我国工业硅的牌号和化学成分见下;
.品级 牌号
(代号) 化学成分分%
Si 杂质含量(不大于) 杂质总计
Fe AI Ca
中国 一级硅 甲 Si-A 99.0 0.6 0.4 0.4 1.0
乙 Si-B 99.0 0.5 0.5 1.0
二级硅 Si-2 98.0 0.7 0.5 2.0
三级硅 Si-3 97.0 1.0 0.8 3.0
工业硅的用途如下:
1、有色金属的添加剂和脱氧剂。工业硅的主要用途是作为有色金属合金的添加剂。将硅加入到某些有色金属时,能起到提高基体金属强度、硬度和耐磨性的作用,有时还能改善基体的铸造性能和焊接性能。例如,用于制造铸造轴承和轴套的硅铅黄铜含硅3%。用于制造弹簧和焊接零件的硅猛青铜含硅3%,用于制造船用发动机零件、内燃机零件、内燃机汽缸头等的硅铝明含硅10%~13%。在有色金属中,工业硅{zd0}用户是作为铝合金(硅铝合金、铝镁合金、硬铝)的添加剂,用于铝合金添加剂的工业硅占工业硅总产量的70%以上。
2、硅钢的合金剂,对于一些要求特别严格的硅钢片,应采用工业硅作为硅钢的合金剂,用于生产高级硅钢片的工业硅应严格控制铝含量。
3、某些氧化物的还原剂。基于硅与氧之间有较强的化学亲和力,利用工业硅还可还原某些与氧亲和力较弱(如氧化锰、氧化钒等)和与氧亲和力较强但金属本身易挥发的金属氧化物(如氧化钙、氧化镁)。上述氧化物均可在真空条件下用工业硅还原。
4、半导体材料。高纯硅具有明显的半导体性质,是一种优良硅晶体管供电子工业使用。
5、其他用途。利用工业硅可制成多晶硅,各种有机硅等化工产品。
冶炼工业硅对原料有什么要求?
冶炼工业硅的主要原料有高纯硅石、石油焦、木炭(木块)和烟煤。
工业硅冶炼时的操作方法如下:
1、高温冶炼。冶炼工业硅与硅铁相比,需要更高的炉温,生产硅含量大于95%以上的工业硅,液相线温度在1410℃以上,需要在1800℃以上高温冶炼,此外,由于炉料不配加钢屑,所以SiO2还原热力学条件恶化,破坏SiC的条件也变得更加不利。由此产生三个结果:其一是炉料更易烧结;其二是上层炉料中生成的片状SiC积存后容易使炉底上涨;其三是Si和SiO高温挥发的现象更加显著。为此,在冶炼过程中必须做到:
㈠控制较高的炉膛温度。
㈡控制Si和SiO挥发。
㈢使SiC的形成和破坏相对平衡。
为了提高炉温,减少Si和SiO的挥发损失,基本上应保持SiC在炉内平衡。在具体操作中必须千方百计地减少热损失,基本上保持或扩大坩埚。
在工业硅生产中,采用烧结性良好的石油焦,有利于炉内热量集中,但料面难以自动下沉。与小电炉生产75硅铁相比,可以采用一定时间的焖烧和定期集中加料的操作方法。
2、正确的配加料。正确的配加料是炉况稳定的先决条件。对于小电炉生产工业硅来说,更应强调这一点。正确配比应根据炉料化学成分、粒度、含水量及炉况等因素确定,其中应该特别注意还原剂使用比例和使用数量,正确的配比应使料面松软又不塌料,透气性良好,能保证规定的焖烧时间。炉料配比确定后,炉料应进行准确称量,误差应不超过0.5%,均匀混合后入炉。
炉料配比不准或炉料混合不均都会在炉内造成还原剂过多或缺少现象,影响电极下插,缩小“坩埚”,破坏正常冶炼进行。
3、沉料捣炉。在工业硅生产中采用烧结性良好的石油焦,以自动下沉,一般需要强制沉料。当炉内炉料焖烧到规定的时间时,料面料壳下面的炉料基本化清烧空,料面也开始发白发亮,火焰短而黄,局部地区出现刺火塌料,此时应该立刻进行强制沉料操作。沉料时,先用捣炉机从锥体外缘开始将料壳向下压,使料层下塌。然后用捣炉机捣松锥体下脚,捣松熟料就地推在下塌的料层上,捣出的大块黏料和死料推向炉心,同时铲净电极上的黏料。沉料时高温区外露,热损失很大,因而,沉料捣炉操作必须快速进行。
4、炉料形状和焖烧提温。沉料捣炉完毕后,应将混合炉料迅速集中加于电极周围炉心地区,使炉料在炉内形成一平顶锥体,并保持一定的料面高度。不准偏加料,一次加入新料数量相当于1h左右的用料量。
新料加完后,进行焖烧,焖烧时间控制1h左右,焖烧和定期沉料的操作方法,有利于减少热损失,提高炉温和扩大:“坩埚”。
5、扎透气眼。集中加料时,大量生料加入炉内,可能使反应区温度下降。因而在加料前期,炉温较低,反应进行得缓慢,气体生成量不会太多,在焖烧一段时间后,炉温迅速上升,反应趋于激烈,气体生成量也将急剧增加,此时为了帮助炉气均匀外逸,有必要在锥体下脚“扎眼透气”。
石油焦具有良好的烧结性能,集中加料焖烧一段时间后,容易在料面形成一层硬壳,炉内也容易出现块料,为了改善炉料的透气性,调节炉内电流分布,扩大“坩埚”,除扎眼氧气外,还应用捣炉机或钢棒松动锥体下脚严重的部分炉料。至于彻底的捣炉,则在沉料时进行。
6、炉况正常的标志及不正常炉况的处理。电炉生产工业硅,炉况容易波动,较难控制,因此必须正确判断炉况并及时处理。和生产75%硅铁一样,影响炉况的因素是很多的,但是在实际生产中,影响炉况最主要的因素还是还原剂用量,还原剂用量不当会使炉况发生急剧变化。一般来说,炉况变化通常反应在电极插入深度、电流稳定程度、炉子表面冒火情况,出铁情况及产品质量波动情况等几方面。
㈠炉况正常的标志是电极深而稳地插入炉料,电流电压稳定,炉内电弧响声稳而低,料面冒火区域广而均匀;炉料透气性好,料面松软而且有一定的烧结性,各处炉料烧结程度相关不大,焖烧时间稳定,基本上无刺火塌料现象;出铁时炉眼好开,流头开始较大,而后均匀变小,产品质量稳定。
㈡不正常炉况的处理。原料含水量波动,还原剂质量变化,称量准确程度较差,操作不当等各种因素,均会影响实用碳量,炉子出现还原剂不足或过剩现象。
炉子还原剂过剩的特征是料层松散,火焰变长,火头大多集中于电极周围,电极周围下料快,炉料不烧结,“刺火”塌料严重,电极消耗慢,炉内显著生成SiC,锥体边缘发硬,电流上涨,电极上抬,当还原剂过剩严重时,在电极周围窄小区域内频繁“刺火”塌料,其他地区的料层发硬,不吃料,坩埚大大缩小,热量高度集中于电极周围,电极高抬,热损失严重,电弧声很响,炉底温度严重下降,假炉底很快上涨,铁水温度低,炉眼缩小,有时甚至烧不开炉眼,被迫停炉。