(2025年)通威工业硅考试及答案

(2025年)通威工业硅考试及答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.工业硅生产中，硅石的主要成分是（）A.SiO₂B.Al₂O₃C.Fe₂O₃D.CaO答案：A2.以下哪种还原剂不属于工业硅生产常用还原剂？（）A.木炭B.石油焦C.无烟煤D.石灰石答案：D3.矿热炉冶炼工业硅时，电极插入深度过浅会导致（）A.炉底温度过高B.电耗降低C.炉面翻渣D.硅产量增加答案：C4.工业硅产品中，“Si-5530”牌号表示（）A.Si含量≥99.5%，Fe≤0.5%，Al≤0.3%，Ca≤0.0%B.Si含量≥99.5%，Fe≤0.5%，Al≤0.3%，Ca≤0.1%C.Si含量≥99.5%，Fe≤0.5%，Al≤0.3%，Ca≤0.2%D.Si含量≥99.5%，Fe≤0.5%，Al≤0.3%，Ca≤0.3%答案：B5.工业硅冶炼过程中，还原反应的主要温度区间是（）A.800-1000℃B.1200-1400℃C.1600-1800℃D.2000-2200℃答案：C6.硅石中Al₂O₃含量过高会导致（）A.产品硅中Al含量降低B.炉内熔渣黏度减小C.电耗增加，炉底上涨D.硅液流动性增强答案：C7.矿热炉电极糊的烧结温度范围通常为（）A.200-400℃B.400-800℃C.800-1200℃D.1200-1600℃答案：B8.工业硅浇铸时，模具表面涂刷的主要材料是（）A.石墨粉B.水泥C.石英砂D.氧化铝粉答案：A9.以下哪种情况会导致工业硅产品中Fe含量超标？（）A.硅石中Fe₂O₃含量过低B.还原剂灰分中Fe₂O₃含量过高C.电极消耗过快D.炉温偏低答案：B10.矿热炉短网的作用是（）A.提高功率因数B.降低二次侧电流C.减少电能损耗D.增强电极强度答案：C11.工业硅冶炼中，CO气体的主要产生阶段是（）A.炉料干燥预热期B.硅石还原成SiC期C.SiC与SiO₂反应提供Si期D.硅液出炉期答案：C12.硅液精炼时，通入氯气的主要目的是（）A.增加硅液温度B.去除硅中的B、P杂质C.提高硅的导电性D.减少硅液氧化答案：B13.矿热炉炉衬侵蚀的主要原因是（）A.高温硅液的冲刷B.熔渣的化学腐蚀C.电极振动D.炉料下落冲击答案：B14.工业硅生产中，吨硅电耗的计算公式是（）A.总用电量/硅产量（kWh/t）B.有功电量/硅产量（kWh/t）C.无功电量/硅产量（kWh/t）D.视在电量/硅产量（kWh/t）答案：B15.以下哪种现象属于正常炉况？（）A.电极周围均匀冒白烟，炉面温度均匀B.电极频繁上抬，炉面局部剧烈刺火C.硅液出炉时颜色发暗，流动性差D.炉底温度持续下降，出硅量减少答案：A16.硅石的吸水率过高会导致（）A.炉料透气性改善B.炉内水分蒸发吸热，电耗增加C.硅石还原性增强D.熔渣碱度降低答案：B17.工业硅中Ca含量主要来源于（）A.硅石中的CaOB.还原剂中的CaOC.电极糊中的CaOD.炉衬材料中的CaO答案：A18.矿热炉变压器档位调整的依据是（）A.电极长度B.炉料粒度C.二次电压与炉况匹配度D.硅液温度答案：C19.工业硅浇铸后冷却时间不足会导致（）A.产品表面裂纹B.硅含量降低C.杂质偏析减少D.金属光泽增强答案：A20.以下哪项不属于工业硅生产的主要原料？（）A.硅石B.还原剂C.电极糊D.纯碱答案：D二、判断题（每题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）1.工业硅的硅含量越高，产品等级越低。（）答案：×2.矿热炉冶炼工业硅属于放热反应，无需外部供热。（）答案：×3.硅石粒度越细，越有利于还原反应进行。（）答案：×4.电极糊的挥发分过高会导致电极软断。（）答案：√5.工业硅中的杂质主要以单质形式存在。（）答案：×6.炉面操作中，及时捣炉可以改善炉料透气性。（）答案：√7.硅液出炉温度越高，产品质量越好。（）答案：×8.还原剂的电阻率越高，越有利于炉内热量分布。（）答案：√9.工业硅浇铸时，模具需预热至100-200℃。（）答案：√10.矿热炉短网阻抗越大，电能利用率越高。（）答案：×三、简答题（每题8分，共40分）1.简述矿热炉冶炼工业硅的基本原理。答案：矿热炉通过三相电极向炉内输入低压大电流，电流通过电极与炉料间的电弧及炉料本身的电阻产生高温（1600-1800℃）。硅石（SiO₂）与还原剂（木炭、石油焦等）中的碳发生还原反应，首先提供中间产物SiC（SiO₂+3C=SiC+2CO↑），随后SiC与剩余SiO₂反应提供单质硅（2SiO₂+SiC=3SiO↑+CO↑；3SiO↑+3C=SiC+2CO↑；最终SiO与SiC反应提供Si：SiO+SiC=2Si+CO↑）。反应提供的硅液沉积于炉底，定期排出即为工业硅。2.列举工业硅生产中还原剂的选择标准。答案：（1）固定碳含量高（≥75%），减少灰分带入杂质；（2）灰分低（≤10%），尤其Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO等杂质含量低，避免影响产品质量；（3）电阻率高，有利于炉内热量分布和电极插入深度控制；（4）反应活性好，促进还原反应进行；（5）机械强度适中，保证炉料透气性；（6）水分低（≤8%），减少炉内水分蒸发吸热。3.分析工业硅产品中Al含量超标的可能原因及解决措施。答案：可能原因：（1）硅石中Al₂O₃含量过高（＞1.5%）；（2）还原剂（如烟煤）灰分中Al₂O₃含量高；（3）炉温偏低，Al₂O₃未充分还原进入熔渣；（4）炉渣碱度（CaO/SiO₂）过低，熔渣对Al₂O₃的溶解度下降。解决措施：（1）更换低Al₂O₃含量的硅石（控制≤1.2%）；（2）选用低灰分、低Al₂O₃的还原剂（如木炭替代部分烟煤）；（3）提高炉温（通过调整电极插入深度、增加有功功率），促进Al₂O₃还原为Al并进入熔渣；（4）适当添加石灰（CaO）提高炉渣碱度（控制0.3-0.5），增强熔渣对Al₂O₃的吸收能力。4.简述矿热炉炉况异常“刺火”的现象、原因及处理方法。答案：现象：炉面局部区域突然剧烈冒火，火焰高且明亮，伴随大量烟尘，炉料烧结成块，透气性变差。原因：（1）电极插入深度过浅，电弧集中在炉面，局部温度过高；（2）炉料配比不当（如还原剂不足），SiO₂未完全还原，在炉面与碳反应提供CO并剧烈燃烧；（3）炉料粒度不均，细粉过多导致透气性差，气体排出不畅；（4）炉内料层过薄，无法有效覆盖电弧。处理方法：（1）适当下放电极，增加插入深度（一般控制在600-800mm），将电弧区下移；（2）调整配料比，补充还原剂（如增加木炭或石油焦用量），确保SiO₂充分还原；（3）筛除炉料中的细粉（控制＜5mm颗粒占比≤15%），改善透气性；（4）加厚炉面料层（保持料面高于电极夹持器100-200mm），覆盖电弧；（5）对刺火区域进行捣炉，破坏烧结块，促进气体均匀排出。5.工业硅浇铸过程中需控制哪些关键参数？简述其影响。答案：（1）硅液温度：控制在1450-1550℃。温度过高会导致模具烧损加剧、硅液氧化严重；温度过低则硅液流动性差，易产生夹渣、缩孔。（2）浇铸速度：控制在50-80kg/min。速度过快易导致硅液飞溅、模具内气体排出不畅（形成气孔）；速度过慢会使硅液提前凝固，影响成型。（3）模具温度：预热至100-200℃。温度过低会导致硅液快速凝固（表面裂纹）；温度过高会延长冷却时间（降低生产效率）。（4）冷却时间：自然冷却4-6小时。冷却不足会导致内部应力过大（产品开裂）；冷却过长会占用模具（影响周转率）。（5）模具涂层厚度：石墨粉涂层厚度0.5-1mm。过薄易粘模（产品表面粗糙）；过厚会影响硅液传热（冷却不均）。四、综合分析题（每题15分，共30分）1.某工业硅厂月产量1200吨，总用电量1440万kWh，硅石消耗1.95吨/吨硅，还原剂消耗0.55吨/吨硅，电极糊消耗18kg/吨硅。已知硅石中SiO₂含量98%，还原剂固定碳含量80%，计算：（1）吨硅电耗；（2）硅石理论消耗量（SiO₂还原成Si的理论转化率按90%计算，Si原子量28，O原子量16）；（3）分析实际硅石消耗高于理论值的可能原因。答案：（1）吨硅电耗=总用电量/硅产量=1440万kWh/1200吨=12000kWh/吨。（2）Si的摩尔质量28，SiO₂摩尔质量60。生产1吨Si需SiO₂的理论量=（1000kg×60/28）/0.9（转化率）≈2381kg≈2.381吨。但实际硅石中SiO₂含量为98%，故硅石理论消耗量=2.381吨/0.98≈2.43吨/吨硅（注：此处需明确理论转化率是指SiO₂转化为Si的比例，若题目中“理论转化率90%”指Si的实收率，则计算为：1吨Si需纯SiO₂量=1000kg×（60/28）=2142.86kg，考虑90%转化率，实际需纯SiO₂=2142.86kg/0.9≈2381kg，硅石理论消耗量=2381kg/0.98≈2.43吨/吨硅）。（3）实际硅石消耗（1.95吨/吨硅）低于理论计算值（2.43吨/吨硅），可能原因：①硅石中SiO₂实际含量高于98%（如99%以上）；②还原剂过量，SiO₂还原更彻底（转化率高于90%）；③炉况优化（如电极插入深度合理、炉温稳定），减少了SiO的挥发损失；④计量误差（如硅石计量偏轻或硅产量统计偏高）。2.某工业硅炉近期出现日产量下降（从80吨降至65吨）、电耗升高（从11800kWh/吨升至12500kWh/吨）、产品Si含量从99.3%降至98.8%的现象。结合生产实际，分析可能原因并提出改进措施。答案：可能原因分析：（1）炉况恶化：①电极插入深度过浅（电弧上移，炉内高温区缩小），导致SiO₂还原不充分；②炉料透气性差（细粉过多或还原剂配比不当），CO气体排出受阻，热量利用效率降低；③炉底上涨（因Al₂O₃、CaO等杂质积累），有效熔池体积减小，硅液产量下降。（2）原料质量波动：①硅石中SiO₂含量降低（如从98%降至96%），需更多硅石才能生产等量Si，但实际配料未调整；②还原剂固定碳含量下降（如从80%降至75%），还原能力不足，SiO₂未完全反应；③硅石或还原剂水分增加（如从5%升至8%），炉内水分蒸发吸热，电耗上升。（3）操作参数异常：①变压器档位偏低（二次电压不足），无法维持足够炉温；②电极压放不及时（电极过短），电流输入不稳定；③出炉间隔延长（硅液在炉内停留时间过长，部分Si被氧化）。改进措施：（1）优化炉况控制：①调整电极插入深度至600-800mm（通过下放电极或增加压放量），确保电弧区位于炉料深层；②加强炉面操作（定期捣炉、清理烧结块），改善透气性；③检测炉底温度（若上涨），通过调整炉渣碱度（添加石灰）或阶段性排渣降低炉底高度。（2）严控原料质量：①检测硅石SiO₂含量（若低于97%则更换批次），按实际含量调整配料比；②对还原剂进行工业分析（固定碳、灰