工业硅生产常识问答

1、1、硅的主要物理化学性质有哪些答：硅的主要物理化学性质如下：原子量：28.086 比重：2.34g/cm3熔点：1413 沸点：3427比热：（25时）4.89卡/克分子·度比电阻：（25时） 214000欧姆·厘米纯净结晶硅是一种深灰色、不透明、有金属光泽的晶体物质。它即不是金属，又不是非金属，介于两者之间的物质。它质硬而脆，是一种良好的半导体材料。硅在常温下很不活泼，但在高温下很容易和氧、硫、氮、卤素金属化合成相应的硅化物。硅与氧的化学亲合力很大，硅与氧作用产生大量的热，并形成SiO2：Si+ O2= SiO2H298=-210.2千克/克分子二氧化硅在自然界中有两种存

2、在形式：结晶态和无定形态。结晶态二氧化硅主要以简单氧化物及复杂氧化物（硅酸盐）的形式存在于自然界。冶炼硅所用硅石，就是以简单氧化物形式广泛存在的结晶态二氧化硅。结晶态二氧化硅根据其晶型不同，在自然界存在三种不同的形态：石英、鳞石英、方石英。这几种形态的二氧化硅又各有高温型和低温型两种变体。因而结晶态二氧化硅实际上有六种不同的晶体，各种不同的晶型存在范围、转化情况，随压力温度的变化二氧化硅的晶型转化不同，不仅晶型发生变化，而且晶体体积也随着自发生变化。特别是从石英转化成鳞石英时，体积发生明显的膨胀，这就是硅石在冶炼过程中发生爆裂的主要原因。结晶的二氧化硅是一种硬、较脆，难熔的固体。二氧化硅的熔点

3、为1713、沸点为2590。二氧化硅的化学性质很不活泼，是一种很稳定的氧化物。除氢氟酸外、二氧化硅不溶于任何一种酸。在低温下比电阻很高（1.0×103·cm），但温度升高时，二氧化硅的比电阻急剧下降，当温度升至2000时，二氧化硅的比电阻只有（100·cm）。硅与氧在自然界中普片存在的形式是二氧化硅。但是，在一定条件下，将硅和二氧化硅混合加热到1500以上时，或将炭各过量二氧化硅加热到2000左右时，可获得一种挥发性很强的气态物质-氧化硅。气态氧化硅只有在高于1500时才能稳定存在。低于1500时按下列反应分解：2 SiO<1500Si+ SiO2一氧化硅的

4、挥发性很强，其蒸气压约在1890时，就达到一个大气压。一氧化硅的高挥发性硅石还原过程中起着十分重要的作用。硅与碳可以形成炭化硅（SiC）。纯炭化硅是种无色透明、即硬的晶体物质。工业硅生产中形成的碳化硅因含有硅、炭和二氧化硅等杂志，形成黑色或绿色两种颜色不同的晶体。炭化硅化学活性很差，但在高温下，大于1500，炭化硅能与某些氧化物强的气体作用发生分解。如在高温下遇到二氧化硅时，就能产生以下分解反应：SiC+2 SiO2>15003SiO+CO总的来说：炭化硅的主要特性稳定、难分解、高温下比电阻小，不熔于合金。在硅中只能熔解少量炭：如1725时在液态硅中可熔解0.32%炭。硅与铁形成硅铁，硅

5、与钙可形成一系列的硅化钙。硅是“工业之米，金属魔术”。2、硅冶炼化学反应进程的影响因素答：在硅冶炼二氧化硅还原成硅的化学反应过程中如何平衡温度、压力、化学成分、气象成分。从热力学角度看，所有的反应都要在体系达到平衡状态下向正反应方向进行。当然在生产的实际过程中，受综合条件的影响，必然有不同程度的波动，甚至严重打乱和偏离平衡状态。我们在这里以反应平衡状态为起点来对生产实际过程偏离原因进行分析，寻找影响有利反应的因素。在冶炼炉中，用C还原SiO2的反应如下：SiO2+C 700-1200 SiO+ COSiO+2C 1200-1500 SiC+ CO2SiO2+ SiO 1500-1800 2Si

6、+ COSiO+SiC 1800-1980 2Si+ CO在冶炼硅时，炉料从炉口加入，随着反应的进行，炉料逐渐预热下沉，温度渐渐升高，炉料在多层中的反应逐步展开，现分层分析如下：a、 SiO2-C层这一层是出于炉膛上部物料预热散料层。冶炼用炉料的配料比，每批料的C与SiO2的配比为2:1，此层温度小于1200，该层中主要凝聚相是SiO2与C共存。与其他梯阶层相比，最显著不同是有大量的C存在。低温时的主要反应以SiO形态存在。反应随着炉料下沉加热，温度升高大于1500生成SiC反应，反应随温度升高而加速。这一层反应温度不是很高，在实际生产中都能满足，加上这一层里SiO2为过剩相。所以只要在散料层

7、有一定厚度其反应就可充分进行，直到炉料中的C全部反应。b、 SiO- SiC层这一层处于SiO2-C以下，其温度大于1500，又在层界交汇处，反应物层界交汇处，反应物SiO2是上层中末消解完而沉落下来的。其化学计量数为（C/SiO2=1/3）。主要参与反应物是上层的产物SiC，随着温度的升高，相比强化。在这一层中SiC是过剩相。有SiC存在时在该温度区SiO2是非稳定相，直到将SiO2全部反应。随温度和压力的逐渐升高，为下一步Si的生成反应创造条件。由于此时反应是吸热，导致该层温度上升缓慢，因而这层不能满足Si生成的条件。c、 SiC-Si层在本层紧连着SiO2- SiC层，由于上层反应产生的

8、炉气同时充满着本层，这层离电弧区更近，故温度更高，有利于Si反应生成，温度越高反应越激烈，体系中生成的Si也越稳定。生成的液态Si从SiC表面低落下来，离开反应区。反应不断进行，直到把SiC消耗完。以上分层断分析是一个基本单元反应进行的过程。在实际的生产中，炉内在交错进行多层反应。并不是说某批料生成的SiC就一定要由该批料所产生的SiO来反应完，只不过是在反应物和产物的量上，始终保持着动态平衡，以上分析模式是一个理想模式，假定SiO全部被吸收转化，而没有损失，那么Si的回收率100%。显然这在实际生产中是不可能达到的。但是对分层的反应分析，将有助于我们对实际生产过程中反应进程的理解和找出影响化

9、学反应进程的因素。通过对以上硅冶炼反应层带的分析，下面对影响反应进程的因素分别讨论如下：a、 温度和压力的而影响大家知道满足化学正向反应的主要条件是温度和压力，根据压力、温度，结合Si-O-C绘制出平衡图。依据热力学定律：在体系中某时刻压力、温度平衡时，当体系某状态的分压比（Jp）小于平衡状态时的气相分压（Kp）时反应正向进行，当体系中某状态点的分压比（Jp）大于平衡状态时该气相的分压（Kp）时，反应向反向进行。由此可见随着温度的增高而压力跟不上，反应只能反向进行，而不能生成SiC。相反随着温度的升高，而压力平衡于温升增大的状态，反应都能顺利进行而生成SiC。也就是说体系不适当的过热，阻碍了S

10、iC送往生成，热损大效率低。实践证明，若预热带温度高，压力小，则炉况恶化，这就是冶炼过程要求“冷料面”的原因。只要保证在1980及高的平衡状态时的该气相分压值，有利于Si的生成。这就是当炉眼大喷火时产量下降的原因。b、 配比的影响我们知道理想的炉料比是SiO2：C为1:2，当偏离这一比值时，虽然不会改变温度压力的平衡，但反应产物与SiO2与SiC的相对量都发生了变化，进而影响反应的进程。如当SiO2量低于理论配比时：SiO2-SiC层，SiO量少于化学计量数1/3mol，反应达某一进度时就会终止。这是因为反应的前提条件要有SiO2存在，由于SiO2的不足，在该层中消尽。因而不能源源不断满足Si

11、的生成条件。若要达到生成条件反应，就必须提升体系的反应温度尽快下沉到大于1500以上的反应区域，达不到这个温度，SiC就积存在这一带。在实际的生产中，这种情况就是料轻涨炉底导致。当SiO2的配量多于理想配比时，在SiO2-SiC层，SiO2量大于1/3mol：对于炭化平衡来说，在这一带过多的消耗了SiC，造成后续反应的SiC量不足，同时生成更多的SiO，造成SiO损失增大。在实际生产中由于操作、硅石粒度大，将有一部分SiO2未完全反应，而成熔体渣相。具体化表现料重、刺火、渣多渣粘，增大了副反应，降低电热效率。若温高易排，温低积极垫涨炉底。特别强调的是过量的SiO2是透气性变坏的最主要的原因之一

12、。过量的SiO2增加了副反应，限制了体系温度的提高。在这里即使有Si，由于SiO2的存在，Si属不稳定相，它将再次与SiO2反应，生成SiO。c、 炉料透气性的影响炉料的透气性反应了炉料对气体排出阻力的大小、透气性越差，则阻力越大。冶炼过程中要排出大量的炉气，当排气受阻时，所排出的气体就要反过来对体系形成一个附加压力。然而炉料的透气性越差，体系中承受的压力越大。只要生成物与反应物之间体积存在差异，体系压力就会对反应产生影响。由于反应的产物的体积较其反应物扩大约4倍左右，所以当有附加压力存在时，将使反应严重受阻，形成Si生成条件温度提高。实际生产表明，当炉膛内压力过大时，炉况差，且难于控制，其原

13、因就在于此。因此在生产过程中十分注重炉料的透气性，千方百计加以改善。d、炭质还原剂水分的影响还原剂中的水份在SiO2-C层与SiO2-SiC层或蒸发或离解，大多以气体的形式存在和排出，因而易造成体系中分压发生变化。当水份含量较大时分压值变化相当明显，特别是SiO2-C层和SiO2-SiC层，由于蒸发离解反应带走大量的热，给下步反应温度带来的不足，造成亏热现象，降低反应速度和产能。据相关资料介绍，炉温每降低10，反应速度降低1%。e坩埚大小的影响“坩埚”系指炉料通过率高，容量大，透气性良好的反应区，从气体存纳的角度看，“坩埚”区即为体系气相有效地存贮库。“坩埚”区大，气体的体积则大，体系压力就小

14、，有利于反应正向进行，进而降低硅的生成温度，强化反应和冶炼容量。相反，当“坩埚”区缩小后，无论配比怎样准确，操作如何到位，炉子总是烧不好，如刺火，电极变浅，产量低，电耗高，质量差，实践中同样的炉料，同样的配比，同样的操作，投入到不同的两座容量能力相同的炉子，其中一个“坩埚”大，一个“坩埚”小，其结果就是“坩埚”大小的差异，导致体系压力不同，造成反应能力强弱，形成差距极大结果。f、铁的影响在硅冶炼过程中铁参与使C还原SiO2的反应顺利进行。而且实践表明硅铁生产中Fe含量越高，冶炼越易进行。这是因为当液态Si和液态中的Si都以纯物质为标准时，反应平衡常数只是温度和函数关系：Fe的熔点易提前生成Fe

15、的化合液相，硅的生成温度随之下降，降低了Si冶炼的烧成温度，大大有利促进反应正向进行。比如当硅铁含硅20%左右时，甚至用一般高炉可冶炼，根据这一现象，在硅铁生产中为了有效破坏炉底积存的SiC，采用变换生产含铁较高的品种，如生产75硅改产50硅铁。Fe可降低烧成温度，有利于化学反应的顺利进行。但Si产品中的Fe含量过高是不允许的。总之，我们针对硅冶炼的化学反应进程的分析，讨论和了解，特别是对主要影响化学反应因素的讨论，可使我们进一步深入从源头弄清楚诸多不利影响炉况变化的实质，从而来指导我们的工艺，通过调整生产操作整体把握生产工艺全过程，达到稳产、高产、低消耗的目的。3、硅产量、质量、消耗主要指标

16、取决于什么？答：它取决于原材料的质量和稳定性、设备先进配置、工艺参数的先进性和冶炼工艺操作及参数的选用与其相互之间合理有效地紧密结合。金属硅生产可分为三大要素：要素一（硬件）是原料、供电质量、设备、工艺参数的合理使用。要素二（软件）是必须具备较高的工艺、技术操作水平和维护保养检修水平。要素三(保证)必须要有较高素质的管理人才和科学的管理水平。“三要素、三水平”必须和谐统一。也就是常说的“原料是基础，设备是保障，操作是关键”。4、产一吨硅耗理论硅石是多少？ 答：在冶炼过程中，提供SiO2的主要来源于硅石碳质还原剂，灰分中提供的SiO2是忽略不计，则生产一吨硅需硅石的理论耗量为X：X=1·

17、;（SiO2/Si）=1·（60/28）=2.14吨/吨-硅5、配料提供烧损的炭量如何计算答：硅冶炼的过程中受热停炉、水份、操作技能、炉况变化的影响，当炉料要补炭量时可根据炉型的大小，功率高低，缺炭的现状而取不同的值范围13-15%（粉尘中带走的固定炭7-8%）。6、生产一吨硅需要投入多少炭量答：设一吨硅所需配炭量为X，根据其反应方程式：因为SiO2+2C=Si+2CO 24/x 28/1 所以X=（24×1）/28=0.857吨7、为什么常说两个炭原子还原一个硅原子答：因在硅冶炼的进程中，进入反应区的物料的配合分子比等于2。才能保持化学反应的平衡，不出现过剩的SiC和Si

18、O2，炭与SiO2的分子比大于2小于3会出现过多的碳化硅，小于2会出现过多的氧化熔渣，将造成炉底上涨，坩埚的收缩，炉况的恶化，周期变短。8、碳质还原剂灰份对硅冶炼有什么影响答：碳质还原剂中的杂质主要来源于灰份和杂物，全部由氧化物组成。在冶炼的同时，各氧化物也被还原，即消耗电能、热能、又要消耗碳素原料，而且还原后的杂物融入硅中，降低硅的纯度，影响产品质量。据资料介绍，炉料中每增加1%灰份，要多耗电60KW·H左右。9、碳质原料挥发份对硅冶炼的影响答：关于碳质原料中的挥发形态，是游离态，没有适当准确的分析方法，所以不能明确肯定。单从挥发元素来看，可以推出是一些脂肪族饱和物。如，甲烷、焦油

19、气态物之内的物资。在碳质原料中，一般含有20-30%的氧在炉内与温度极高的电极反应，使电极消耗增加，同时造成烟罩、水圈、铜瓦反应腐蚀变形。有10-15被碳化，使碳质原料的效率降低，易造成刺火，热损增加，操作环境恶化，产能降低。10、碳质原料粒度对硅冶炼的影响答：硅冶炼对碳质还原剂的电阻率要求要大碳质原料在各种不同的粒度下，其电阻相差很大，一般来说粒度小，电阻大，有利于电极的深埋，有利于电炉热工制度的稳定，有利于反应速度的加快。反之粒度大，电阻小，炉内的支路电流增强，电极易上抬，对冶炼操作不利。原则上要求原料的活性要高，电阻大气孔率高，保证炉气上升容易的碳质原料的粒度。我司对碳质原料粒度要求：木

20、炭：40×40mm 石油焦：8-14mm 精煤：8-14mmm原煤：14-18mm 木块：50×50×50mm11、硅石粒度对硅冶炼的影响答：入炉硅石要有一定合理配比的粒度，粒度是冶炼中的一个重要因素，粒度过大接触面积变小，反应慢而不彻底，造成炉底氧化物过剩涨炉底。粒度过小，炉料的透气性变坏，反应速度过快，炉料发粘，导电性增强，烧失量大，回收率低。另外硅石的粒度对操作电阻有直接关系，炉料中电阻系数随硅石粒度的增大而下降。生产中我司对硅石粒度及配合比是：20-40mm<15% 40-80mm>75% 80-100mm<10%12、硅石中杂质对硅冶炼

21、的影响答：硅石中杂质对硅生产时十分有害的，造成硅石中的SiO2含量较低，其它有害氧化物Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、P2O5.含量相应较高，他们在炭热反应中结成稳定的化合物（熔渣）时则需要更高的反应温度，由此电能、还原剂都会增加，炉况变差。生产中要求硅石的杂质含量要低。当炉料在炉内反应生成硅时，同时各种有害杂质也在进行如下反应：SiO2+2C 1500 Si+2CO（吸热）1137千卡Fe2O3+3C 730 2Fe+3CO（吸热）1108千卡Al2O3+3C 2160 2 Al+3CO（吸热）1291千卡MgO+2C 800 Mg+CO （吸热）116千卡CaO+2C 850 Ca

22、+2CO （吸热）130千卡因此在冶炼过程中多有消耗电能、热能、还原剂，所以对冶炼硅石要求杂质越低越好，清洁无杂质，硅石水洗、精选杂石入炉是金属硅冶炼、节能、降耗的重要措施。13、精煤还原剂的理化性质及作用精煤是洗煤厂根据生产厂家提供的相关经济技术指标，经机械富选、精洗配制的低灰分烟煤。通过苏联恩科夫在硅冶炼运用实践成功后目前的我国广泛应用。由于精煤的独特属性性质，一是发热量高（QDW>6000大卡/kg）有助于炉温的提高，经实验证明可降低电耗6.2%，硅石单耗减少500kg/T（煤用量0.45T/T-硅）。二是重金属成份较多、溶剂元素多、矿化物大，有利于炉料的烧结，是炉料烧结性能的调整

23、剂。三是反应能力强，电阻大，有利于产量的提高。但烟煤含氧化铁、氧化铝，几乎是油焦的5倍，木炭的10，对产品质量影响明显。使精煤时炉料的下沉速度慢，这使还原剂的水份、挥发份更能充分地从料面逸出，可使加料工作时间减少25%左右，并提高炉料的透气性。14、工业硅用木炭应满足哪些要求答：根据苏联TOCT7657-58标准：要求工业硅用木炭应满足如下基本要求：水份<10%，挥发份<20%，灰分<3%，杂质总和<2%，粒度<40mm，粒度小于25mm<5%15、碳质还原剂最佳配合比的应用答：作为硅冶炼对还原剂使用的碳质材料，应满足：反应能力强、机械强度高、孔隙率高、电阻

24、大、灰分低、价格便宜等要求。生产经验表明木炭、石油焦、低灰煤以及木块等都具有这些性质，但是没有一种能独立完全满足硅冶炼对还原剂的要求。只有科学合理地把这些材料按各自不同的属性组合成最佳配合使用，才能创造出硅还原过程所需的最佳条件。16、碳质还原剂在硅冶炼中的最佳配合比确定答：在长期的硅冶炼的实践和研究的基础上，选择和确定炉料的配合比，还原剂的最佳组成，其特点是最大限度的利用活性还原剂（木炭、低灰烟煤）限制石油焦数，以基本弄清，为了降低电耗，提高产量，必须的混合还原剂的使用中使各组炉料组分保持一定合理科学的比例关系，最佳炉料配比（按应用基的固定碳计算）。原料名称配料比中性值硅石200kg木炭35

25、-40%38精煤40-45%42油焦15-25%20 17、硅石粒度与比电阻关系 答：经实验结果证明，随硅石粒度从10mm增大到40mm，炉料的电阻极具下降。而进一步在增大粒度从40mm-100mm电阻变化则较小。同时SiO的生成速度与硅石粒度关系也具有类似的特性。由于必须保证在熔炼过程中使SiO损失尽可能减少，所以硅石的粒度不小于40mm（下限），在确定配电制度时应考虑到使用大粒度硅石炉料电阻下降因素。最佳粒度控制在40-100mm为宜。但由于加工、破碎、购进小于40mm大于100mm硅石粒度的比例较大，从成本节约角度我司对硅石粒度作出如下要求：20-40mm：15%，40-80mm：75%

26、，80-10mm：10%18、木炭还原剂对硅冶炼作用及特性答：木炭是木材在350-450，经隔绝空气条件下，通过热分解制的产物。木炭的质量取决于木材的种类、木材自身的质量，木炭反应能力强、孔隙率高、其纵横细孔可增大氧化硅与还原剂的接触面积，因而加速还原过程。木炭的堆密度为0.22-0.24t/m3，孔隙率为79-83%，灰分含量0.5-3.5%，其导电系数低（电阻高）几乎是任何一种焦炭的1/10。特别是木炭灰分中含有一定量的Na2O和K2O,经炭化作用后能形成流动性良好的熔渣，易同硅液排出，有利于坩埚壁的保持，弧柱的稳定，周期的延长。19、石油焦在硅冶炼中的功能作用答：石油焦是用重热裂渣分解（

27、在450-700下的石油精制之后）炼焦制得的副产品。在垂直加热反应罐中延迟焦化方法的制取石油残留的渣。油焦质量和性质取决于天然原料的质地，焦化速度和温度以及焦化条件。在硅冶炼过程中由于木炭是一种可息资源，且价格高，为了降低还原剂的费用，提高产品质量，在生产中用部分石油焦代替部分木炭用量。在操作中常把油焦作炭量的调整剂，且量大，波动大，可达50%，时至100%。其使用数量取决于生产过程的动力参数，操作技能经验及炭质还原剂供应情况。在所有还原剂中石油焦的灰分是最低的（<0.3%），有助于产品质量提高，但反应能力它次于木炭和煤，孔隙率仅次于木炭（46%）。但是在有条件情况下，不宜全焦工艺或高焦

28、工艺，因石油焦的导电性太强，而且反应能力差（不活泼）比电阻小，提前结晶，启用程序是：木炭-精煤-石油焦。20、怎样形象描述坩埚答：硅炉冶炼的坩埚好比浸泡在水里的毛笔头，电极好比毛笔杆，当笔杆适当下插时，毛笔头缩短而均匀散开，直径扩大了；当笔杆向上提升时，毛笔头将伸长头靠拢直径缩小了。21、什么叫坩埚答：矿冶炼在正常生产情况，三相电极的下端与炉底之间形成的高温反应区空腔，形成圆屋顶，称为坩埚。此区的温度最高，故其导电性强，外部各层的导电性则依次降低。22、什么叫坩埚壁答：在熔炼过程中炉料每当塌料时，我们直接可见塌料的好坏？沉料的多少？所形成时大时小的空腔叫坩埚壁。由于他的直观可见性我们通常以它的

29、大小来判断坩埚的大小。23、什么叫工作端答：硅炉输电的最终导体是电报，当表露在铜瓦以下的电报长度统称工作端。但它可分为埋入部分称之为有效工作端，露出料面至铜瓦部分称之为无效工作端。24、捣炉有几种方法答：硅冶炼的捣炉操作是一项十分重要的操作规程方法。可称为： 深捣，浅捣，彻底捣25、捣炉的目的是什么？答：在冶炼的过程中，必然实施捣炉操作，其目的是： 沉料，扩大坩埚壁，破坏炭化硅，改善透气性26、捣炉有什么具体要求答：捣炉时的捣炉要求有： 适时捣炉，准确捣炉，快速捣炉，有效捣炉，彻底捣炉，严禁压料27、在硅冶炼过程中的水份转化答：在运行中的炉料中带入的水份，在高于100时被蒸发；200时的炉料中

30、心的水份被全部蒸发掉；400左右化学水被排除。同时分离出的水蒸气在热气中分解，生成氢和炭的氧化物或二氧化碳气体。水蒸气的挥发消解要消耗一定的热量。因此理论上要求入炉炉料的水份<10%，不准向炉内添加过湿的炉料，以及炉子的循环水冷系统都是不允许的。28、硅炉运行时炉气、粉尘、成份比例答：在硅炉运行时对功率为10000KVA的数据，在24小时测出，排出的气体量1.0×105m3/H左右，炉气的平均组成是：CO：88.6%，CO2：4.85%，CH4：1.42%,H2O：8%,N2：2.6%，H2:1.97%。炉气中含有大量的粉尘中的SiO：80%，Al2O3:4%、Fe2O3:1.

31、6%,CaO:1.6%,固定炭7-8%，在正常情况下炉气中粉尘的平均量为1.4-1.8g/m3，根据物料平衡算出，气体占全部熔炼产物65-70%，而硅产品25-28%。熔渣23%。29、硅冶炼过程的热收入、热支出答：经熔炼时的热平衡计算表明，电能形式的热收入约占69-72%，而炭被氢在物氧化放出的热约占所需全部热量的17%，其余的热是炉料热和熔炼中形成化合物时放出的。热支出由以下各项构成：还原氧化物消耗的热占69-72%，熔体硅带走的热4-6%，熔渣带走的热占0.2-0.3%，气体带走的热占4-6%，炉体的保温散热占2-4%，炉面上部炉口散热占9-12%，电热损占10%左右。据有关资料介绍：炉

32、温每降低10，反应温度降低1%。30、炉料的组成对硅生产有何影响答：在生产配方过程中，硅石与炭原料的组成，配炭量、冶炼炉料的配合比正确与稳定，对于电炉的大小，又取决它的粒度的大小。碳质还原剂原料，除主要提供固定炭含量外，它的活性、粒度、反应结合性能、亲合力、电气性能都是决定碳质原料的主要指标。反应能力强的还原剂在短时间内能充分利用和捕集矿石中的有用因素，确保回收率的提高。反之炉况被动、产量下降、成本增高（一般情况下还原100kg硅石需40kg固定炭）。31、硅冶炼时物料熔化过程答：当电炉运行时，电极通电，在电极周围的炉料层中形成坩埚。电极所处的部位通常是高功率密度区域。由于电炉中的电热功率分布

33、是很不均匀的，且是动态曲线，因此温度分布也就很不均匀。在生产中的电极应当是中埋，这时的工作电阻相对稳定，电热功率比较稳定，炉料的热转换平稳，各部都能加热。熔炼中的炉料加热和电热转换同时在各产层中进行。属内热源加热、热阻小、热效率高。一般热效率在0.6-0.8范围内。物料的熔化是电热转换和热传导，热效率的综合效果的具体体现，硅冶炼时以电弧热为主的物料熔，炭化过程。32、冶炼时炉料的烧结分类及判断答：炉料的烧结分类可分为松散-烧结-烧结强（弱、中、强）三种类型。松散的特种具体表现为炉料松开发散、黑而不粘、刺火频繁、炉料不熟。烧结的炉料具体表现为：炉料能烧熟烧透，表面发红成乳白色，无刺火现象，烧成时

34、间均匀合理，塌料前有电流走高表现。塌料有少量的大块熟料，经拨料馋冲撞后破裂。烧结性强的炉料具体表现为：炉料烧成时间较长，料面局部刺火成亮白色，塌料前电流明显增高，塌料后有顶电极现象，炉料发粘，自动下沉差，出现大块熟料用铲拨料铲冲击不碎、且粘糊。33、硅冶炼配料的固定碳应以什么基为准答：长期以来很多生产厂家都启用对碳质还原剂的固定碳分析基的结果来指导生产配方。执行的是GB212-77的计算方法FC=100-(挥发份-灰分-水分)这只是分析基的结果，他没有考虑到挥发份、灰分在应用中的水份的附着水，给生产配方带来误导。必须在化验分析结果出来后，将分析基按下列公式换算：应用基碳质样和灰分挥发份： xy

35、=xf·（100-wy/100-wf)式中：xy-应用基样的灰分、挥发份%； wf-分析基样的水份%； wf-应用基样的水份%； xf-分析样的灰分、挥发份%。以可用化验得出的直接分析结果，带入下式换算：（应用基）CY=(1-水份%)×（1-挥发份%-灰分%）×100其结果的固定炭（CY）是应用基的固定炭含量可直接指导生产配方。34、为什么冶炼炉面要刺火，何原因答：在金属硅冶炼的进程中，炉面刺火时一种常见的正常现象，因为在硅炉运行时由于电能的热转换，碳化热的作用下要产生大量的炉气，据测试10000KW·H的功率输入，在一小时内产生且排出的气体量是10&#

36、215;104，如此大的气孔无孔不入，孔隙率大的部位就将形成刺火。这是我们生产工艺和操作必须加以控制和避免的。造成刺火的原因有： 电极工作端变浅，坩埚变小； 捣炉沉料不彻底，局部空腔； 配料操作不当，炉料松散； 严重偏加料，反应不一； 炉料透气性变坏，孔隙率低； 生料层厚度不均匀，料型不饱满； 引火操作不当，变成放火； 捣炉操作压料，烧懒料； 炉料严重偏重，压力不一；35、停炉炉膛大量防水冷却危害有哪些答：硅生产的中途和长时间停炉，是生产厂家常遇见的正常现象，但大量的注水冷却是不对的，是一种恶劣的破坏行为。适当的放水冷却，确保不渗透炉衬材料，抓时间、抢进度也是必要。大量注入水强行快速冷却将造成

37、如下危害： 大量的放水急冷，渗透到炉衬材料后产生的水解压力，破坏了炉衬材料的强度与结构。同时大量的高温蒸汽潮解电极和设备，严重时造成烧穿事故。 缩短炉体的使用寿命和周期。 严重破坏炉体的保温效果，降低电热效率和产能。 造成除尘系统的主管道，一级旋风除尘主风机叶轮除尘室的玻璃纤维袋大量水蒸气体进入，吸附作用后，增大运行阻力，降低除尘效率和收尘效果。 在恢复生产时增大电耗和电极消耗，造成电极断裂事故的可能。36、如何正确实施快速酸、碱综合干烧洗炉答：我们知道在硅冶炼达一定周期后都要进行干烧来调整坩埚，深埋电极，突击排渣。而硅冶炼炉料的主要性质属酸性物质，如：硅石和所配用的碳质还原剂，改善透气材料木

38、屑，以及大量的炭氢混合物，经反应作用后产生成少量的Fe、Al、Ca、Ti、Mg、Na、K形成一定量的碱性化合物，沉积在炉底是应经干烧尽可能全部排出。干烧一般都实行收料干烧，当炉料烧空一定要及时调整前4小时工作电压，选择高电压，并在2小时前间断的向炉缸内均衡投炭质还原剂（以油焦为主）。进行炭化酸洗，以扩坩埚壁为目的。3小时可分别向各相投入准备好的碱性物质石灰石50kg，共计150kg左右，半小时后在补炭质还原剂前酸洗，达4小时后再重复投石灰石的操作，同时打开炉眼放出硅液并调整工作电压选择低3档左右，出炉时间约80分钟堵眼。5小时在投炭质还原剂酸洗，6小时内投同量的石灰石碱洗，7小时投炭质还原剂酸

39、洗，8小时在投同量的石灰石进行最后一次的碱洗，7小时并同时打开炉眼放出硅液直到断流堵眼。一般酸、碱综合干烧洗炉在8小时内完成，石灰石用量约0.8T左右。干烧过程特别强调：对炉底的保护，电极的保护和材料程序及方法、设备的保护。处理好效果与进度关系。37、冶炼过程中如何对水圈。铜瓦保护答：在硅冶炼生产过程中，生产率的提高，很大程度上取绝于设备运转率的保证，尽可能减少热停炉和二次启炉，而造成热停炉的主要原因。一是水圈漏水；二是铜瓦打弧漏水；三是循环水的渗漏。这就不得不要求我们在工艺要有制度，操作上要规程。然而工艺要求料面距铜瓦要大于200mm，严格控制铜瓦根部刺火，防止高温对铜瓦、水圈的直接炭化和氧

40、化的危害。始终保持铜瓦水圈不被炉料和炉气粉尘包裹，增加了电耗导电性增强，降低循环水冷却效果及铜瓦、水圈的散热，造成循环水量不足产生蒸汽，供水断流事故，和铜瓦打弧。要求在捣炉操作时严禁用捣炉机刮电极上的粘料和捣炉杆绝缘不好碰撞铜瓦和水圈产生较高的短路电流击穿铜瓦和水圈，造成的漏水停炉事故。38、如何正确运用行程，保持合理的限位、工作端答：行程、限位是工艺设计的一个很重要的参数，它在运用中与相导体的合理长短、电流的强度及大小有效工作端的深浅、无效工作端的长、短、电极的氧化、电耗的高低、电极合理深埋、功率因数的提高都有着直接与间接关联。原则上工艺设计行程应>1100mm、<1250mm下

41、限位基本平炉口，最多超出100慢慢为宜。在具体操作上确保料面距铜瓦200mm的距离，最大限度的减少无效工作端，确保行程在下线位运作，每压放一次电极不能大于200mm，应勤放为宜。 39、不同还原剂有不同电阻值答：根据实验表明：在室温下接触压力4134×108Pa，粒度为0.074-0.1mm时各种碳质还原剂的分析结果和电阻值列表如下（干基）：还原剂固定炭%挥发份%灰分%电阻/ cm2石墨电极99.400.300.300.004生石油焦86.9012.500.600.020精洗煤70.3025.803.908000000木屑18.5081.000.5012000000木炭74.0023

42、.003.004000000040、如何选择确定最佳极心圆答：从硅冶炼工艺角度来看，极心圆的选择和确认是一项十分重要的因素，它的选择好坏关系到熔池功率密度强弱，主、支路电流分布合理与否、电极合理埋深，电热效率高低、热工制度的稳定、产能的提高，成本降低有着积极地决定性作用。根据实践表明极心圆的选择要结合一次供电质量，实施的工艺、炉料的组成、电极的大小、炉膛参数、操作技术和常用工作电压相结合后来确定：一般来说如900的炭素电极在工作电压相对稳定时，所产生的弧柱大小也相对稳定，弧长480-580mm。依据弧长和相与相之间的弧线顶点相切是最大的极距选择，则580×2=1160mm，弧线相交偏

43、小，弧线远离偏大。此时我们已知最佳极距为1160mm，代入以下周式经验公式：极心圆=（电极直径+极距）/2.733× 式中：-圆周率=3.1416 2.73-是一常数则极心圆确定为：极心圆=（900+1160×3.1416）/2.733=2370（mm）41、如何选择最佳工作电压答：冶炼生产运行时，电流的分配在炉内主要是途经两条回路：一是电弧与熔池的回路；二是炉料电阻的回路。二是炉料电阻的回路。显然他们属并联的（常说主四，支三）所以电极的电流（I电级）应等于两回路电流之和，即I电极=I料+I熔。当矿热断变压器容量一定、设备一定，其有功功率（P有），则：P有=31/3

44、3; I2U2·COS，式中I2-为输入炉内的电极电流；（二次电流KA）U2-是二次测线上电压；P有-有功功率KW。当功率一定时二次电压与二次电流成反比，炉内工作电压高时，电极电流降低，而炉料的电流变化不大。二次电流减少，就相应增大了另一并联分路上的电流（I熔降低），这样造成主回路熔池功率P熔下降。这样最佳工作电压的选择，应结合本企业和具体实际从炉膛的参数、炉料的构成，业务技能、管理和操作水平依据米库林斯基经验公式确定：即u2=（P视）1/3 u1=u2cos/(31/3)式中：K-电压系数，取6.7-7.0（大炉偏小、小炉偏大）u2-二次电压 u1-工作电压42、适当提高二次电压，

45、制定合理的配电制度答：变压器的容量一定时，提高变压器的二次电压，就意味着电损失的减少，功率因素的提高。有利于功率输入增大。对于节能、挖掘产能是有利的，但是当电炉装置的有效相电压超出合理和可控值，就会导致炉况运行紊乱、热损增大。电热效率可能反而降低。因此，为获得硅冶炼电炉的最佳电效率和热效率，这就要结合生产实际选择电炉的最佳配电制度，正确了解电炉的电气特性、工艺水平、炉膛参数、炉况与炉料性质的变化，操作技能的降低。寻求最适宜相互配套的配电操作制度，针对性选择适合的流压比值来指导配电。43、如何减少硅冶炼的副作用答：在硅冶炼生产的过程中必须促进有利于正反应进行的同时，必须有效控制副反应存在的客观现

46、实。由于副反应强大，这对冶炼过程造成紊乱，同时增加了热量损失。电炉中冶炼过程的主要副反应为：Al2O3+3C=2Al+3CO 耗16060千卡/小时Fe2O3+3C=2Fe+3CO 耗2484千卡/小时CaO+C=Ca+CO 耗5318千卡/小时由此可见，要有效控制减少硅冶炼的副作用，就必须严格控制所组成的原料的灰分含量尽可能的低，有害杂质比例尽可能小，操作的化铁，人为地污染尽可能的少。才能有效降低副反应带来的能量损失，增大正反应能量。44、什么叫短网答：短网是从变压器低压出线端到承担电极低压大电流输送设备的总称。大致为三段：第一段是从变压器出线端开始，引出墙外的一段；第二段是横跨电路之上连接

47、电极的一段；第三段是由硬母线、水冷铜管和可弯曲的软母组成。45、什么叫有效电压答：工作电极埋入炉料处对炉底的电压称之为有效电压。是指已经除去变压器和短网上的电压降以及绝缘不良造成的电压降，加上电炉负载电阻上的电压降。而有效电压、负载电阻与电极三者的关系：导体中的电流的大小与导体中两端的电压成正比，与其导电电阻成反比。符合欧姆定律I=U/R。46、什么叫高压隔离开关·答：高压隔离开关通常称为闸刀（老名叫“令克”是英语的发音）用来断开高压电源与设备之间的电路。操作时一定穿好绝缘保护方可操作。47、什么叫高压断路器答：高压断路器又叫高压开关，是高压配电装置的重要设备。其主要操作于能切断负载

48、电流及短路电流，当设备发生断路故障时，他和二次继电保护装置相配合，迅速切断故障电流，防止重大事故发生。48、什么叫互感器答：互感器是配电装置中、供测量和保护重要设备所用。其作用： 高压装置中，使测量仪表和断电保护重要设备与高压隔离，以保证工作人员及设备的安全。 与测量仪表配合，与断电器配合对电力系统和设备进行过电流、过电压、电负载等保护。 互感器可划分为电压负感器和电流互感器两大类。49什么叫电压互感器答：再生产中常用的电压互感器，是按电磁感性原理制成的，代号P·T（英文缩写）。它相当小容量的电压变压器，其特点是变比高。二次电压常设计为100伏一般用来连接电压表、功率表、电度表等仪表

49、的电压线圈。50、什么叫电流互感器答：电流互感器亦称“交流变”代号C·T(英文缩写)。也是按电磁感应原理制成，它相对于一个升压器，串联于电路，靠线路中的少量电压降，加在沿边的两端，通过它而升压降流。51、炉料电阻如何测算答：电炉在冶炼工作时，炉内电极周围的炉料层中形成电场，欧姆定律确定了导体的电阻。导体中某点的功率与其电场强度成正比，与其电流的密度成反比：即：P=E/J或E=P·J对于等截面的导体，欧姆定律具体可化为：R=U/I=P·(L/A)式中：R为炉料电阻（·m）U为端电压（伏）I为电流（A）J为电流密度（A/m2）E为电场强度（V/m）A为导体截

50、面（m2）52、冶炼过程电阻率变化，如何调节答：在硅冶炼过程中，电阻率（·m）随温度变化而变化，温度上升而下降，反而则上升，呈非线性变化。它受材料成分、粒度大小、操作电阻、欠烧、过烧影响很大。对于生产中的电炉、稳定原料成分、控制粒度、配合比、平稳操作、有效烧成、稳定热工制度调节电级埋入深度就可以改变炉料的电阻值。使用高木炭配方，这是调节电阻率和改善炉况的重要手段。53、如何运用电热转换与工作电阻答：在电炉设计时，就应以最优的工况下的参数值作为设定值。在生产中熔池的深度、大小随时变化，所以要求随时调节电极埋入的深度和炉料电阻，炉料成分的相对稳定，确保操作电阻使工作电阻稳定，以达电热转换

51、效率最佳化。以保炉况阶梯温度、热工制度和稳定性。以求电极埋入的深度等于电极埋入料层的柱面高度和球面半径之和。调节电极埋入深度，就增加了电阻和入炉功率。54、电炉的工作电流与电压答：硅冶炼工艺要求配电工要向炉内配送相对稳定的工作电流、电压，操作加料要均衡。及时升降电极来保证电炉处在最佳工况下稳定工作。是可根据炉内电热、功率和炉子功率，他们间的相互关系来确定工作电流和炉内的电热功率（KW），以达最后选择最佳的流、压比值，确保功率因素的提高。（电热功率Pt）即：Pt=3I2R×10-3 式中：Pt-电热功率I-炉内的工作电流R-炉子的工作电阻 炉内工作电压，即变压器的二次电压（副边）可根据

52、炉内的视在功率P0和工作电流来确定，所以工作电压（U） U=(P0×103)/(31/3×I)55、电炉需要的电压取决于哪两个方面答：一是取决于短网结构和一次电压质量；二是炉子的参数结构、极心圆和操作情况，在生产中工作电阻是易变的，应努力稳定最佳值，一般情况炉子的电压约与炉子生产率的平方根成比，要提高生产率，就要增大电流。而电流增大后使热效率提高，造成了电效率的下降。调整工作电压是调整电炉生产率的重要阶段。提高工作电压是适应熔池深度、大小变化、引起炉内工作电阻增大的需要。56、电炉内的电热转换答：工业硅的冶炼是通过电炉内的电能转热能，然后经热能直接加热炉料而产生的炭化反应的

53、过程，电热主要是依赖于埋弧所得。这一电炉内的电气特性是非常重要的。存在埋弧的一个重要条件是埋没电极的料层导电性不能良好。埋弧又受炉料层的厚度、阶梯尺寸、炉料的电阻、炉料的孔隙率和热转换不平衡、不均匀的影响。弧柱的大小又受很多条件的制约，在埋弧中径电弧导电靠电弧实现电热转换。所以埋弧电阻是矿热炉的重要参数。电极电阻、炉料电阻、电弧电阻使电热转换的一个理论基础。57、什么叫电弧炉答：主要是靠电弧产生热能的电炉，在电炉电极间或电极与炉料间的强电场的作用下，使存在于气体中的少量自由电子作高速定向运动，并碰撞中性分子或原子而产生大量电子或离子，生成电子火花流，就叫“电弧”，电弧温度极高可达3500以上，

54、在高温下电离得到加强，使电弧电阻是电热转换的一个理论基础。58、硅炉冷却水应符合什么条件答：对硅炉用冷却水应满足以下主要条件每升水中钙、镁离子不大于0.03mg/ml（0.03毫克当量） Ph:6-8.5 总硬度：10德国度以下悬浮物：20mg/L以下纯净、清亮、无混浊和泥沙，自身水温越低越好。59、对高温炉体、砌筑缝有何要求答：根据要求施工精细程度，而高温砌体分为若干类，各类砌体砖缝尺寸规定如下：特类砌体0.05mm类砌体1mm类砌体2mm 类砌体3mm类砌体许大于3mm转质砖砌体5mm炉底、墙砌体8-10mm筑炉用的耐火泥的最大粒径不应大于砖缝厚度的30%，而砖缝大于4mm时，其最大粒径亦

55、不应大于1.5mm。60、高温炉有效容积的选择计算答：高温炉有效容积的计算，要根据高温炉有效容积的利用系数（）和日设定的产量确定，其计算式如下：V有=P/(m3) 式中：V有-高温炉有效容积m3 P-高温炉的日产量T/日 -高温炉有效容积利用系数T/（m3·日）61、矿热电炉主要有哪些电器设备答：矿热电炉主要由特种变压器、短网、电极组成。特种变压器：要保证矿热炉的电弧深埋在炉料层中，就必须满足很低的工作电压；因此，就必须要用一种专门的矿热炉特种变压器，把系统电压大幅度的降低，当电压降低后，在同样容量下，电流必须很大，然而必须在有截面有足够大的低压馈母线，一般统称为短网（就是很短的电网），为什么要强调短？这是因为二次电流很大，即使短网阻抗很小，也产生相当大的压降，因此，再设计安装时，使电炉尽可能靠近变压器（一墙之隔）。62、电炉用特种变压器的特性及要求答：要求低电压特别低，电流特别大，通常用一个简单公式可粗略表示二次电压与变压器视在功率（S）关系：即U线=K·式中：U线-变压器二次工作线电压（伏） S-变压器的实际视在功率（千伏安） K-电压常数与产品品种有关 （K值一般为4-10左右，特别可达12-22）如果取电压系数