① 工業硅冶煉技術
我什麼都不懂 希望這些能幫你...工業硅又稱結晶硅或金屬硅。工業硅的主要用途是作為非鐵基合金的添加劑。硅加入到某些有色金屬中時，能提高基體金屬的強度、硬度和耐磨性，有時還能改善基體的鑄造性能和焊接性能。工業硅也用作要求嚴格的硅鋼的合金劑，冶煉特種鋼種和非鐵基金的脫氧劑。工業硅經一系列工藝處理後，可拉製成單晶硅，供電子工業使用。我國的工業硅貿易 ：進入21世紀以來，我國的工業硅一直出口到近60個國家和地區。2007年我國出口工業硅萬t以上的國家和地區就有14個，它們分別是：日本(22.48萬t)、香港特區(9.28萬t)。韓國(6.04萬t)、英國(3.86萬t)、泰國(3.74萬t)、印度(3.44萬t)、加拿大(3.11萬t)、荷蘭(3.11萬t)、德國(2.28萬t)、挪威(1.72萬t)、俄羅斯(1.52萬t)、澳大利亞(1.37萬t)、墨西哥(1.31萬t)、台灣省(1.13萬t)。圖2示出2007年中國工業硅出口到世界各個國家和地區的分布情況。
② 轉爐煉鋼 轉爐煉鋼
1、轉爐煉鋼法的分類轉爐是以鐵水為主要原料的現代煉鋼方法。該種煉鋼爐由圓台型爐帽、圓柱型爐身和球缺型爐底組成。爐身設有可繞之旋轉的耳軸，以滿足裝料和出鋼、倒渣操作，故而得名。酸性空氣底吹轉爐——貝塞麥爐（英國1856年） 空氣轉爐{ 鹼性空氣底吹轉爐——托馬斯爐（德國1878年） 鹼性空氣側吹轉爐（中國1952年）轉爐{ 氧氣頂吹轉爐——LD（奧地利1952年） 氧氣轉爐{ 氧氣底吹轉爐——OBM（德國1967年） 頂底復吹轉爐（法國1975年）2、氧氣頂吹轉爐煉鋼法簡介(1) 誕生的背景及簡稱現代煉鋼生產首先是一個氧化精煉過程，最初的貝氏爐和托馬斯爐之所以採用空氣吹煉正是利用其中的氧。二次世界大戰以後，工業制氧機在美國問世，使利用純氧煉鋼成為可能，但原來的底吹方式爐底及噴槍極易燒壞。美國聯合碳化物公司於1947年在實驗室進行氧氣頂吹轉爐的實驗並獲成功，命名為BOF。奧地利聞之即派有關專家前往參觀學習，回來後於1949年在2噸的轉爐上進行半工業性實驗並獲成功，1952年、1953年30噸氧氣頂吹轉爐分別在Linz和Donawitz建成投產，故常簡稱LD。1967年12月德國與加拿大合作發明了氧氣底吹轉爐，使用雙層套管噴嘴並通以氣態碳氫化合物進行冷卻。1975年法國研發了頂底復吹轉爐，綜合了LD和OBM的優點，77年在世界年會上發表。(2) 氧氣頂吹轉爐的特點1）優點氧氣頂吹轉爐一經問世就顯示出了極大的優越性，世界各國竟相發展，目前成為最主要的煉鋼法。其優點主要表現在：（1）熔煉速度快，生產率高（一爐鋼只需20分鍾）；（2）熱效率高，冶煉中不需外來熱源，且可配用10%～30%的廢鋼；（3）鋼的品種多，質量好（高低碳鋼都能煉，S、P、H、N、O及夾雜含量低）； （4）便於開展綜合利用和實現生產過程計算機控制。2）缺點當然，LD尚存在一些問題，如吹損較高（10%，）、所煉鋼種仍受一定限制（冶煉含大量難熔元素和易氧化元素的高合金鋼有一定的困難）等。3 氧氣轉爐的發展趨勢對於氧氣頂吹轉爐的推廣和普及首推日本迅速，且引導了LD的發展趨勢：（1）容量大型化（相對投資較小）；（2）配加爐外精煉以增加品種，提高質量（理論上可煉任何鋼種）；（3）引入底吹技術，實施復合吹煉（減少噴濺，降低吹損）；（5）實現冶煉過程計算機控制。 1轉爐煉鋼的原材料引言轉爐煉鋼所用原材料可分為金屬料和非金屬料兩大類。原材料質量的好壞，不僅關繫到吹煉操作的難易，而且會影響鋼的產量、質量和生產成本。1.1 金屬料轉爐煉鋼的金屬料主要是鐵水、廢鋼和鐵合金。1.1.1鐵水1 作用：轉爐煉鋼的主原料，一般占裝入量的70%以上。2 要求鐵水應符合一定要求，以簡化和穩定操作並獲得良好技術經濟指標。1）溫度≥1250℃而且穩定鐵水溫度的高低，標志著其物理熱的多少。較高的鐵水溫度，不僅能保證轉爐吹煉順利進行，同時還能增加廢鋼的配加量，降低生產成本。因此，希望鐵水的溫度盡量高些，一般應保證入爐時仍在1250℃～1300℃以上。另外，還希望鐵水溫度相對穩定，以利於冶煉操作和生產調度。2）成分合適而且波動小 轉爐煉鋼的適應性較強，可將各種成分的鐵水吹煉成鋼。但是，為了方便轉爐操作及降低生產成本，鐵水的成分應該合適而穩定。（1）鐵水的含磷量≤0.4%：磷會使鋼產生「冷脆」現象，是鋼中的有害元素之一。轉爐單渣法冶煉時的脫磷效果為85%～95%，普碳鋼的含磷量通常要求≤0.04%,因此，國標規定鐵水的含磷量小於0.4%。需要指出的是，高爐內不能去磷，如果鐵水的含磷量超過0.4%,或者吹煉低磷鋼，則需採用雙渣法冶煉或對鐵水進行預脫磷處理。（2）鐵水的含硫量≤0.07%：硫會使鋼產生「熱脆」現象，也是鋼中的有害元素。轉爐的脫硫效果不理想，單渣法冶煉時的脫硫率僅為30%～35%，而通常要求鋼液的含硫量在0.05%以下，因此國標規定鐵水含硫量≤0.07%。如果鐵水含硫量超過0.07%或吹煉低硫鋼，則需採用雙渣法冶煉或對鐵水進行預脫硫處理。（3）鐵水的含硅量：鐵水中的硅是轉爐煉鋼的主要發熱元素之一，含硅量每增加0.1%，廢鋼比可增加1.3%～1.5%。對於大、中型轉爐，鐵水含硅量以0.5%～0.8%為宜。小型轉爐的熱損較大，鐵水的含硅量可以高些。若含硅量低於0.5%,鐵水的化學熱不足,會導致廢鋼比下降,小容量轉爐甚至不能正常吹煉；反之，如果鐵水含硅量高於0.8%,不僅會增加造渣材料的消耗，而且使爐內的渣量偏大，過多的渣量容易引起噴濺，增加金屬損失。另外，鐵水含硅量高時，初期渣子的鹼度低，對爐襯的侵蝕作用加劇；同時，初期渣中的二氧化硅含量高，這會使渣中的FeO、MnO含量相對降低，容易在石灰塊表面生成一層熔點為2130℃的2CaO•SiO2外殼，阻礙石灰熔化，降低成渣速度，不利於早期的去磷。應該指出的是，一些鋼廠鐵水的含硅量超過了1.2%，個別的甚至達到了1.5%，對此應進行預脫硅處理，以減輕轉爐的負擔。（4）鐵水的含錳量：鐵水中的錳是一種有益元素，主要體現在錳氧化後生成的氧化錳能促使石灰溶解，有利於提高爐齡和減輕氧槍粘鋼。我國大多數鋼鐵廠所用鐵水的含錳量都不高，多為0.2%～0.4%。提高鐵水含錳量的方法主要是向高爐的原料中配加錳礦石，但這將會使煉鐵生產的焦比升高和高爐的生產率下降。對於鐵水增錳的合理性還需要做詳細的技術經濟對比，因此，目前對鐵水含錳量不提硬性要求。（5）鐵水的含碳量：碳也是轉爐煉鋼的主要發熱元素，≥3.5%的含碳量即可滿足冶煉要求，而通常鐵水含碳4%左右，故一般不做要求。國內一些轉爐煉鋼廠對鐵水成分的控制見表（6）1-1。3）帶渣量≤0.5%高爐渣中含有大量的S、SiO2，因此希望兌入轉爐的鐵水盡量少帶渣，以減輕脫硫任務和減少渣量，通常要求帶渣量不得超過0.5%。3 鐵水的預處理定義：鐵水在兌入轉爐之前進行的脫硫、脫磷或脫硅操作叫做鐵水預處理。目的：減輕高爐、轉爐的負擔，提高生產率。1）鐵水爐外脫硫鐵水脫硫的條件比鋼水優越（鐵水中碳、硅、磷等元素的含量高，硫的活度系數大，同時鐵水中的氧含量低），脫硫效率比鋼水脫硫高4～6倍，經濟上比轉爐雙渣法合算，因此鐵水預脫硫技術已被國內外廣泛採用。基本思路：向鐵水中加入脫硫劑使之化合入渣。（1）脫硫劑及其特點：目前常用的鐵水預脫硫劑主要有以下四種。①電石粉（CaC2）脫硫反應：CaC2（S）+[S]=CaS(S)+2[C]特點：脫硫能力強，但脫硫過程中有少量CO和C2H2逸出，並帶出電石粉，污染環境，因而必須安裝除塵裝置；價格較貴。②石灰粉（CaO）脫硫反應：2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=CaS(S)+1/22CaO•SiO2（S）特點：價格便宜，脫硫成本低，但單獨使用時脫硫能力差，而且石灰表面會出現C2S，阻礙脫硫反應繼續進行，降低脫硫速度和效率，為此，常配加適量的鋁或蘇打粉避免C2S的生成：CaO(S)+[S]+2/3[Al]=CaS(S)+1/3Al2O3（S）使脫硫速度和效率明顯提高，如8圖1-1。③蘇打粉（Na2CO3）脫硫反應：Na2CO3（l）+[S]+[Si]=Na2S(l)+SiO2(S)+{CO}特點：脫硫能力很強，且產生的氣體具有攪拌作用，脫硫速度快，但價格貴且污染嚴重，現已很少使用，有時與其它粉劑配成復合脫硫劑。④金屬鎂脫硫反應：金屬鎂的沸點僅為1107℃，鐵水溫度下為氣體，故脫硫反應為：{Mg}+[S]=MgS(S)特點：金屬鎂直接加入鐵水時，會發生爆發式氣化反應，不僅導致鎂的利用率大大降低，而且還會引起鐵水噴濺而造成事故，因此不能單獨使用，常與其它粉劑組成復合脫硫劑。在相同的鐵水條件下，各脫硫劑的能力強弱順序為：Na2CO3、CaC2、Mg、CaO，見9表1-3。以上脫硫劑有的可單獨使用，但多為幾種配合使用，如電石粉+石灰粉、金屬鎂+電石粉、石灰粉+蘇打粉、金屬鎂+石灰粉等，其脫硫能力有較大差別。（2）脫硫的方法及效果：鐵水預脫硫的基本工藝是向鐵水中加入脫硫劑並使之混合而發生脫硫反應，目前使用最廣泛的是機械攪拌法和噴吹法。①機械攪拌法混合方式：將脫硫劑加入鐵水罐中，用耐火材料製成的攪拌器插入鐵水攪拌，使之與脫硫劑充分混合。特點：脫硫效果與攪拌器的轉速及脫硫劑的種類有關，見（10）圖1-3、1-4。此法有多種形式，具有代表性的是日本的KR法（電石粉為主），武鋼二煉79年引進，經消化改造使用以石灰粉為主的脫硫劑。②噴吹法混合方式：它是以空氣或惰性氣體為載體，利用噴槍將粉狀脫硫劑噴射到鐵水中，使鐵水與脫硫劑充分混合。寶鋼80年代由日本引進的叫DTS法，噴吹電石粉。各種脫硫劑在噴射法中的應用效果見圖1-6。實際生產中，各廠應根據要求達到的脫硫程度、鐵水的熱損和鐵損、脫硫設備費用、環境污染等問題，選用最適合的脫硫劑和脫硫方法。2）鐵水預脫硅基本思路：向鐵水中加入氧化性的脫硅劑，使之氧化成SiO2進入爐渣。（1）脫硅劑：常用的脫硅劑是以氧化鐵皮和燒結礦粉為主，配加少量石灰和螢石以降低渣子的黏度。各廠家所用配比也不完全一樣：日本福山 氧化鐵皮70～100%，石灰0～20%，螢石0～10%；日本水島 燒結礦粉75%，石灰25%。脫硅劑用量約為15～30kg/t。（2）脫硅方法：常用的爐外脫硅方法有投入法和頂噴法兩種。投入法是在高爐出鐵時，將脫硅劑投到鐵水溝中，藉助鐵水流入鐵水罐的沖擊攪拌作用使之充分混合、反應。這是最早的一種脫硅方法，效率較低，通常在50%左右。頂噴法是用0.2～0.3MPa壓力的空氣通過噴槍從（鐵溝或流入鐵水灌的鐵水流）鐵水液面以上一定高度將脫硅劑噴入，使之混合、反應。由於該方式使鐵水與脫硅劑兩次混合，所以脫硅效率高達70～80%，鐵水含硅可達0.1～0.15%以下。3）鐵水預脫磷轉爐煉鋼的脫磷效率較高，雙渣法冶煉尤其如此，但會增加造渣材料消耗，並延長冶煉時間，生產成本增大。近年來，鐵水的爐外脫磷研究有了較大的發展，已用於工業生產。基本思路：向鐵水中加入脫磷劑使其中的磷氧化並固定在渣中。（1）脫磷劑：目前廣泛使用的是蘇打系和石灰系兩類。蘇打系脫磷劑：2[P]+5[O]+3Na2CO3(S)=(Na2O•P2O5)+3{CO}石灰系脫磷劑：2[P]+5[O]+4CaO(S)=(4 CaO•P2O5)，其中常配有一定的氧化鐵皮或燒結礦粉和螢石粉助熔劑。（2）脫硅處理：由於磷與氧的親和力小於硅與氧的親和力，而且鐵水中總含有一定的硅，因此，欲要脫磷需先進行脫硅處理。使用蘇打系脫磷時要求[Si]＜0.1%，使用石灰系處理時要求[Si]＜0.15%。（3）鐵水爐外脫磷方法及效果：目前，鐵水脫磷方法主要噴吹法，它是以氣體作載體將脫磷劑噴吹到鐵水包中，使之充分混合，快速脫磷。日本新日鐵以氬氣噴吹45kg/t，時間20min，脫磷率達90%左右。3）鐵水同時脫硫和脫磷從上所述，蘇打和石灰既是脫硫劑也是脫磷劑，因此鐵水同時進行脫硫和脫磷不僅成本低而且生產率高。目前，已在工業上應用的同脫工藝有以下兩種。（1）SARP法：即日本住友的鹼性精煉工藝，它是將鐵水首先進行脫硅處理，當[Si]＜0.1%後扒出爐渣，然後噴吹19kg/t蘇打粉，脫硫率可達96%，脫磷率可達95%。該法的特點是，脫硫磷效率高，但處理成本高、耐火材料侵蝕嚴重，同時有氣體（CO）污染。（2）ORP法：也是先進行脫硅處理，當[Si]＜0.15%後扒出爐渣，然後噴吹52kg/t石灰基粉料，脫硫率可達80%，脫磷率可達88%。該法的特點是，處理成本低，但渣量大而鐵損多（TFe=20～30%）。 1.1.2廢鋼1 作用：廢鋼是轉爐煉鋼的另一種金屬爐料，其作用是冷卻熔池。氧氣頂吹轉爐煉鋼中，主原料鐵水的物理熱和化學熱足以把熔池的溫度從1250℃～1300℃加熱到1600℃左右的煉鋼溫度，且有富餘熱量，廢鋼就是被用來消耗這些富餘熱量，以調控熔池的溫度。2 要求（1）清潔、少銹，無混雜，不含有色金屬；（2）最大長度不得超過爐口直徑的二分之一，最大截面積要小於爐口面積的五分之一。3 廢鋼的加工和預熱1）廢鋼的加工轉爐煉鋼所用廢鋼多為外購廢鋼。其來源廣泛，大小懸殊，外形各異，且多有混雜，應針對所購廢鋼的特點進行相應的加工處理如切割、打包、火燒、挑揀、水洗等，以滿足轉爐煉鋼對入爐廢鋼的基本要求。2）廢鋼的預熱目的：提高廢鋼比（見17表1-8），降低生產成本。方法及效果：利用鐵水罐余熱和燃料燃燒加熱。（首鋼）將廢鋼裝入鐵水罐中，置於煤氣烘烤器下烘烤30～40min，然後接鐵水一並倒入轉爐，廢鋼比提高10%。1.1.3鐵合金作用：脫氧劑、合金劑。種類：主要是Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si及Al，根據常煉鋼種不同還可能有Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo、Ni等合金。要求：成分准確、塊度合適（5～40mm）、用前烘烤。思考題1簡述氧氣轉爐的發展趨勢。2轉爐煉鋼對鐵水有哪些要求？3常用的脫硫劑有哪些？它們的脫硫能力如何？4鐵水爐外預脫硫方法有哪些？影響機械攪拌法脫硫效果的因素是什麼？5簡述SARP法同時脫硫脫磷工藝過程。6煉鋼用石灰應滿足哪些要求？2.2底吹氣體射流2.2.1底吹氣體的行為森一美等冶金學家，實驗用氮氣從底部吹入水或水銀中，並用高速攝影機拍攝其流出情況，發現氣體通過浸沒式噴嘴流出時在熔池中的行為有兩種：（1）鼓泡流速較小時，氣體在噴嘴出口鼓起而形成氣泡並逐漸長大，當氣泡長大一定程度（浮力大於粘滯力）後則脫離孔口上浮，這一現象稱為鼓泡。（2）形成射流流速較大時，氣體在孔口上形成連續的氣流射入液體中，這種現象稱為浸沒式射流。實驗發現，由流量計算的表觀馬赫數Ma/增加到1以上時，從噴嘴流出的氣體由鼓泡轉變成射流，即表觀馬赫數Ma/等於1的速度為臨界流速，如（32）圖2-12。表觀馬赫數Ma/用2-9式計算：Ma/=υ/a=Q/aA式中 υ——氣體出口速度，m/s；a——室溫的音速，m/s；A——噴嘴截面積，m2；Q——氣體流量，m3/s。
③ 電冶旋轉硅鈣爐原理
是利用電阻加熱效應，通過內部加熱元件（如電極）施加高溫高壓電流，使原料在旋轉的爐體內不斷碰撞和摩擦，從而發生化學反應，生成鈣硅合金。該設備的工作過程可以分為三個步驟。
1、原料的加入。
2、爐體內電極間的電弧放電，咐碰使原料發生化學反應租棚。衡型談
3、產物的收集和處理。
④ 工業硅的冶煉工藝和技術
石英(沙子)與碳在電弧爐中冶煉提純到98%並生成工業硅，其化學反應SiO2+2C=Si+2CO
為了滿足半導體級高純度的需要，必須進一步提純。把工業硅粉碎並用無水氯化氫(HCl)與之反應在一個流化床反應器中，生成三氯氫硅(SiHCl3)。
其化學反應Si+3HCl=SiHCl3+H2
在此基礎上還需要進一步提純，經過一系列化學分離提純工藝除去一些電活性雜質，碳和過渡元素雜質，才能使SiHCl3 的純度達到半導體級的標准要求。
多晶硅採用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成。其化學反應SiHCl3+H2=Si+3HCl。經過如此提純工藝技術，可生產出半導體級高純硅SiHCl3、SiH2Cl2及光纖級高純硅SiCl4。