专利名称：全石英砂冶炼结晶硅的生产工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明属于全石英砂冶炼结晶硅的生产工艺。
结晶硅亦称工业硅或金属硅，广泛用于冶金、机械、电子、化工、船舶制造和新能源开发等工业领域。已知的生产结晶硅的方法用优质的块状硅石或块状石英为原料，用石油焦、木炭、木块和煤等为还原剂，经配料、入炉冶炼、出硅和炉外处理工序在还原电炉中冶炼。《铁合金冶炼技术操作》(1994年东北大学出版社出版)一书中对硅石的物理性能要求为硅石应具有较好的机械强度和抗爆裂性能，入炉粒度视炉子容量大小而定，一般5000KVA以上的炉子，硅石粒度为50～100mm,5000KVA以下的炉子为25mm～60mm，其中40mm～60mm中粒度的硅石应占50％以上。
《铁合金》杂志1998年1期列出了世界上生产结晶硅的主要国家如美国、原苏联、德国、瑞士和中国的原材料消耗量，其中含硅原料均为硅石。电炉炉容为5000～29000KVA，电极消耗87～150Kg/t，电耗为11000～14000KWh/t。
可见，尽管国外已采用大容量封闭式旋转电炉，计算机监控等先进技术，以硅石为原材料冶炼结晶硅的能耗仍然很高，而电耗占总成本60％以上。
上述现有冶炼结晶硅工艺的不足之处在于通常只考虑了块状硅石透气性好的一面，而忽视了块状硅石粒度太大，比表面积太小，因而还原反应速度太慢的缺陷，从而导致传统冶炼结晶硅工艺的高能耗。
1998年6月1日，虽然向中国专利局提交了申请号为98112042 3发明专利申请，名称为《以石英砂冶炼工业硅的生产工艺》是以石英砂配以煤粉和粘合剂、压块、烘干后入炉冶炼结晶硅，或以这种压块配加部份石英砂冶炼结晶硅的工艺，这种工艺虽然可以降低能耗，但其不足之处在于增加了造块的机械设备和烘干设备，比直接用块状硅石冶炼的流程长而复杂，投资和运行费用提高，因而成本提高。且加入粘合剂增加了原材料的杂质，影响产品的纯度，产品质量难于达到国家标准。
本发明旨在针对上述现有技术的不足，提供一种全石英砂冶炼结晶硅的生产工艺，该工艺能省去造块工艺和设备，减少工艺步骤，提高了还原反应的速度和产量，大幅度地降低冶炼结晶硅的能耗和提高产品质量。
为达上述发明目的，本发明的技术解决方案是在《以石英砂冶炼工业硅的生产工艺》的基础上，全部用石英砂，配以碳质还原剂，该还原剂包括低灰份烟煤，石油焦和木炭或其代用品，如木块、玉米芯，混匀后加入电炉中冶炼结晶硅。
本发明对原材料要求如下石英砂的化学成份SiO2＞98.5％； Al2O3≤0.8％； Fe2O3≤0.4％；CaO≤0.2％MgO≤0.15％碳质还原剂还原剂的成份和粒度要求如下碳质还原剂 固定碳含量(％) 灰份(％) 粒度(mm)木炭 ＞75 ＜3 3～10石油焦＞85 ＜1 1～10烟煤 ＞55 ＜9 1～5电炉结构与用硅石冶炼结晶硅的电炉类似。但本发明电炉炉膛的径高比要小于一般电炉。通常设计电炉的径高比D/H=2.2～2.7。而全石英砂冶炼结晶硅的电炉的径高比的取值应偏于下限，因石英砂堆比重大于块状硅石，相同容量的电炉炉膛高度降低有利于炉况顺行。
根据所用石英砂SiO2含量，以90％SiO2进入合金，7％以SiO挥发，按反应式计算出所用硅质原料所需的纯碳量。计算中石墨电极和还原剂中固定碳的分配如下木灰 石油焦 烟煤 电极还原SiO2(％) 85907090炉口烧损(％)15103010扣除电极提供的碳量，即为应由还原剂提供的理论碳量。实际配碳按理论碳量的95％～100％配制。适当欠碳有利于电极深插，改善炉况，同时冶炼中便于调节炉况。
还原剂用低灰份烟煤，石油焦和木炭或其代用品。选定各还原剂的比例后，用各该比例乘以所需纯碳量即为应由各还原剂提供的碳量，再根据各还原剂的固定碳含量和水份算出各还原剂所需的实际称量。
各还原剂提供纯碳量分配比例范围如下木炭 大于50％～小于等于75％石油焦等于大于20％～45％烟煤 等于大于5％～小于10％
冶炼工艺除与用硅石冶炼结晶硅的工艺基本相同外，其不同之处为石英砂与各还原剂必须用人工或机械充分混匀；加料时要勤加薄盖，料面要平，不应加成锥形；一般20～30分钟即基本熔空，料面发红变软，此时应集中沉料。沉料后立即加料；单位时间内加料次数多于用块状硅石冶炼；单位时间内沉料次数多于用块状硅石冶炼；石英砂比电阻大，电极易深插，炉底不易上涨，有利炉温提高。
出硅操作与用硅石冶炼相同。为提高产品的质量和纯度，应采用常规炉外处理。
本发明与传统工艺冶炼结晶硅相比有明显的技术效果。
节能显著冶炼结晶硅是高能耗产品，小于5000KVA的小型电炉由于热损失大，一般冶炼一吨结晶硅要耗电14000～17000度(《电炉铁合金生产与节能》P.192)。本发明在750KVA的小电炉上用100％的石英砂冶炼结晶硅的平均电耗为10455.7度/吨。扣除由于炉衬结构不合理造成的热损失，平均电耗为9785.5度/吨。比常规冶炼节电达40％左右。在相同条件下，用60％石英砂加40％的石英砂团块冶炼，平均电耗为19066.9度/吨，与之相比，本发明节电48.68％。可见本发明节能效果十分显著。
产品质优在相同的冶炼条件下，产品均未经炉外处理，用石英砂团块分别配加60％(S60)、80％(S80)的石英砂和100％(S100)石英砂冶炼，产品各炉的平均含硅和最高含硅如下平均含硅(％)最高含硅(％)S6095.82 97.02S8096.14 97.59S100 96.45 98.26可见，全石英砂冶炼，由于原料带入的杂质少，产品纯度提高。未经炉外处理，产品含硅已达到二级硅标准。
产量提高由于全石英砂冶炼，还原反应速度大大加快，单位时间内加料批数增多，产量提高显著。相同条件下，用全石英砂团块和全石英砂冶炼比较如下全石英砂团块 60％石英砂配40％团块全石英砂平均产量，Kg/炉 85.31 104.6 124全石英砂冶炼比全石英砂团块产量提高了45.35％。
电极消耗量少一般冶炼一吨结晶硅需消耗电极100kg，而全石英砂冶炼结晶硅电极单耗仅50Kg/吨。
本发明与《以石英砂冶炼工业硅的生产工艺》相比，还具有以下技术效果省去了造块工艺与设备，大幅度的降低生产成本。
全石英砂冶炼与国内外用硅石冶炼结晶硅的原料单耗对比见表1。
表1冶炼吨结晶硅原料单耗和能耗对比
AG.Volkert，铁合金冶金学，上海科学技术出版社，1978B许传才，铁合金冶炼工艺学，西安冶金学院出版社，1988C周进华，铁合金生产技术，科学出版社，1991D〖苏〗M.A.雷斯，铁合金冶炼，冶金工业出版社，1981
图1为石英砂配比与产品质量和电耗关系图。
图2为图1中符号表示的意义。
实施例1本发明专利申请人所在地的原材料的理化性质原材料的理化性质见表2和表3。
表2原材料的理化性质(Wt％)
表3原料粒度组成
2电炉结构和电气参数电炉容量为750KVA。电炉结构的主要尺寸如下炉壳直径3000mm炉壳高 1900mm炉膛直径2100mm炉膛深度900mm径高比 2.33极心园直径 800mm电气参数一次电压10000V二次电压70V二次电流45A3配料不同配料方案列于表4。
表4不同搭配方案的配合采取数
权利要求
一种全石英砂冶炼结晶硅的生产工艺，其特征在于(1)原料准备1)对石英砂化学成份的要求SiO2＞98.5％Al2O3＜0.8％， Fe2O3＜0.4％，CaO＜0.2％， MgO＜0.15％；2)对碳质还原剂的要求碳质还原剂固定碳含量(％) 灰份(％) 粒度(mm)木炭 ＞75 ＜3 3～10石油焦＞85 ＜1 1～10烟煤 ＞55 ＜9 1～5(2)配制炉料1)根据所用石英砂中的SiO2含量，按SiO2与C反应的化学方程式，计算出批料石英砂还原所需的理论纯碳量；2)扣除石墨电极提供的纯碳量，得出应由碳质还原剂提供的理论纯碳量；3)实际配碳按理论纯碳量的95％～100％配制；4)选定碳质还原剂提供纯碳量的配合比例20％石油焦≤45％50％≤木炭≤75％5％≤烟煤＜10％；5)用选定的各碳质还原剂比例乘以实际配碳量，得出各还原剂提供的固定碳数量；6)再根据各还原剂的固定碳含量，水份含量，烧损量算出各还原剂所需的实际称量；(3)入炉冶炼1)石英砂与各还原剂入炉顶前必须充分混匀；2)向炉内加料时要勤加薄盖，料面要平；3)冶炼15～25分钟熔空，料面发红变软时集中沉料后加料；4)单位时间内加料次数多于用块状硅石冶炼；5)单位时间内沉料次数多于用块状硅石冶炼。
全文摘要
一种全石英砂冶炼结晶硅的生产工艺,包括准备原料、配料、入炉冶炼,其特点是硅质原料全部用石英砂直接与碳质还原剂配料炉料,并按要求送入炉内冶炼。本发明具有节能十分显著,比常规冶炼节电达40%左右;还原反应速度快,产量提高,电极消耗量少,大幅度降低生产成本;省去了造块工艺和设备的技术效果。
文档编号C01B33/025GK1219504SQ9812255
公开日1999年6月16日 申请日期1998年11月11日 优先权日1998年11月11日
发明者向世伦, 杨浚锦, 吴丛初, 万朝阳, 陈光碧, 郑定英 申请人:重庆市渝西硅化工有限公司