长期以来，金属硅炼钢属于高品位硅的生产。 随着国家能源新政的趋严和节能降耗的落实，以及新能源的提倡，金属硅炼钢早已成为中间产品和中间过程，国外许多新兴能源企业纷纷建设金属硅、砷化镓、多晶硅、太阳能电池板等一系列循环产业链，必将影响未来几年我国整个能源领域的发展和新能源的应用。
下面介绍炼钢工艺和金属硅的工艺流程。
;1. 实体工业生产硅的必要性
我国生产的金属硅（硅纯度主要为98.5%）原以冶金用硅为主，20世纪90年代中期开始发展物理用金属硅（硅纯度主要为99.85%）生产。 近年来，我国物理用硅产值和出口量下降较快。 1999年至2001年，我国对韩国出口物理硅分别达到2.2万吨、3万吨、4万吨。 2001年我国对韩国出口的实体硅占法国实体硅进口的40%以上。 . 现在我国已经开始加入实体用硅生产供应商行列，实体用硅生产企业不断减少。 由于北京广济硅材料有限公司于2002年全面公开了碳热还原炼铁工艺，2002年至2004年我国金属硅产能从10万吨/年迅速增加到120万吨/年。 国家发改委因此对其进行全面制裁。 2006年金属硅实际产值上升到70万吨。 2006年，只有北京广济硅材料有限公司的大午硅厂在山西边区成功建成了万吨级金属硅厂——晶鑫厂。 其他人则建立了新的硅工厂。 物理用硅是指用于生产有机硅和硅片的金属硅。 从全球范围来看，目前冶金硅的消费量小于物理硅，但随着科学技术的不断发展，物理硅在有机硅和半导体生产中的使用不断扩大，有机硅单体和高分子硅油、硅橡胶、硅树脂建筑防腐、防水剂等，具有耐低温、电绝缘、耐辐射、防水等独特性能。 应用于电气、航空、机械、化工、制药、国防、建设等部门。 作为集成电路的核心，95%以上的电子元器件由半导体硅制成，半导体是当代信息产业的支柱。 “信息高速公路”中广泛使用的光缆中的光纤也是由金属硅制成的。 如今，俄罗斯和欧共体物理用硅的消费量已占到金属硅总消费量的一半以上。 物理用硅作为高新技术领域和重要基础产业得到广泛应用，其消费量呈稳步下降趋势。 国际市场正常情况下，物理用硅每公斤比冶金用硅贵300-400欧元。 因此，无论是满足出口和国外需求，还是提高金属硅企业的经济效益，提高产品质量，都需要大力发展物理用硅的生产。
2、化学硅生产原料 在物理硅生产中，原料是良好运营的前提。 以石英岩为原料生产物理金属硅，以低酸值的碳质物质为还原剂。 电炉法生产物理硅的原料主要有方解石和炭素原料。 炭素原料主要是石油焦。 有优质褐煤或木炭，也可掺入一部分，以降低炉料的电阻率。 要求原料具有必要的含量和良好的反应性，便于达到产品的尺寸； 还原剂具有不同的反应性，使其能与石英石充分反应； 炉料成分不同，细度不同，通过适当的配合，便于使炉料电炉发挥良好的效果。
2.1. 氧化硅矿物炼钢金属硅的工艺是无渣工艺。 物理硅炼钢方解石的选择比较严格。 除了杂质浓度要低外，还要求机械硬度高，有足够的热稳定性，细度合适。 学位构成。 物理炼硅最好用方解石。 在自然状态下，二氧化硅要么以孤立的石英矿物形式存在，要么以二氧化硅（一种几乎完全由二氧化硅组成的岩石）形式存在，或者以方解石形式的花岗岩形式存在。 在冶炼过程中，用于物理制硅的富硅矿物中的杂质和附着物，有的被完全还原，有的被部分还原，有的以化合物形式进入产品硅或产生熔渣。 除了降低能耗和产品质量外，这也给冶炼过程带来了困难。 因此，对炼硅所用含硅矿物的物理成分有严格的要求。 要求SiO2小于99%，大于0.15%，不小于0.2%，CaO不小于0.1%，杂质总和不小于0.6%。 使用的方解石在冶炼前必须用水清洗，以保持表面清洁。
方解石入炉要求有一定的细度。 方解石的细度是炼钢的重要工艺因素。 方解石的适宜细度受方解石种类、电炉、容量、操作条件、还原剂种类和细度等多种因素影响，应根据具体炼钢条件确定。 通常，单相电炉（大午硅厂建于1983年）要求方解石的细度为8-，单相电炉要求方解石的细度为8-80mm，比例为中间细度较大。 粒径过大时，未反应的方解石因不能适应炉内结合剂和反应速度，易进入液态硅中，造成出渣量增加，显露困难，硅回收率提高，减少煤炭消耗。 造成炉底下坠，影响正常生产。 如果粒径太小，虽然可以减少还原剂的接触面，有利于还原反应，但反应过程中产生的二氧化碳不能顺利排出，会降低反应速率。 粒子穿越时间。 带入的杂质又会增加，影响产品质量。 生产中不应使用大于5mm的方解石。
2.2 碳质还原剂 物理 硅钢生产中使用的还原剂主要有石油焦、烟煤和木炭。 为降低炉料内阻率，降低物理活度，还与气煤、硅焦、兰炭、半焦、低温焦、木块等配套使用。 在含碳还原剂的物理成分中，主要考虑固定碳、灰分、挥发分和水。 一般要求固定碳高，减少所需还原剂的总量，进而降低酸值带来的杂质，相应减少出渣量，降低电能消耗，提高物理中杂质浓度硅。 碳质还原剂的内电阻率要大，孔隙率要高。 装料的内电阻率主要取决于碳质还原剂。 该碳质还原剂内阻高，物理活性好，硅回收率高。
石油焦是生产金属硅所用还原剂中酸值最低的，含酸值0.17-0.6%，固定碳90-95%，挥发分不低于3.5%-13%。 石油焦由于酸值低，有利于提高产品质量，在物理上用作硅钢炼钢的还原剂。 但由于石油焦内阻低，反应性差，低温下易石墨化，用量过大时，炉况不易控制，造成炉料不焙烧，严重刺伤，耗电量大，出炉困难。
木炭比内阻和反应能力高，但杂质浓度低，是冶炼工业硅的理想还原剂，但不同木材和不同方法制成的木炭性能也有很大差异。 去皮木炭的碱度浓度一般比去皮木炭低二分之一到三分之一，树根对木炭中酸值的浓度影响很大。 木炭的主要成分是碳，酸值较低，一般大于10%。 内阻高，体力活动好。 多年的生产实践证明，木炭是满足炼钢物理硅需要的重要碳质原料，但木炭来源有限，不能再使用木炭还原剂。
从美国的情况来看，大部分国家已经不再使用木炭了。 许多国外厂商在寻找和使用木炭替代品方面也做了大量工作。 实践证明，在各种含碳还原剂中，褐煤在反应能力和比内阻方面是除木炭外另一种理想的还原剂。
褐煤的特点是电阻值大，反应能力强，通过水洗得到低酸值褐煤。 碱度浓度可达3%左右，浓度可达0.2-0.3%，浓度可达1%以上。 目前我国还原剂褐煤碱度浓度在3%以上，而美国还原剂褐煤碱度浓度多在1%左右。 南斯拉夫采用物理法选褐煤，可获得高于0.1%的氧化铁浓度。 原煤。 褐煤代木炭炼铁工艺专利由北京广济硅材料有限公司和内蒙古电力炼钢有限公司共同拥有，铁块的作用是降低材料的内阻层，剂量的大小会影响炉况。 铁块用量过大，料层疏松，炉况恶化，能耗增加。 由于铁块的燃点低，含碳量低，还原剂的实际用量很少。
炭素原料中的杂质主要是酸值，均由氧化物组成。 在物理生产中，酸值中的氧化物也被还原，既耗电又耗碳，还原后的杂质仍混入硅液中，增加了硅的硬度。 在生产实践中，炉料碱度每降低1%，就会多耗电100-120度。 因此，碳原料中的碱度浓度越低越好。
2.3 电极 电极是生产物理用硅的主要消耗材料之一。 物理用硅钢的电极通常使用石墨电极和碳电极。 目前国外主要使用石墨电极。 在硅钢炼钢炉中，电极是肾脏，是导电系统的重要组成部分。 电压通过电极输入炉内形成电弧，用于物理硅炼铁。 对电极材料的要求：（1）导电性能好，电阻率低，减少电能损耗。 (2)熔点要高，热膨胀系数要小，不易变形； (3)具有足够的低温机械硬度和低杂质浓度。 石墨电极酸价浓度低，导电性能好，耐热、耐腐蚀，是物理硅炼钢的最佳选择。
3、化工用硅炼钢工艺
物理用硅的工艺流程包括炉料准备、电炉冶炼、硅精炼和铸造、破碎除渣。 所有原材料在配制炉料前必须经过必要的处理。 方解石在颚式破碎机中破碎至粒度不小于5mm，大于5mm的块筛出，用水洗净。 由于碎砖在炉内汽包下部熔化，增加了炉料的透气性，使生产过程无法进行。 石油焦具有较高的导电率，因此必须破碎到不小于10mm的粒度，并且必须控制石油焦粉的用量。 因为直接在鼓口上燃烧，会导致还原剂不足。 在物理用硅的生产中，褐煤完全可以替代木炭。 如安徽芜湖精洗褐煤，固定碳含量77.19%，挥发分19.4%，碱度浓度3.41%，浓度0.22%，浓度0.99%，CaO浓度为0.17%。 根据生产实践，使用这种褐煤炼钢物理硅是可行的。 用于生产物理用硅的铁锭和木屑是用切割机和木材削片机加工的。 炉料中的碳质还原剂主要是石油焦和褐煤，铁和木屑的用量视炉况而定。 生产不使用木材，但产品质量更稳定。 加料比例根据所生产产品的等级确定。 石油焦和褐煤的比例根据每批矿石硅所需碳量确定。 石油焦与褐煤的配比对装料的工作内阻影响很大。 炉料各组分称量后，将炉料混合均匀，经捣炉后，将混合均匀的炉料放入炉内。 料面保持一定高度，进料均匀。 物理硅生产是连续的。 炉内的条件也不是永恒的。 物理硅生产是在电炉中将电能转化为热能，再利用热能直接加热物料，形成物理反应的过程。 因此，炉子的电气特性极为重要。 冶炼实行闭路电弧作业，维持低温炉膛，提高热效率，提高电炉利用率。 研究中使用的容量为一炉一金属硅炉。 冶炼采用文火一定时间、定期集中投料的方式进行。 一般情况下炉料无法人工下料，通常需要强制下料。 炉况容易波动，难以控制。 因此，在生产中必须正确判断并及时处理。 炉内每4小时烧一次精铸，炉渣破碎后分拣入库。
4、电炉操作物理硅冶炼是在埋弧状态下进行的。 为了生产恒定均匀的金属硅，有必要在熔炼过程中实施最佳炉操作。 主要的热源是电。 因此，汽包内电压的流动路线和各线电压的分布情况，对汽包各区域的温度分布和整个冶炼过程的进行有重要影响。 注意保持单相电能的负荷平衡，这样才能提高产值，保证质量，降低能耗。
4.1 加料和熔炼炉要实现优质高产的硅熔炼炉，不仅要有良好的电炉参数、讲究的原料、合理的配比，而且操作方法的优缺点也很重要奖励。 合理的加料方式对料层结构、电极在炉内的稳定性和热能的充分利用起着主导作用。 生产中喂料和捣碎结合进行。 根据冶炼过程的不同条件和特点，适时完成加料和出炉操作。 为使炉内保持良好的透气性，必须在炉内进行显眼和戳记。 小捣打根据炉况进行，大捣打一般每隔一小时左右进行一次。 捣打必须差不多彻底，把捣打出的块状物推到炉心。 在捣打过程中，不能一边捣打炉子一边加入新料。 不宜在一个电极区和一个电极区进行炉内冶炼作业。 熔炼时要集中注意力，均匀投料，保持较高的熔炼温度。 烘箱稳定运行的最重要诱因是保持床内空气温度分布恒定。 如果汽包的温度分布受到严重破坏，烘箱的运行将受到严重干扰。 炉料在生产、加料、揭露中的细度和均匀度，以及汽包表面的处理，都会影响电极的运动。 通过大的、过强的柱塞耦合电极会破坏烘箱操作的稳定性。
4.2 收弧操作 收弧操作是将焊条适当嵌入炉料中，以半熔化炉料为阻抗体，使焊条与熔化炉料之间形成电弧。 为实现闭弧作业，首先要考虑进料方式。 喂养方式有一次性喂养法、分批喂养法和多次喂养法。 除一次性送料方式为开弧作业外，其他方式均可实现闭弧作业。 物理硅生产采用分批加料方式，料层结构稳定，能耗低，炉子寿命长。 操作中有几个问题需要处理：一是选择合适的电参数，使电极能以合适的深度插入材料层； 二是想办法控制电荷的比内阻； 钢有重要影响，粒度过大或过小均对炉况不利。 闭弧操作的优点是：①炉内料层结构能形成一个完整的体系，炉料顺序下沉； ②弧光不外露，材料表面的辐射热损失大大减少，保持转换器温度，提高热效率，降低产值。 ，提高产品质量，增加能耗。 ③可使电极消耗达到平衡稳定，防止因漏扭而引起的车祸。 ④料面水温较低，使料面设备受热腐蚀少，延长了设备寿命，提高了电炉设备的利用率。 ⑤粉尘少，可使炉面作业有较好的操作环境。 无论烘箱大小，只要采取适当的措施，都可以实现闭弧操作，获得理想的生产效果。
4.3 电弧炉是利用电弧产生的热量进行加热的设备。 在物理硅炼铁过程中，数学物理变化与电气系统密切相关。 配电运行的好坏对炼铁效率有着十分重要的影响。 电弧主要存在于电端，空腔受电弧的冲击推力作用，料腿分离，形成球泡状。 在冶炼过程中，电炉电气参数的控制由配电工作完成。 通常是控制电极的埋深。 电极埋得浅通常表示还原剂不足，电极附近有火孔，电弧声很大，说明硅温度低，数量少，耗电量大。 深埋电极，如果炉料中还原剂太少，电极位置会偏高。 由于炉料的内阻随着炉料中碳的减少而降低，内阻的增加增加了电压负荷，降低了电极消耗，降低了原材料的丰度。 生产中根据现场作业情况确定电极的埋入深度。 调整电极埋入深度就是改变炉料的电阻值，是调整炉况的最佳手段。 当电炉二次电流超过一定值时，会损坏电极，硅的挥发损失增加，汽包下部过热，热损失减少。 二次电压受电极允许电压密度的限制，不能随便降低。
电压与电流的比值是熔炉运行的重要诱因。 电压电流比太小，电极下不去，难以进行亮弧生产。 如果电压电流比太大，电极插入炉料太深，产量不够，这是非常理想的。 在生产中，只有找到合适的电压电流比，工作电压稳定，物料平衡，电极升降，才能达到最佳的生产效果。 调节工作电流是调节炉子生产丰度的重要手段。 烘箱的工作电流取决于两个方面：一是短网络结构，需要较高的电效率和适当的功率激励。 另一方面，炉况，包括炉体结构和生产操作条件，熔炼中工作内阻的阻值非常关键，容易变化，应努力使其稳定并接近最优值。 通常，为保证物料表面水温正常，加大电流。 正常物料表面水温在600℃左右。 使用符合尺寸的原材料，装料细度大，内阻小，西路电压大，电极不易击穿。
