由工業矽冶煉原理可知,用碳質材料中的碳,還原矽石中的SiO₂而生成矽。因此,粘結煤加入量直接影響到SiO₂能否充分還原和爐況是否正常。所以碳質材料加入量是重要的。
矽因爐內各個區域冶煉溫度有所不同,故計算時碳的過剩量和矽的回收率也不同。矽冶煉溫度較低;碳和的矽冶煉溫度較高,碳和矽的損失較大,所以碳的過剩量按10%計算,矽的回收率按92%計算。根據化學元素周期表可知Si原子量為28,C原子量為12,﹙O﹚氧原子量為16。所以SiO₂的分子量是28+16×2=60.為計算方便,以100公斤矽石為基礎,計算碳質材料加入量。100公斤矽石中含SiO₂為:100×98%=98公斤SiO₂和2C分子量:28+2×16=60 2×12=2490公斤SiO₂純碳量為:24/60×98=39.2公斤我們所用的是含碳84%的碳質材料,將39.2公斤的純碳換算為碳質材料,則為:100/84×39.2=46.6公斤冶煉工業矽,碳質材料燒損約10%,所以碳質材料的加入量為:碳質材料中含水量約為5%~15%。經驗證明碳質材料含量每增加1%時,要相應增加0.6公斤碳質材料。若碳質材料含水量按5%計算,焦炭實際加入量則為:52+52×5%×0.6≈54公斤將上述和計算式化簡,冶煉工業矽時,100公斤石的碳質材料加入量則為:100×SiO₂×24/60×C%×0.90=碳質材料加入量(公斤)用簡化式計算出的碳質材料加入量,並非實際需要量,而要根據碳質材料含量有所增加。上述碳質材料加入量的計算,只根據原料的化學成分和一些實際經驗而得出的。但碳質材料的實際加入量,往往不準確、所用二次電壓及工業矽礦熱爐的容量有關,並且和電極的極心圓直徑的大小有關。理論計算出的碳質材料加入量是主要根據,但還要按下述具體情況進行調整。1.爐況變化時要調整碳質材料的加入量。爐況發粘時,應適當增加碳質材料加入量。爐況碳過剩應適當減少碳質材料加入量。2.電極插入爐料較淺時,可適當減少碳質材料加入量。4.同一爐子,冶煉時用二次電壓較高時,碳質材料的加入量應適當少些。5.同容量的礦熱爐,其電極間的極心圓直徑較大時,碳質材料加入量應多些,極心圓直徑較小時,碳質材料加入量應少些。配料是冶煉工業矽的第一道工序,是一項很重要的工作配料時要注意以下幾點:
①稱量準確,各種材料必須按規定的數量進行稱量,誤差要小。如果稱量不準,爐況不易掌握,甚至可能出廢品。因此,配料工作要細心,還要經常檢查稱量工具的準確度,發現問題應及時調整或修理。②要按規定的是順序進行配料,以使爐料均勻混合。碳質材料的堆比重約0.5~0.6矽石的堆比重約為1.5~1.6,原料堆比重相差很大。為了爐料混合均勻,配料順序為碳質材料、矽石、木片。採用這樣的配料方法,爐料由料管下降後,能較均勻混合。爐料混合均勻與否對冶煉有很大影響。為使爐料混合均勻,每次只準量一批料,每個料鬥存料為得超過二批料。料批的大小是以批料中矽石數量為準。目前冶煉工業矽時,一般每批料中有200公斤矽石或300公斤矽石。前者叫小料批,後者叫大料批。從爐料混合均勻角度來說,料批越小混合得越均勻,料批越大爐料越難混合均勻。因此,要儘量採用小料批,以使爐料混合均勻,但是,小批量為配料為配料操作帶來一定困難。料批大,電耗較高,料批小,則電耗較低,故採用小料批較好。
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