長期以來，金屬硅煉鋼屬于高品位硅的生產。 隨著國家能源新政的趨嚴和節能降耗的落實，以及新能源的提倡，金屬硅煉鋼早已成為中間產品和中間過程，國外許多新興能源企業紛紛建設金屬硅、砷化鎵、多晶硅、太陽能電池板等一系列循環產業鏈，必將影響未來幾年我國整個能源領域的發展和新能源的應用。

下面介紹煉鋼工藝和金屬硅的工藝流程。

;1. 實體工業生產硅的必要性

我國生產的金屬硅（硅純度主要為98.5%）原以冶金用硅為主，20世紀90年代中期開始發展物理用金屬硅（硅純度主要為99.85%）生產。 近年來，我國物理用硅產值和出口量下降較快。 1999年至2001年，我國對韓國出口物理硅分別達到2.2萬噸、3萬噸、4萬噸。 2001年我國對韓國出口的實體硅占法國實體硅進口的40%以上。 . 現在我國已經開始加入實體用硅生產供應商行列，實體用硅生產企業不斷減少。 由于北京廣濟硅材料有限公司于2002年全面公開了碳熱還原煉鐵工藝，2002年至2004年我國金屬硅產能從10萬噸/年迅速增加到120萬噸/年。 國家發改委因此對其進行全面制裁。 2006年金屬硅實際產值上升到70萬噸。 2006年，只有北京廣濟硅材料有限公司的大午硅廠在山西邊區成功建成了萬噸級金屬硅廠——晶鑫廠。 其他人則建立了新的硅工廠。 物理用硅是指用于生產有機硅和硅片的金屬硅。 從全球范圍來看，目前冶金硅的消費量小于物理硅，但隨著科學技術的不斷發展，物理硅在有機硅和半導體生產中的使用不斷擴大，有機硅單體和高分子硅油、硅橡膠、硅樹脂建筑防腐、防水劑等，具有耐低溫、電絕緣、耐輻射、防水等獨特性能。 應用于電氣、航空、機械、化工、制藥、國防、建設等部門。 作為集成電路的核心，95%以上的電子元器件由半導體硅制成，半導體是當代信息產業的支柱。 “信息高速公路”中廣泛使用的光纜中的光纖也是由金屬硅制成的。 如今，俄羅斯和歐共體物理用硅的消費量已占到金屬硅總消費量的一半以上。 物理用硅作為高新技術領域和重要基礎產業得到廣泛應用，其消費量呈穩步下降趨勢。 國際市場正常情況下，物理用硅每公斤比冶金用硅貴300-400歐元。 因此，無論是滿足出口和國外需求，還是提高金屬硅企業的經濟效益，提高產品質量，都需要大力發展物理用硅的生產。

2、化學硅生產原料 在物理硅生產中，原料是良好運營的前提。 以石英巖為原料生產物理金屬硅，以低酸值的碳質物質為還原劑。 電爐法生產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。 有優質褐煤或木炭，也可摻入一部分，以降低爐料的電阻率。 要求原料具有必要的含量和良好的反應性，便于達到產品的尺寸； 還原劑具有不同的反應性，使其能與石英石充分反應； 爐料成分不同，細度不同，通過適當的配合，便于使爐料電爐發揮良好的效果。

2.1. 氧化硅礦物煉鋼金屬硅的工藝是無渣工藝。 物理硅煉鋼方解石的選擇比較嚴格。 除了雜質濃度要低外，還要求機械硬度高，有足夠的熱穩定性，細度合適。 學位構成。 物理煉硅最好用方解石。 在自然狀態下，二氧化硅要么以孤立的石英礦物形式存在，要么以二氧化硅（一種幾乎完全由二氧化硅組成的巖石）形式存在，或者以方解石形式的花崗巖形式存在。 在冶煉過程中，用于物理制硅的富硅礦物中的雜質和附著物，有的被完全還原，有的被部分還原，有的以化合物形式進入產品硅或產生熔渣。 除了降低能耗和產品質量外，這也給冶煉過程帶來了困難。 因此，對煉硅所用含硅礦物的物理成分有嚴格的要求。 要求SiO2小于99%，大于0.15%，不小于0.2%，CaO不小于0.1%，雜質總和不小于0.6%。 使用的方解石在冶煉前必須用水清洗，以保持表面清潔。

方解石入爐要求有一定的細度。 方解石的細度是煉鋼的重要工藝因素。 方解石的適宜細度受方解石種類、電爐、容量、操作條件、還原劑種類和細度等多種因素影響，應根據具體煉鋼條件確定。 通常，單相電爐（大午硅廠建于1983年）要求方解石的細度為8-，單相電爐要求方解石的細度為8-80mm，比例為中間細度較大。 粒徑過大時，未反應的方解石因不能適應爐內結合劑和反應速度，易進入液態硅中，造成出渣量增加，顯露困難，硅回收率提高，減少煤炭消耗。 造成爐底下墜，影響正常生產。 如果粒徑太小，雖然可以減少還原劑的接觸面，有利于還原反應，但反應過程中產生的二氧化碳不能順利排出，會降低反應速率。 粒子穿越時間。 帶入的雜質又會增加，影響產品質量。 生產中不應使用大于5mm的方解石。

2.2 碳質還原劑 物理 硅鋼生產中使用的還原劑主要有石油焦、煙煤和木炭。 為降低爐料內阻率，降低物理活度，還與氣煤、硅焦、蘭炭、半焦、低溫焦、木塊等配套使用。 在含碳還原劑的物理成分中，主要考慮固定碳、灰分、揮發分和水。 一般要求固定碳高，減少所需還原劑的總量，進而降低酸值帶來的雜質，相應減少出渣量，降低電能消耗，提高物理中雜質濃度硅。 碳質還原劑的內電阻率要大，孔隙率要高。 裝料的內電阻率主要取決于碳質還原劑。 該碳質還原劑內阻高，物理活性好，硅回收率高。

石油焦是生產金屬硅所用還原劑中酸值最低的，含酸值0.17-0.6%，固定碳90-95%，揮發分不低于3.5%-13%。 石油焦由于酸值低，有利于提高產品質量，在物理上用作硅鋼煉鋼的還原劑。 但由于石油焦內阻低，反應性差，低溫下易石墨化，用量過大時，爐況不易控制，造成爐料不焙燒，嚴重刺傷，耗電量大，出爐困難。

木炭比內阻和反應能力高，但雜質濃度低，是冶煉工業硅的理想還原劑，但不同木材和不同方法制成的木炭性能也有很大差異。 去皮木炭的堿度濃度一般比去皮木炭低二分之一到三分之一，樹根對木炭中酸值的濃度影響很大。 木炭的主要成分是碳，酸值較低，一般大于10%。 內阻高，體力活動好。 多年的生產實踐證明，木炭是滿足煉鋼物理硅需要的重要碳質原料，但木炭來源有限，不能再使用木炭還原劑。

從美國的情況來看，大部分國家已經不再使用木炭了。 許多國外廠商在尋找和使用木炭替代品方面也做了大量工作。 實踐證明，在各種含碳還原劑中，褐煤在反應能力和比內阻方面是除木炭外另一種理想的還原劑。

褐煤的特點是電阻值大，反應能力強，通過水洗得到低酸值褐煤。 堿度濃度可達3%左右，濃度可達0.2-0.3%，濃度可達1%以上。 目前我國還原劑褐煤堿度濃度在3%以上，而美國還原劑褐煤堿度濃度多在1%左右。 南斯拉夫采用物理法選褐煤，可獲得高于0.1%的氧化鐵濃度。 原煤。 褐煤代木炭煉鐵工藝專利由北京廣濟硅材料有限公司和內蒙古電力煉鋼有限公司共同擁有，鐵塊的作用是降低材料的內阻層，劑量的大小會影響爐況。 鐵塊用量過大，料層疏松，爐況惡化，能耗增加。 由于鐵塊的燃點低，含碳量低，還原劑的實際用量很少。

炭素原料中的雜質主要是酸值，均由氧化物組成。 在物理生產中，酸值中的氧化物也被還原，既耗電又耗碳，還原后的雜質仍混入硅液中，增加了硅的硬度。 在生產實踐中，爐料堿度每降低1%，就會多耗電100-120度。 因此，碳原料中的堿度濃度越低越好。

2.3 電極 電極是生產物理用硅的主要消耗材料之一。 物理用硅鋼的電極通常使用石墨電極和碳電極。 目前國外主要使用石墨電極。 在硅鋼煉鋼爐中，電極是腎臟，是導電系統的重要組成部分。 電壓通過電極輸入爐內形成電弧，用于物理硅煉鐵。 對電極材料的要求：（1）導電性能好，電阻率低，減少電能損耗。 (2)熔點要高，熱膨脹系數要小，不易變形； (3)具有足夠的低溫機械硬度和低雜質濃度。 石墨電極酸價濃度低，導電性能好，耐熱、耐腐蝕，是物理硅煉鋼的最佳選擇。

3、化工用硅煉鋼工藝

物理用硅的工藝流程包括爐料準備、電爐冶煉、硅精煉和鑄造、破碎除渣。 所有原材料在配制爐料前必須經過必要的處理。 方解石在顎式破碎機中破碎至粒度不小于5mm，大于5mm的塊篩出，用水洗凈。 由于碎磚在爐內汽包下部熔化，增加了爐料的透氣性，使生產過程無法進行。 石油焦具有較高的導電率，因此必須破碎到不小于10mm的粒度，并且必須控制石油焦粉的用量。 因為直接在鼓口上燃燒，會導致還原劑不足。 在物理用硅的生產中，褐煤完全可以替代木炭。 如安徽蕪湖精洗褐煤，固定碳含量77.19%，揮發分19.4%，堿度濃度3.41%，濃度0.22%，濃度0.99%，CaO濃度為0.17%。 根據生產實踐，使用這種褐煤煉鋼物理硅是可行的。 用于生產物理用硅的鐵錠和木屑是用切割機和木材削片機加工的。 爐料中的碳質還原劑主要是石油焦和褐煤，鐵和木屑的用量視爐況而定。 生產不使用木材，但產品質量更穩定。 加料比例根據所生產產品的等級確定。 石油焦和褐煤的比例根據每批礦石硅所需碳量確定。 石油焦與褐煤的配比對裝料的工作內阻影響很大。 爐料各組分稱量后，將爐料混合均勻，經搗爐后，將混合均勻的爐料放入爐內。 料面保持一定高度，進料均勻。 物理硅生產是連續的。 爐內的條件也不是永恒的。 物理硅生產是在電爐中將電能轉化為熱能，再利用熱能直接加熱物料，形成物理反應的過程。 因此，爐子的電氣特性極為重要。 冶煉實行閉路電弧作業，維持低溫爐膛，提高熱效率，提高電爐利用率。 研究中使用的容量為一爐一金屬硅爐。 冶煉采用文火一定時間、定期集中投料的方式進行。 一般情況下爐料無法人工下料，通常需要強制下料。 爐況容易波動，難以控制。 因此，在生產中必須正確判斷并及時處理。 爐內每4小時燒一次精鑄，爐渣破碎后分揀入庫。

4、電爐操作物理硅冶煉是在埋弧狀態下進行的。 為了生產恒定均勻的金屬硅，有必要在熔煉過程中實施最佳爐操作。 主要的熱源是電。 因此，汽包內電壓的流動路線和各線電壓的分布情況，對汽包各區域的溫度分布和整個冶煉過程的進行有重要影響。 注意保持單相電能的負荷平衡，這樣才能提高產值，保證質量，降低能耗。

4.1 加料和熔煉爐要實現優質高產的硅熔煉爐，不僅要有良好的電爐參數、講究的原料、合理的配比，而且操作方法的優缺點也很重要獎勵。 合理的加料方式對料層結構、電極在爐內的穩定性和熱能的充分利用起著主導作用。 生產中喂料和搗碎結合進行。 根據冶煉過程的不同條件和特點，適時完成加料和出爐操作。 為使爐內保持良好的透氣性，必須在爐內進行顯眼和戳記。 小搗打根據爐況進行，大搗打一般每隔一小時左右進行一次。 搗打必須差不多徹底，把搗打出的塊狀物推到爐心。 在搗打過程中，不能一邊搗打爐子一邊加入新料。 不宜在一個電極區和一個電極區進行爐內冶煉作業。 熔煉時要集中注意力，均勻投料，保持較高的熔煉溫度。 烘箱穩定運行的最重要誘因是保持床內空氣溫度分布恒定。 如果汽包的溫度分布受到嚴重破壞，烘箱的運行將受到嚴重干擾。 爐料在生產、加料、揭露中的細度和均勻度，以及汽包表面的處理，都會影響電極的運動。 通過大的、過強的柱塞耦合電極會破壞烘箱操作的穩定性。

4.2 收弧操作 收弧操作是將焊條適當嵌入爐料中，以半熔化爐料為阻抗體，使焊條與熔化爐料之間形成電弧。 為實現閉弧作業，首先要考慮進料方式。 喂養方式有一次性喂養法、分批喂養法和多次喂養法。 除一次性送料方式為開弧作業外，其他方式均可實現閉弧作業。 物理硅生產采用分批加料方式，料層結構穩定，能耗低，爐子壽命長。 操作中有幾個問題需要處理：一是選擇合適的電參數，使電極能以合適的深度插入材料層； 二是想辦法控制電荷的比內阻； 鋼有重要影響，粒度過大或過小均對爐況不利。 閉弧操作的優點是：①爐內料層結構能形成一個完整的體系，爐料順序下沉； ②弧光不外露，材料表面的輻射熱損失大大減少，保持轉換器溫度，提高熱效率，降低產值。 ，提高產品質量，增加能耗。 ③可使電極消耗達到平衡穩定，防止因漏扭而引起的車禍。 ④料面水溫較低，使料面設備受熱腐蝕少，延長了設備壽命，提高了電爐設備的利用率。 ⑤粉塵少，可使爐面作業有較好的操作環境。 無論烘箱大小，只要采取適當的措施，都可以實現閉弧操作，獲得理想的生產效果。

4.3 電弧爐是利用電弧產生的熱量進行加熱的設備。 在物理硅煉鐵過程中，數學物理變化與電氣系統密切相關。 配電運行的好壞對煉鐵效率有著十分重要的影響。 電弧主要存在于電端，空腔受電弧的沖擊推力作用，料腿分離，形成球泡狀。 在冶煉過程中，電爐電氣參數的控制由配電工作完成。 通常是控制電極的埋深。 電極埋得淺通常表示還原劑不足，電極附近有火孔，電弧聲很大，說明硅溫度低，數量少，耗電量大。 深埋電極，如果爐料中還原劑太少，電極位置會偏高。 由于爐料的內阻隨著爐料中碳的減少而降低，內阻的增加增加了電壓負荷，降低了電極消耗，降低了原材料的豐度。 生產中根據現場作業情況確定電極的埋入深度。 調整電極埋入深度就是改變爐料的電阻值，是調整爐況的最佳手段。 當電爐二次電流超過一定值時，會損壞電極，硅的揮發損失增加，汽包下部過熱，熱損失減少。 二次電壓受電極允許電壓密度的限制，不能隨便降低。

電壓與電流的比值是熔爐運行的重要誘因。 電壓電流比太小，電極下不去，難以進行亮弧生產。 如果電壓電流比太大，電極插入爐料太深，產量不夠，這是非常理想的。 在生產中，只有找到合適的電壓電流比，工作電壓穩定，物料平衡，電極升降，才能達到最佳的生產效果。 調節工作電流是調節爐子生產豐度的重要手段。 烘箱的工作電流取決于兩個方面：一是短網絡結構，需要較高的電效率和適當的功率激勵。 另一方面，爐況，包括爐體結構和生產操作條件，熔煉中工作內阻的阻值非常關鍵，容易變化，應努力使其穩定并接近最優值。 通常，為保證物料表面水溫正常，加大電流。 正常物料表面水溫在600℃左右。 使用符合尺寸的原材料，裝料細度大，內阻小，西路電壓大，電極不易擊穿。