= SiO2而成为二氧化硅，冷却后呈灰白色，部分凝结在电极，筒瓦等处。在约为1700以上高温时，大部分的一氧化硅挥发到碳质材料的气孔中，广泛地和碳接触并作用，按第二个反应式，还原成硅，少部分的硅在高温区与二氧化硅作用，按最后反应式又生成一氧化硅，然后又和碳进行反应，结果反应连续不断地进行。由此可知，一氧化硅不但是反应的中间产物，同时，它可促进反应加速进行。由于一氧化硅在高温下是气体，易挥发而损失掉，尤其当塌料或大刺火时，逸出或喷出白色气体多是一氧化硅。因此，要求及时处理“塌料或大刺火”的现象，否则，将造成一氧化硅的大量损失，减少产量，增高单位耗电。二、反应中碳化硅的产生和破坏的原因是什么？冶炼工业硅时在反应中的二氧化硅首先破坏被还原成一氧化硅。部分的一氧化硅气体在上升过程中与料层中碳质材料接触并作用后，较易生成碳化硅。其反应如下：SiO+2C=SiC+CO冶炼过程中，碳质材料加入量过多时，更易产生碳化硅。其反应式如下：SiO2+3C=SiC+2CO往往在修炉时于料层内部发现大量碳化硅冷却后呈褐色，稍有光泽并是针状结晶，说明产生碳化硅的反应是存在的，并且是中间产物。碳化硅SiC的熔点约为2500，不易熔化，电阻小，导电性强。因此，炉中积存过多碳化硅，使炉况恶化。例如：（虽然碳化硅易产生，但在冶炼硅铁中由于炉料中有钢屑，碳化硅较轻易被铁Fe破坏），其反应式如下：SiC+Fe=FeSi+C冶炼45硅铁，因炉料中钢屑较多，碳化硅更易破坏，所以，碳化硅对炉况没有影响。碳化硅在高温时，还可被二氧化硅所破坏，其反应式如下：SiO2+2SiC=3 Si+2CO2SiO2+SiC=3SiC+CO较大容量工业硅电炉，因炉温高，碳化硅易被破坏。碳化硅在高温时还可以被一氧化硅破坏，其反应式如下：SiO+SiC=2Si+CO三、高温下形成的“坩埚”作用是什么？什么是坩埚？坩埚就是每相电极下面的“埚”型高温区，也就是主要的发言区。二氧化硅在较高温度下，粘度比较大，每当捣炉时就会发现很粘稠的炉料，甚至呈玻璃丝状。电极附近的炉料，因距离电极位置不同，高温处即熔化，低温处即粘结。所以，在电极周围自然形成有粘结炉料组成的“埚”型高温区，即主要反应区，习惯称为坩埚。坩埚顶和壁是粘稠的熔融状炉料，其组成为粘稠的炉料混合物；已进行部分反应而生成的化合物；硅颗粒；液体合金；碳化硅和三氧化二铝等。坩埚内部是气体空间也就是电弧区。坩埚内的温度约为18002000以上，能够使化学反应比较充分地进行。冶炼工业硅，当大塌料时，可看到坩埚的部分形状，在电炉修洗炉时，也可看到坩埚的部分轮廓。坩埚顶和壁的炉料，在高温下不断地反应，生成硅落入熔池内，又不断地加入新炉料。所以，坩埚是主要反应区。坩埚的大小对冶炼有很大的影响。电极插入炉料较深时，热量损失较少，炉内温度高，坩埚则较大，反应速度较快，产量高，单位电耗低。反之，电极插入炉料浅时，热量损失增加，炉内温度较低，坩埚则较小，反应速度减慢，产量低，单位电耗势必增高坩埚的大小也可以从料面的透气性来判断，当料面透气性比较均匀时，说明坩埚较大。当料面透气性不好时，炉中的料下沉速度较慢时，则说明坩埚较小。控制合适的配料比，操作中不偏加料；维护好炉况，使料面保证较低的高度，并保持炉料有良好的透气性等，这样就有较大的坩埚。供电制度对坩埚的大小也有影响，使用的功率高，则坩埚较大；反之则坩埚较小。每相电极的坩埚扩大到一定程度时，坩埚间必然互相沟通，出炉时硅水就比较容易全部流出。如因炉温低或炉底上涨等原因，造成坩埚小，甚至使三个坩埚不能连通，这样不但硅水不能全部排出，并对下一炉冶炼造成不利的影响。四、原料和配料1.什么样的硅石适于冶炼工业硅？硅石是冶炼工业硅的基本原料之一。为减少渣量，降低电耗和提高产量，要求硅石中的二氧化硅含量大于99。硅石中的，三氧化二铝是有害杂质，它的熔点高约为2050当炉渣中含有较高的三氧化二铝时，将造成排渣困难。同时硅石中三氧化二铝较多时，易使铝被还原出来而进入硅中，使硅的含铝量增加，影响硅质量。因此，要求硅石中的三氧化二铝不大于0.2.硅石表面呈现粉红色线条是三氧化二铝存在的象征。三氧化二铝也常存在硅石表面泥土中。为此，硅石入炉之前用水冲洗，以减少冶炼时的渣量。硅石中的含硫量，由于冶炼过程中硫S和硅Si形成硫化硅，如SiS、SiS2等化合物，这些化合物在高温下易挥发跑掉，因此对硅石含硫量不作要求。硅石中的氧化钙CaO和氧化镁MgO含量较高，冶炼时就会增加渣量，并侵蚀出铁口，为此要求硅石中氧化钙和氧化镁含量之和小于0.5.硅石加入炉内预热时均有不同程度的爆裂，这是因二氧化硅晶格变化时体积膨胀造成的。不同产地的硅石，其爆裂程度不同。受热后爆裂程度较大的硅石，在冶炼时会恶化料面的透气性，造成炉况变坏。因此。要求硅石在高温下，应具有一定热稳定性。大工业硅矿热炉温度较高，硅石更易早期爆裂，因此要用质量好些硅石。选矿源时要把硅石先做炉内试验，再确定是否能用。小炉子用的硅石，可因地制宜，适当酌情降低质量要求。对硅石粒度也有要求，粒度过大，反应速度减慢，粒度过小或粉末多，会影响料面的透气性。粉末多的硅石带入泥土也多，使渣量增加。生产证明大工业硅矿热炉用的硅石，要求粒度为60120毫米，其中大于80毫米的要大于50。五什么样的碳质材料适于冶炼工业硅？冶炼工业硅石油焦、煤是主要原料，它是冶炼硅的还原剂，所以要求碳质材料内的固定碳的含量越高越好，要大于84，同时要求碳质材料灰分要低。因碳质材料灰分含量高时，渣量增加，由于灰分内含60左右的三氧化二铝AI2O3，造成炉渣粘不易排除。此外，灰分高的碳质材料加入炉内易使料面烧结，影响透气性。因此，要求碳质材料灰分含量应低于2.5.碳质材料中的碳大部分是以固定碳形式存在，但也有少部分的碳是以碳氢化合物通常称为挥发分形式存在。这部分碳氢化合物在高温下即挥发跑掉，所以要碳质材料的挥发分含量不大于26-38.除对碳质材料有化学成分要求外，对其物理性能也有要求。碳质材料高温下电阻越大，电极插入炉料越深，有助于提高炉温，从而扩大坩埚。碳质材料的气孔率大，不但电阻大，表面积也大，增加了化学反应面积，加速了化学反应的速度。碳质材料的粒度对冶炼有很大影响。粒度过大时，炉料电阻减小，电极不易深插入炉料，造成炉温低和坩埚小，冶炼不正常。粒度过小或粉末多，则烧损较大，易使炉况变粘，影响料面的透气性。因此，碳质材料要有一定的使用粒度。大硅铁电炉所用碳质材料粒度以小于8-25毫米为宜。对碳质材料物理性能要求不做具体规定。可根据生产实践，来选择较合适的碳质材料。目前，我国冶炼硅用的石油焦、煤，多是筛下的小颗粒。六、为什用小颗粒可使电极较深地插入炉料？冶炼工业硅所用的碳质材料，很重要的是希望它在高温下的电阻大，可使电极较深地插入炉料内，有利于提高炉温和扩大坩埚区。碳质材料电阻大为什么使电极插入炉料较深？这是因为电阻大，通过的电流必然减少，为保持负荷就要增加电流，于是向下移动电极，增加插入深度，从而使电极插入较深的炉料中。不同粒度碳质材料的电阻变化原因如下：1.电流通过碳质材料，因这块碳质材料中间无缝隙，电流受的阻力很小，说明这块碳质材料的比电阻较小。2.把这块碳质材料分为两块，因中间有缝隙，电流通过时略有阻力，说明这时碳质材料的比电阻有所增加。可见，碳质材料的粒度越小，它的电阻就越大。反之，碳质材料粒度越大，电阻则越小。原因是：粒度小表面积就大，接触电阻增大，所以粒度小的碳质材料电阻大。反之，粒度大表面积减少，接触电阻变小，因此，力度大的碳质材料电阻小。由于粒度小的碳质材料电阻大，所以用小粒碳质材料做还原剂时可使电极较深的插入炉料中，这样有利于提高炉温，从而扩大坩埚，加速冶炼化学反应的进行，提高产量，降低单位电耗。七、冶炼工业硅为什么可用部分粘结煤？冶炼工业硅的还原剂多数用粘结煤。粘结煤在炼焦过程中焦化温度约为11001300而形成的焦炭，所以也称冶金焦为高温焦或全焦。焦化温度约600800而形成的焦炭称为低温焦或半焦。煤气焦就是低温焦的一种，所谓煤气焦就是生产煤气时的副产品。煤气焦和冶金焦性质比较如下：1.电阻粒度1015毫米的各种焦炭，比电阻与温度之间关系，根据实际测定如图4所示。煤气焦的电阻大于冶金焦，即使在较高的温度时，它的电阻仍大于冶金焦的电阻。电阻大时煤气焦的重要的优点。实践证明，冶炼工业硅时使用部分煤气焦，电极可较深的插入炉料中，从而降低电耗。2.化学成分粘结煤中含固定碳较低，灰分较高，从化学性质上来说它不如冶金焦好。这是因粘结煤的焦化温度较低造成的。粘结煤的含碳量低，用它做还原剂时加入量应多些，同时由于粘结煤中灰分高，冶炼时渣量也增加，另一方面也由于粘结煤中含碳较低和它的机械强度较差。在冶炼中往往在坩埚中和下部有缺碳现象。可见，冶炼工业硅全部用粘结煤做还原剂，炉况不易维护。3.气孔率和反应能力粘结煤的气孔率比冶金焦的气孔率大4060，这样不但使粘结煤的电阻大，同时也扩大反应接触面，另一方面粘结煤的反应能力也较高，均有利反应速度加快进行。上述粘结煤有气孔率高、电阻大和成本低的优点，但它又有含碳较低、灰分高和机械强度差的弱点。所以冶炼时不宜全部使用粘结煤，可与石油焦搭配使用。实践经验证明搭配3040的粘结煤和石油焦共同使用其效果较好，单位电耗有所降低。八、为什么可以使用少量的碳化硅有些单位为降低单位电耗，在冶炼工业硅时加入少量的碳化硅SiC，这样可节约部分电能。这里指的“碳化硅”，并不是一种特定的原料，而是制造石墨电极时石墨化炉的保温废料。它含有大量的碳化硅，因此，习惯这种废料叫“碳化硅”。它的成分如下：SiC2：540；SiO2：20；C25；其余为Al2O3 和CaO等。为什么冶炼时加入少量的“碳化硅”可以降低电耗。冶炼工业硅时，二氧化硅被还原是吸收大量热能的反应，因此要在很高的温度约18001900下，才能使这一反应激烈进行，因此要消耗大量的电能。当炉料中加入部分碳化硅时，它和炉料中的铁在炉内发生如下反应：SiCFe= FeSiC这个反应是吸热反应，它吸收的热量和反应温度，要比二氧化硅还原时所需的热量和温度要低。所以炉料中加入部分碳化硅，可以降低电耗。冶炼工业硅因炉料中铁含量很少，硅石数量较多，碳化硅的破坏反应，将主要按下式进行：2SiO2SiC= 3SiOCOSiOSiC=2SiCO这两个反应都约在1800以上的高温下进行，并且因有气态的SiO参加反应。而因气态的SiO较易挥发，因此，破坏碳化硅的反应，不易较安全地进行。可见冶炼工业硅铁时，碳化硅的利用率低。碳化硅的熔点高，导电性强，冶炼时加入强化硅后，电极不易稳定，炉况不好掌握，并且碳化硅粉末多，影响料面的透气性，有时刺火较严重。为此，冶炼时不易加入过多的碳化硅，而所用的碳化硅应精选，以减少粉末。经验证明，冶炼45硅铁时，每批料硅石按300公斤算，可加5070公斤碳化硅；冶炼工业硅时，每批料加入25公斤较为合适。九、如何计算碳质材料的加入量？由工业硅冶炼原理可知，用碳质材料中的碳，还原硅石中的SiO2而生成硅。因此，粘结煤加入量直接影响到SiO2能否充分还原和炉况是否正常。所以碳质材料加入量是重要的。在计算前要说明以下几个问题：硅因炉内各个区域冶炼温度有所不同，故计算时碳的过剩量和硅的回收率也不同。硅冶炼温度较低；碳和的硅冶炼温度较高，碳和硅的损失较大，所以碳的过剩量按10计算，硅的回收率按92计算。2.原子量分子量的计算根据化学元素周期表可知Si原子量为28，C原子量为12，O氧原子量为16。所以SiO2的分子量是28162=60.3. 根据原料化学分析结果和实际工作经验采取：1计算冶炼工业硅的碳质材料加入量为计算方便，以100公斤硅石为基础，计算碳质材料加入量。100公斤硅石中含SiO2为：10098=98公斤硅铁冶炼反应式：SiO22C=Si2COSiO2和2C分子量：28216=60 212=2490公斤SiO2纯碳量为：24/6098=39.2公斤我们所用的是含碳84%的碳质材料，将39.2公斤的纯碳换算为碳质材料，则为：1008439.2=46.6公斤冶炼工业硅，碳质材料烧损约10%，所以碳质材料的加入量为：46.6100/90=51.7公斤52公斤碳质材料中含水量约为5%15%。经验证明碳质材料含量每增加1%时，要相应增加0.6公斤碳质材料。若碳质材料含水量按5%计算，焦炭实际加入量则为：52+525%0.654公斤将上述和计算式化简，冶炼工业硅时，100公斤石的碳质材料加入量则为：100SiO224/60C%0.90=碳质材料加入量(公斤)式中 SiO2-硅中的二氧化硅含量%C%-碳质材料中的固定碳含量%0.9-碳的利用率(因碳烧损10%);24和60-分别为2个碳和二氧化硅的分子量。用简化式计算出的碳质材料加入量，并非实际需要量，而要根据碳质材料含量有所增加。9.碳质材料加入量与哪些因素有关?上述碳质材料加入量的计算,只根据原料的化学成分和一些实际经验而得出的。但碳质材料的实际加入量，往往不准确、所用二次电压及工业硅矿热炉的容量有关，并且和电极的极心圆直径的大小有关。理论计算出的碳质材料加入量是主要根据，但还要按下述具体情况进行调整。1.炉况变化时要调整碳质材料的加入量。炉况发粘时，应适当增加碳质材料加入量。炉况碳过剩应适当减少碳质材料加入量。2.电极插入炉料较浅时，可适当减少碳质材料加入量。4.同一炉子，冶炼时用二次电压较高时，碳质材料的加入量应适当少些。5.同容量的矿热炉，其电极间的极心圆直径较大时，碳质材料加入量应多些，极心圆直径较小时，碳质材料加入量应少些。6.如何配料,为什么大料批不好?配料是冶炼工业硅的第一道工序,是一项很重要的工作配料时要注意以下几点:1.称量准确,各种材料必须按规定的数量进行称量,误差要小。如果称量不准，炉况不易掌握，甚至可能出废品。因此，配料工作要细心，还要经常检查称量工具的准确度，发现问题应及时调整或修理。2.要按规定的是顺序进行配料，以使炉料均匀混合。碳质材料的堆比重约0.50.6硅石的堆比重约为1.51.6,原料堆比重相差很大。为了炉料混合均匀，配料顺序为碳质材料、硅石、木片。采用这样的配料方法，炉料由料管下降后，能较均匀混合。炉料混合均匀与否对冶炼有很大影响。为使炉料混合均匀，每次只准量一批料，每个料斗存料为得超过二批料。为什么大料批不好？料批的大小是以批料中硅石数量为准。目前冶炼工业硅时，一般每批料中有200公斤硅石或300公斤硅石。前者叫小料批，后者叫大料批。从炉料混合均匀角度来说，料批越小混合得越均匀，料批越大炉料越难混合均匀。因此，要尽量采用小料批，以使炉料混合均匀，但是，小批量为配料为配料操作带来一定困难。以下是较大容量的工业硅电炉，冶炼工业硅，料批大小不同时的单位电耗示例：料批大，电耗较高，料批小，则电耗较低，故采用小料批较好。十、硅铁冶炼工艺.冶炼工业硅如何加料？工业硅冶炼的基本反应，是利用碳质材料中的碳，将硅石中二氧化硅的硅还原出来的反应。要使这一反应顺利进行，必须有良好的炉况。正确的加料方法，是获得良好炉况、达到高产量低消耗的关键环节之一。因此，加料时应注意以下几点：1.每批料必须混合均匀后加入炉内，不准偏加料。大家知道，每批料的配比，是根据硅冶炼的化学反应原理和所用原料的成分，并结合实际情况计算出来的。所以，加入炉内的每批料的组成，必须符合批料的配比。均匀地混合炉料是保证炉内反应正常进行的重要操作条件。如果炉料未经均匀混合或任意选择性的加入炉内，这就是同常所说的“偏加料”，其结果是在炉内局部区域造成硅石过剩或焦碳过剩，这两种情况都不利于炉内反映顺利进行，而使炉况恶化。可见，炉料混合均匀是十分重要的。2.炉料要连续地一小批一小批地加入炉内。这样不但易于控制料面的高度，而且可以使加入炉料的组成及其分布比较均匀。3.必须适当地控制料面的高度。料面高度过高则电极上升，料面过低易塌料，两者都不能充分的利用热量，都会对炉况产生不利的影响。料面高度控制适当，可使电极较深的插入炉料中，从而提高炉温和扩大坩埚，使炉料可得到充分的预热，促使炉内反应加快进行。4.加料时要随时观察炉况，如料面透气性及电极动态等，必要时应采取相应的措施进行处理。5. 应使炉料与电极成垂直方向加入，但要防止炉料碰撞电极。这种加料方法，可使料面成为低料面宽锥体的形状，不致引起电极波动。小容量工业硅矿热炉，因其炉温度较低，熔炼速度较慢，应力求减小热量损失。加料时应注意如下几点：1.勤加、薄盖。2.随时注意刺火并在处理火后应及时加料。3.在保持适当的锥体和料面的前提下，进行焖烧，直到出硅后将炉料捣下去，再重新加料焖烧。现在，我国工业硅生产的加料方式，大多采用加料机加料。加料时应注意以下几点：1.少加勤快为宜。不能一次加得过多，以便保持良好的料面透气性。2.应先从锥体底部往电极根部逐渐地加入炉料。这样可以保持炉料的组成，分布比较均匀，不致使硅石块滚到锥体底部边缘。3.摆动加料机流槽时,其方向与电极成垂直或平行,两种异向投料方式应当交替进行使用.防止加料机槽碰撞电极。.为什么不能偏加料?炉况不正常时出于某种原因，为使电极较深的插入炉料或为了稳定电极，要在电极周围加入较多的硅石；有时炉况不正常，在电极周围加入过多焦炭或过多硅石炉料，这就电偏加料。此种操作方法是错误的，危害极大。1.加入过多的硅石炉料时，初期电极可能插得深，时间过长就会造成电极周围缺碳，坩埚缩小，电极容易上抬，料面透气性不好并有刺火现象，甚至给不足负荷，炉总值恶化，尤其是当出炉口相电极其出现这种情况，其后果更为严重，出炉操作不容易顺利进行。2.加入碳质材料过多时，电极易上升，同时其他的部位必有缺碳现象，料面会有烧结，透气性不好，不得炉况正常进行。3.料在炉内分布不均匀，使化学反应不能充分进行，尤其偏加硅石过多，二氧化硅的还原速度大为减慢。十一、为什么料面要保持一定的高度?料面高度对充分利用热量，加速炉内化学反应的进行，有很大影响。料面高度过高，电极与炉料的接解面积增加，通过的电流增大为保持额定电流，需要提升电极，因此，使电极插入炉料中的深度变浅，高温区上移，坩埚缩小，热量损失增多，化学反应速度减慢；炉底温度低，排渣情况不好，甚至引起炉底上涨，使炉况恶化。料面的高度过高，炉料中的硅石滚到锥体底部边缘，其恶劣影响更为严重。如料面过低，电极插入炉料较深。但由于料层薄，容易埸料，甚至产生露弧现象。料层薄，炉料不能充分预热，热量损失较大，不利于扩大坩埚区。实践表明，平顶形料面较为合适，因料面具有合适的高度 ，锥体宽大并平缓，加入的炉料仍保持正确的组合，布料均匀，很少产生硅石的下滚的现象。所以，电极能比较深而稳的插入炉料中，利于提高炉温和扩大坩埚，炉内化学反应得以充分进行，料面透气性好，炉料预热较好，从而炉况正常。料面的高度与冶炼品种，原料条件和电炉容量大小有关。冶炼45硅铁时，炉料中铁屑数量较多，其导电性强，电极不易较深地插入炉料内，料面应较低，料面高度以低于炉衬上部边缘100500冶炼75硅铁时，料面高度以低于炉衬上部边缘100300毫米较为合适。小容量工业铁矿热炉的料面高度高深莫测取下限，较大容量工业硅电炉的料面高度应限上限。相同 容量的矿热炉，所用的原料产地不同，其性质有显著差时，应适当地调整料面的高度。应当充分注意较大容量矿热炉大面的料面高度。通常所说“大面”，是指两相电极间的宽敞区域的料面。当大面的料面高度合适时，炉气便从整个料面均匀逸出，炉料得到较充分的预热，进行扩大坩埚。炉内的热气流是由坩埚反应区产生的。距电极较近的炉料，受热气流的预热较多，距电极较远的炉料，受热气流的预热较少。大面的炉料距电极较远，此处温度低，炉料预热程度差。如果大面的料面过高，压得过厚，透气性越加变坏，大面不透气，对于扩大坩埚和加速炉内反应速度，以低于锥体200300毫米为宜。22为什么要求电极较深地插入炉料？电极较深的插放炉料，可以提高炉温和扩大坩埚，为冶炼反应充分进行，创造了必要的热量条件。因此，使电极较深的插入炉料，是冶炼操作中的重要环节。当电极插入炉料较深时，热量损失少，炉温高，坩埚大，炉内化学反应速度快，于是出铁量多，单位电耗低。反之，电极插入炉料较浅时，刺火和塌料现象均较多，热量损失大，炉温低，反应不能充分进行，因此，就不会有较好的技术经济指标。电极的插入深度，主要与冶炼品种和炉容量大小有关。据实践经验，冶炼75硅铁，较大容量炉子的电极插入深度一般为10001200毫米，较小容量的矿热炉，一般为700-1000毫米。冶炼45硅铁较大容量矿热炉的电极插入深度，一般为800-1000毫米，较小容量炉子一般为500-800毫米较为合适。十二、影响电极插入深度的因素有哪些？碳质材料加入量碳质材料的导电性比硅强。如果碳质材料加入量过多，会影响电极深插。因此，在满足硅石中的二氧化碳充分还原的条件下，碳质材料加入不要过多，以利于电极插入。碳质材料粒度碳质材料的粒度小，表面积增大，增加接触面，炉料的电阻大，则电极插入深；反之，焦碳的粒度大，表面积减少，炉料的电阻小，则电极的插入深度就变浅碳质材料性质这里主要是指碳质材料本身的电阻。如果碳质材料的电阻小，通过炉料的电流大，使电极上升，电极插入深度就浅。反之，碳质材料的电阻大，例如使用煤等，因其电阻大，电极则可深插。二次电压当冶炼采用较高的二次电压时，电弧较长，电极在炉料内插入较浅。反之，采用较低的二次电压，电极插入炉料就比较深。操作情况如果操作不当，诸如混料不均，偏加料，不及时捣炉。炉况发粘，料面过高或炉内缺料等等，都会妨碍电极插入炉料的深度和稳定程度。出炉时间在炉况正常情况下，出炉间隔时间延长或硅水出不干净，炉内积存硅水势必较多，电极要上升，电极插入炉料内较浅。炉内积渣量排渣不好，炉内积渣过多，炉底上涨，电极的插入深度变浅。电极间的极心圆直径相同容量的矿热炉，极心圆的直径较大时，电极间距离较远，炉料的电阻增加，电极插入炉料内较深，反之极心圆直径较小时，电极插入深度变浅。.如何判断电极出入深度？实践经验可通过以下五个方面，判断电极出入深度：1. 电弧响声电炉冶炼过程中，如果电弧的响声很大，则说明电极插入炉料过浅/。一般来说电极插入深度超过1800毫米，电弧响声较小。2. 塌料和刺火情况正常配料情况下，如果塌料和“刺火”现象频繁，说明电极插入炉料太浅。3. 坩埚区域大小正常配料比情况下，如果炉料下降慢，说明电极插的浅，由于电极插的浅，高温区则上移，热量损失大，因此坩埚区域较小。4. 炉口温度炉口料表面温度高，操作条件较差，说明电极插入浅。5. 出炉情况正常配料比情况下，出炉口不易打开，硅水流速慢，温度较低，炉渣发粘流动性不好，不易排出，说明电极往料内插入较浅。综上所述，电极插入炉料深度不够，往往是由于碳质材料加入过量或电极工作断过短，此时就要相应的减少焦炭加入量或酌情下放电极。十三、正常炉况应是什么样的？冶炼工基本任务之一，应当善于正确判断炉况，即使地调整和处理炉况，使炉况经常处于正常状态。正常炉况的特征如下：1. 电极深而稳地插入炉料中。此时坩埚较大，料面的透气性好，料层松软，炉气从炉口均匀地送出，火焰呈桔黄色，料面没有发暗和烧结的区域，没有大刺火和塌料现象。料面较低并比较平缓，椎体宽大。炉料下降较快，较大容量电炉的炉心料面稍呈下陷。2. 电流比较均衡和稳定，并能给足负荷。3. 出炉工作比较顺利。出炉口好开，路眼畅通，硅水流速快，打开出炉口后电流明显地下降，硅水温度高，炉渣流动性和排渣情况均良好。出炉的后期，从出炉口喷出的炉气压力不大，炉气自然地溢出。出硅完毕，出炉口好堵。出硅量正常，成份稳定。十四、为什么炉况有时发粘，怎样处理？炉内还原剂不足，料面透气性不好的情况，叫炉况发粘，有的单位将炉况发粘叫炉况黑，亦即料面光泽较暗。炉况发粘的特征如下：1. 电极工作不稳定，符合波动较大，仪表不好操纵，电流表指针摇摆频繁，有时还出现给不足负荷的现象。2. 料面的透气性不好，一出的炉气不均匀并且微弱无力。料层较硬。刺火现象严重，局部刺出的是呈灼白色强烈的火焰。大面的火焰很少。3. 捣炉时会掘出粘结的大块料，甚至捣完炉之后，大面仍不冒火。4. 电极工作端的根部沾结较难清除，即使清除了又易沾结。5. 出硅工作不顺利。出炉口不易打开，硅水流速慢，出炉口不畅通，炉渣粘，不易排出，从出炉口喷出炉气的压力大。硅水温度较低，出硅量较少。炉况发粘的原因如下：1. 配量比不适当，还原剂不足，炉内的化学反应没能充分进行，造成炉内硅石过剩，经溶化后便形成粘稠的炉渣。2. 有时为了增加电极插入炉料中的深度，加入过多地硬料（硅石较多的炉料），造成炉况发粘。3. 由于原料质量较差，诸如碳质材料粉末多或其水分含量增多；矿石的力度过碎或其抗爆性能差（即高温下强度差），使炉内缺炭料面透气性变坏，造成了炉况发粘4. 操作中没有及时捣炉，料面透气性不好，造成炉况发粘。炉况发粘的危害性如下：1. 炉况发粘，造成严重刺火，热量损失大。炉内的过剩硅石，经溶化便形成炉渣，消耗热量增多。因此，生产硅铁的单位电耗增加。炉况发粘，还原剂不足，加之料面透气性不好，坩埚小，炉温低，使炉内化学反应速度减慢，炉料下沉缓慢，则出铁量减少。2. 炉况发粘，说明坩埚附近有较多未被还原的二氧化硅，料层的透气性不好倒是刺火严重，干过缩小，如果不及时处理，就会造成炉底上涨，电极深上升，路况进一步恶化。炉况发粘时，首先要稳定电极，然后处理炉况。否则，点击上升后，路况将会更加恶化。1. 如果由于配料比不当造成炉况发粘，应及时调整，增加碳质材料加入量，或者是当地附加碳质材料，最好是边捣炉，边附加碳质材料。2. 加强料层透气性，彻底捣炉。如果炉况过粘，产生严重刺火，应彻底捣炉。同时加强扎气眼操作，引出高温炉气，放宽椎体，以利于增加透气性和扩大坩埚。3. 炉况发粘，给不足负荷时，可生气电极，适当地增加碳质材料。较大容量的电炉，炉渣发粘时，可采取以下两个措施：1. 炉况发粘，炉渣排不出去，出炉口不畅通，在出炉前应向出铁口相电极附近，加萤石100200公斤，以稀释炉渣。2. 炉况过粘，点击插的浅，炉底温度低，炉渣不易排出，此时可加石灰块300400公斤，稀释炉渣，扩大坩埚和提高炉温，已逐渐消除炉况发粘的现象。较小容量电炉，路况发粘，捣炉时可将粘料挑出，并且附加些碳质材料。出炉口不好开时，可用氧气烧眼，扩大出炉口，以利于炉渣排出。炉况发粘是炉况不正常现象之一，处理也比较困难，处理后约需816小时，或更长时间，才能恢复到正常状态。因此，操作人员要经常观察炉况，即使地调整不正常的炉况，从而减少炉况发粘现象。.十五、为什么有时刺火，如何处理？硅冶炼过程中，由于炉料粘，料面透气性不好，或电极工作短，电极跟部或其周围的薄弱部位，喷出较大压力的高温热气流，形成灼白色火焰，这种现象叫“刺火”，也叫跑火。比较容易刺火的部位：1.当炉况发粘，料面透气性不好或锥体过尖，刺火 往往发生在电极沾结粘料的地方，或料面某一尖峰薄弱之处。2.当电极工作端过短时，这时热量集中在电极周围，刺火多发生在电极根部。刺火的原因是多方面的。主要有以下几点原因：1.虽配料比正常，但由于操作不当，列如偏加料，加料速度过急或料面形状过尖等，加上捣炉不及时，不彻底，使料面透气性变坏，炉内气体压力比较大，突破薄弱的料层而产生刺火现象。2.配料中的还原剂不足，炉况发粘，透气性不好而产生刺火现象。3.电极工作端过短，热量集中在电极根部周围，甚至埋不住电弧，而在电极根部产生刺火现象。4.配料比中的还原剂过多，电极在炉料中插的较浅，或在电极根部沾结碳化硅(SiC导电性很强)处，产生刺火现象。刺火的危害：1. 刺火时喷出大量的高温热气流，热损失很大，增加电耗。2. 炉气多集中在刺火之外挽出，其他的部位炉气迤出的很少，透气性不均匀，不利于扩大坩埚，从而炉内的化学反应速度减慢。3. 炉口温度高，操作条件较为困难。4. 刺火严重时，如果铜瓦距料面较近，则容易烧坏铜瓦或冷却水管，造成热停炉。5. 刺火严重时，大量的一氧化硅气体逸出，易使硅铁中的含硅量降低。刺火的处理方法：刺火现象是冶炼中经常出现的一种不正常炉况。处理刺火往往是一项比较难的操作，有时由于处理不彻底，连续出现刺火。因此，首先要找出山声刺火的原因，然后进行彻底处理，这样，减少热量损失，减轻劳动强度，使生产顺利进行。1.采取下列方法处理刺火，及时要和适当的扎透气眼的方法结合起来，以利于增加透气性和扩大坩埚。2.如因电极工作端表面沾结粘料产生刺火时，应将沾后加入新料。3.如因料面锥体过尖产生刺火，应及时变料，增加碳质材料加入量，或边捣炉边附加碳质材料。4.如因电极工作端过短产生刺火，应酌情放电极。5.如因偏加料产生局部刺火，应适当扎几个透气眼，如不见效，挑出粘料，推向炉心。加入炉料后再扎几个透气眼。6.长时间的刺火，刺火的部位料层已经很薄，接近要塌料时，应彻底挑开，先用炉内热料填平，再加入新料。 十六、为什么炉况过粘时电极不易深插？炉况过粘，坩埚必然缩小，使电极不易交深地插入炉料中，主要原因：1. 电极与坩埚间的距离缩短，电阻减少，导电性增强，点击不易深插，尤其是坩埚缩小，炉底上涨后，铁水距电极较近，电极更不易深插。. 透气性不好，热量多集中于坩埚内，局部温度过高，并且是过剩的硅石被溶化成为了导电性良好的液体，使电极不易深插。.还原剂过剩的特征是什么样，如何处理？所谓还原剂过剩，就是加入炉内的焦炭多于还原二氧化硅所需的焦炭数量。有的单位把这种情况叫“碳大”，或叫“炉况白了”。还原剂过剩是一种不正常的炉况，应当及时处理。还原剂过剩的特征如下：1. 电极插入深度较浅炉料中碳质材料量过剩，碳质材料的电阻小，导电性强，通过炉料的电流增多，因此，电极上升，甚至会使电极升到上限，使电极在炉料中插得较浅。2. 电极周围易坍塌，干过缩小由于碳质材料量过剩，电极上升，插入深度浅，高温区随之上移，坩埚逐渐缩小，电极周围的料层薄，所以易产生塌料和刺火现象。电弧的响声较大，甚至炉料埋不住电弧，炉口温度升高。炉料中碳质材料过剩，使炉料的粘结性降低，这也是造成塌料的原因。3. 料面火焰呈蓝色，并且为弱无力炉料中过剩的碳质材料，发生燃烧反应，这种火焰是蓝色的，并且为弱无力。4. 电极根部刺火炉料中碳质材料量过剩，在路中容易生成较多的碳化硅（SiC），站在已埋入炉料中的电极表面上，故易从电极根部刺火。5. 出炉情况炉料中碳质材料量过剩，点击插入料内浅，炉温低，所以，硅水温度低，硅水流速慢，出炉口不畅通，排渣不好，出硅量较少。还原剂过剩的处理方法如下：1. 适当地向电极周围加些硬料（硅石量较多的炉料），稳定电极，防止电极继续上升。2. 根据实际情况，减少料批中的碳质材料量（一般使5-10公斤）。. 检查称量工具的准确度，检查原料条件，诸如碳质材料粒度是否增大，硅石粒度是否变小和碳质材料中的水含量有无变化。十七、为什么要扎透气眼？在冶炼过程中由于炉况发粘，点击插入较浅和坩埚校等原因，是料面透气性不好和有刺火现象。为此，必须进行扎透气眼操作，即用圆钢扎入面料不透气之处，不要挑开，只需松动炉料，引出炉气，这是硅铁冶炼中经常采用的增加透气性的一种操作。扎透气眼的部位：1. 椎体的底部或料面的大面等透气性较差之处。2. 刺火部位的周围。扎透气眼可达到如下目的：1. 使反应后产生的大量一氧化碳气体较快逸出，这样不但增加炉料预热面，而且增加料面的透气性，扩大坩埚和促进炉内化学反应加快进行。2. 减弱刺火现象，减少热量损失。.为什么要捣炉，如何捣炉？捣炉是挑翻内里粘结大块的炉料和料面的烧结区，以增加料面的透气性，扩大坩埚，租金炉内化学反应加快进行。硅冶炼时，硅石在高温下仍具有很大的粘结性。如果不及时捣炉，影响透气性，产生刺火，干过缩小，炉内反应速度和降辽速度均减慢等。显而易见，捣炉是一项增加料面透气性和扩大坩埚容积的重要操作。通常在出完硅之后，原则上要捣一次炉，如果炉况很好不必每次捣，可采用扎透眼的方法，改善料面的透气性。捣炉要求：1. 捣炉速度要快，力求减少热量损失。2. 边捣炉边加料或附加碳质材料。3. 捣炉适应将透气性不好的区域全挑开，注意力求少破坏坩埚。捣炉机的圆钢不准碰撞电极和铜瓦。4. 捣出的大块粘料应推向中心，并盖上炉料。5. 捣炉完毕，应及时加料，使电极比较深的插入炉料。十八、炉内存渣过多是如何处理？炉内存渣过多的原因：1. 有时炉内长期缺碳，大量过剩的二氧化硅溶化后形成粘稠的炉渣，不易排除.2. 由于料面高等原因，电极插入炉料深度变浅，炉温低，炉渣不易排除，尤其是容量小的电炉更容易产生这种现象，使炉内存渣过多。3. 虽然冶炼硅时渣量少，但是出硅时应尽量往外带渣，以使电极深插。如果不注意带渣，时间长了，也会造成炉内存渣过多。4. 原料质量较差，诸如碳质材料中的灰分含量过高或硅石表面泥土多，也会增加渣量。炉内存渣过多的危害：1. 炉底上涨，点击不易深插，干过缩小，料面透气性变坏，炉况恶化。2. 炉底温度低，出炉口不易打开，流动不畅通，硅水的流速慢，出硅量较少。炉内存渣过多的处理方法：1. 容量大的矿热炉，可在出炉口相电极料面加入200300公斤石灰块或在出炉前半小时加入100200公斤萤石，以稀释炉渣。较小容量的电炉可加入3040公斤，便于排渣。2. 出炉时尽量多用木杆往外带渣，容量小的电炉还可以适当的扩大出炉口，以利于排渣。3. 处理好炉况，使电极深插，提高炉温。4. 应尽量使用灰分较低的碳质材料，如果条件许可，硅石应于水洗，以减少炉内产生炉渣的因素。十九、为什么经常加石灰好？较大容量的矿热炉冶炼硅，炉况发粘并且有较长时间（约十几个小时以上）未能彻底扭转炉况，此时往炉内加入石灰进行处理，便于排渣，使电极深插，从而扩大坩埚和提高炉温。如果电流波动较大，可加些石灰，稳定电极，使电极不致继续上升。加石灰方法：应选择烧结质量比较好的并且块度适宜的石灰，一次加入200300公斤，以调整炉况，这种方法收效快。也可以在批料中加入510公斤石灰，也有较好的效果。炉况正常后，应停止加入石灰。硅石中的二氧化硅是酸性氧化物，熔点为1710。石灰中的氧化钙（CaO）是碱性氧化物，熔点为2570。在炉内高温条件下，这两种化合物发生反应，生成低熔点的化合物，例如CaO,SiO2等中性化合物，炉渣熔点降低到1450-1550，以利于排渣，电极深插，进而扩大坩埚是炉况好转。如果因为碳质材料中灰分过高或者硅石表面泥土较多，使炉内存渣过多，此时加入石灰，发生氧化钙和三氧化二铝的反应，生成铝酸钙如3CaOAl2O3等化合物，会使炉渣的熔点降低，较易排除炉渣。据实践经验，冶炼中经常加入石灰，将产生以下的不利影响：1. 经常加入石灰，增加炉渣流动性，炉温较高，并严重地侵蚀和冲刷出炉口、硅水饱和锭模。甚至可能发生出炉口烧穿和漏包事故。2. 经常加入石灰，炉内形成低熔点炉渣，冲刷电极，加快了电极的消耗速度，致使电极的消耗速度大于电极的陪烧速度。一旦电极工作端较短便不能按时下放电极，影响正常操作。3. 经常加入石灰，炉料中的氧化钙在电极深插和炉温升高后，较多地被还原，生成的钙进入硅产品，影响硅的质量。钙的比重是1.5，小于硅的比重，当硅中含钙过高时，影响采用比重法分析硅含量的准确度。4. 经常加入石灰，必然要消耗较多的热量，而且增加渣量，会影响硅的产量和单位电耗指标。5. 铁水温度低，加入石灰石处理炉况的一种手段，但不能把它作为实现高产量，减低电耗的根本措施。小容量矿热炉因炉温低，而石灰在炉内溶成炉渣消耗热量，故小电炉不适用加石灰方法处理炉况。二十、为什么加入少量萤石？炉况过粘，炉内积渣多，有时使用萤石作炉渣的稀释剂，以增加炉渣的流动性，便于排渣。萤石中的氟化钙含量为85%95%。氟化钙的熔点为1330，萤石的熔点约为10001200，其熔点随着氟化钙的含量多少而变化。氟化钙是中性化合物，它既可稀释酸性炉渣，也可系是碱性炉渣，可以显著地降低炉渣的熔点，从而顺利地排除炉渣。实践表明，炉况过粘或炉内存渣过多，加入萤石后，能排出大量流动性良好的炉渣。一般是在出炉前半小时加入萤石，效果较好，不宜过早地加入。加入萤石后显著地降低炉渣的熔点，不利于提高炉温，反而使炉温下降。并且流动性