一种石油焦冶炼金属硅工艺的制作方法
本发明涉及金属硅冶炼，具体为一种石油焦冶炼金属硅工艺。
背景技术：
1、金属硅，又称结晶硅或工业硅，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98%左右（近年来，含si量99.99%的也包含在金属硅内），其余杂质为铁、铝、钙等。
2、随着石油工业的发展，石油焦作为石油炼制的副产品，其含碳量高、价格相对较低且来源广泛。将石油焦应用于金属硅冶炼，有望解决传统还原剂带来的问题，但当前的石油焦冶炼金属硅工艺仍存在一些不足，如冶炼效率欠佳、产品质量不稳定、能耗较高以及对环境存在一定影响等，因此，有必要对石油焦冶炼金属硅工艺进行改进和完善，为此提出解决上述问题的一种石油焦冶炼金属硅工艺。
技术实现思路
1、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
2、一种石油焦冶炼金属硅工艺，包括以下步骤：对硅石原料进行预处理，将其破碎至粒度为20 - 80mm的颗粒，并进行磁选除铁，以降低硅石中的铁含量，提高金属硅的纯度；同时，对石油焦进行研磨，使其粒度达到30 - 100目，以增加石油焦的比表面积，提高其反应活性。
3、进一步地，在配料过程中，将预处理后的硅石和石油焦按照质量比为10:3 - 10:4的比例进行混合，并加入占混合料总质量2% - 5%的氟化钙作为助熔剂，以降低反应温度，提高冶炼效率；此外，还需加入占混合料总质量0.5% - 1%的氧化镁作为抗氧化剂，以减少金属硅在冶炼过程中的氧化损失。
4、进一步地，其要求在电炉熔炼过程中，将混合料均匀地加入电炉内，控制电炉的加热功率，使炉内温度在1900 - 2100℃之间，电流强度在8000 - 12000a之间，电压在120 -180v之间；同时，采用连续进料和出料的方式，保持炉内物料的动态平衡，熔炼时间为10 -15小时，以使硅石和石油焦充分反应，生成金属硅液和炉渣。
5、进一步地，在精炼过程中，将熔炼得到的金属硅液转移至精炼炉中，向炉内通入氩气和氯气的混合气体进行搅拌和精炼，其中氩气和氯气的体积比为5:1 - 10:1，通气时间为1 - 2小时；通过氯气的强氧化性，去除金属硅液中的杂质元素，如铝、钙、钛等，提高金属硅的纯度；同时，氩气的通入可以起到搅拌作用，使反应更加均匀。
6、进一步地，其中精炼过程中的保温温度控制在1600 - 1700℃之间，保温时间为2- 3小时；在保温过程中，金属硅液中的杂质进一步上浮和凝聚，形成浮渣；通过定期清除浮渣，可以有效地去除金属硅液中的杂质，提高金属硅的质量；保温结束后，将金属硅液静置一段时间，使其中的微小杂质颗粒充分沉淀，进一步提高金属硅的纯度。
7、进一步地，在浇铸步骤中，使用耐高温的石墨模具作为浇铸容器，将精炼后的金属硅液在1450 - 1550℃的温度下缓慢浇铸到模具中；在浇铸过程中，要控制浇铸速度和流量，避免金属硅液产生飞溅和气泡，确保浇铸质量；浇铸完成后，让金属硅锭在模具中自然冷却至室温，然后脱模取出。
8、进一步地，在破碎和筛分环节，采用颚式破碎机和圆锥破碎机对冷却后的金属硅锭进行两级破碎，将其破碎至粒度为50 - 100mm的小块；然后，通过振动筛对破碎后的物料进行筛分，将粒度不符合要求的物料返回破碎机进行再次破碎，直至得到粒度为10 -100mm的金属硅产品；在破碎和筛分过程中，要注意控制粉尘的产生，采用喷水降尘和吸尘装置等措施，减少环境污染。
9、进一步地，该工艺过程中产生的废气主要包括电炉熔炼过程中产生的烟尘和精炼过程中产生的含氯气体等；对于废气的处理，采用布袋除尘器和湿式洗涤塔相结合的方法进行净化处理；首先，通过布袋除尘器去除废气中的烟尘颗粒，然后将废气通入湿式洗涤塔中，用氢氧化钠溶液吸收其中的含氯气体，使废气达到国家排放标准后进行排放。
10、进一步地，在整个冶炼过程中，通过安装在电炉、精炼炉和浇铸设备上的温度传感器、压力传感器、电流传感器和电压传感器等检测设备，对各工艺参数进行实时监测和数据采集；将采集到的数据传输至中央控制系统，通过计算机软件对数据进行分析和处理，根据分析结果对冶炼设备的运行参数进行自动调整和优化，以确保冶炼过程的稳定性和产品质量的一致性。
11、进一步地，对冶炼后的金属硅产品进行质量检测，检测项目包括化学成分分析、物理性能检测和外观质量检查等；化学成分分析主要检测金属硅中的硅含量、杂质元素含量等；物理性能检测主要检测金属硅的硬度、密度、熔点等；外观质量检查主要检查金属硅的表面是否光滑、有无裂纹和夹杂物等；通过严格的质量检测，确保产品符合国家标准和客户的要求，提高产品的市场竞争力。
12、有益效果
13、1、该一种石油焦冶炼金属硅工艺，通过通过对硅石和石油焦的预处理，优化配料比例，以及精确控制冶炼和精炼过程中的工艺参数，能够使硅石和石油焦充分反应，有效去除杂质，提高金属硅的纯度和产量，采用石油焦作为还原剂，相较于传统的还原剂，石油焦价格相对较低，且来源广泛，能够降低原材料成本。此外，通过优化工艺参数，提高冶炼效率，降低能耗，也能够进一步降低生产成本。
14、2、该一种石油焦冶炼金属硅工艺，通过在冶炼过程中，通过废气处理系统对产生的烟尘和含氯气体等进行净化处理，使其达到国家排放标准后进行排放，能够有效减少对环境的污染。同时，通过对工艺过程的优化，减少废渣的产生，也有利于环境保护，通过安装在冶炼设备上的各种传感器，对工艺参数进行实时监测和数据采集，并通过中央控制系统对数据进行分析和处理，实现对冶炼设备运行参数的自动调整和优化，能够确保冶炼过程的稳定性和产品质量的一致性。
技术特征：
1.一种石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，包括以下步骤：对硅石原料进行预处理，将其破碎至粒度为20 - 80mm的颗粒，并进行磁选除铁，以降低硅石中的铁含量，提高金属硅的纯度；同时，对石油焦进行研磨，使其粒度达到30 - 100目，以增加石油焦的比表面积，提高其反应活性。
2.根据权利要求1所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，在配料过程中，将预处理后的硅石和石油焦按照质量比为10:3 - 10:4的比例进行混合，并加入占混合料总质量2% - 5%的氟化钙作为助熔剂，以降低反应温度，提高冶炼效率；此外，还需加入占混合料总质量0.5% - 1%的氧化镁作为抗氧化剂，以减少金属硅在冶炼过程中的氧化损失。
3.根据权利要求2所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于将混合料均匀地加入电炉内，控制电炉的加热功率，使炉内温度在1900 - 2100℃之间，电流强度在8000 - 12000a之间，电压在120 - 180v之间；同时，采用连续进料和出料的方式，保持炉内物料的动态平衡，熔炼时间为10 - 15小时，以使硅石和石油焦充分反应，生成金属硅液和炉渣。
4.根据权利要求3所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，在精炼过程中，将熔炼得到的金属硅液转移至精炼炉中，向炉内通入氩气和氯气的混合气体进行搅拌和精炼，其中氩气和氯气的体积比为5:1 - 10:1，通气时间为1 - 2小时；通过氯气的强氧化性，去除金属硅液中的杂质元素，如铝、钙、钛等，提高金属硅的纯度；同时，氩气的通入可以起到搅拌作用，使反应更加均匀。
5.根据权利要求4所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，其中精炼过程中的保温温度控制在1600 - 1700℃之间，保温时间为2 - 3小时；在保温过程中，金属硅液中的杂质进一步上浮和凝聚，形成浮渣；通过定期清除浮渣，可以有效地去除金属硅液中的杂质，提高金属硅的质量；保温结束后，将金属硅液静置一段时间，使其中的微小杂质颗粒充分沉淀，进一步提高金属硅的纯度。
6.根据权利要求5所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，在浇铸步骤中，使用耐高温的石墨模具作为浇铸容器，将精炼后的金属硅液在1450 - 1550℃的温度下缓慢浇铸到模具中；在浇铸过程中，要控制浇铸速度和流量，避免金属硅液产生飞溅和气泡，确保浇铸质量；浇铸完成后，让金属硅锭在模具中自然冷却至室温，然后脱模取出。
7.根据权利要求6所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，采用颚式破碎机和圆锥破碎机对冷却后的金属硅锭进行两级破碎，将其破碎至粒度为50 - 100mm的小块；然后，通过振动筛对破碎后的物料进行筛分，将粒度不符合要求的物料返回破碎机进行再次破碎，直至得到粒度为10 - 100mm的金属硅产品；在破碎和筛分过程中，要注意控制粉尘的产生，采用喷水降尘和吸尘装置等措施，减少环境污染。
8.根据权利要求7所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，该工艺过程中产生的废气主要包括电炉熔炼过程中产生的烟尘和精炼过程中产生的含氯气体等；对于废气的处理，采用布袋除尘器和湿式洗涤塔相结合的方法进行净化处理；首先，通过布袋除尘器去除废气中的烟尘颗粒，然后将废气通入湿式洗涤塔中，用氢氧化钠溶液吸收其中的含氯气体，使废气达到国家排放标准后进行排放。
9.根据权利要求8所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，在整个冶炼过程中，通过安装在电炉、精炼炉和浇铸设备上的温度传感器、压力传感器、电流传感器和电压传感器等检测设备，对各工艺参数进行实时监测和数据采集；将采集到的数据传输至中央控制系统，通过计算机软件对数据进行分析和处理，根据分析结果对冶炼设备的运行参数进行自动调整和优化，以确保冶炼过程的稳定性和产品质量的一致性。
10.根据权利要求9所述的石油焦冶炼金属硅工艺，其特征在于，对冶炼后的金属硅产品进行质量检测，检测项目包括化学成分分析、物理性能检测和外观质量检查等；化学成分分析主要检测金属硅中的硅含量、杂质元素含量等；物理性能检测主要检测金属硅的硬度、密度、熔点等；外观质量检查主要检查金属硅的表面是否光滑、有无裂纹和夹杂物等。
技术总结
本发明涉及金属硅冶炼技术领域，且公开一种石油焦冶炼金属硅工艺，包括以下步骤：对硅石原料进行预处理，将其破碎至粒度为20‑80mm的颗粒，并进行磁选除铁，以降低硅石中的铁含量，提高金属硅的纯度；同时，对石油焦进行研磨，使其粒度达到30‑100目，以增加石油焦的比表面积，提高其反应活性。本发明通过对硅石和石油焦的预处理，优化配料比例，以及精确控制冶炼和精炼过程中的工艺参数，能够使硅石和石油焦充分反应，有效去除杂质，提高金属硅的纯度和产量，采用石油焦作为还原剂，相较于传统的还原剂，石油焦价格相对较低，且来源广泛，能够降低原材料成本。此外，通过优化工艺参数，提高冶炼效率，降低能耗。
技术研发人员：承志,罗烨栋,李振兴
受保护的技术使用者：新疆西部合盛硅材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5