CN106197037A - 三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法及系统 - Google Patents

三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法及系统，变压器二次侧三相接线端的每一相分为至少两根相互并联的电极接线端，每一所述电极接线端分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；所有的所述高品质挤压石墨电极从工业硅电炉的炉盖顶部穿进炉内，相邻的所述高品质挤压石墨电极不同相，三根不同相的所述高品质挤压石墨电极采用等边三角形均匀分布设置；三相多根所述高品质挤压石墨电极在炉内合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底和避免烘干电炉，极大节约电能和电极消耗。

Description

三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法及系统
技术领域：
本发明涉及一种石墨电极应用大容量工业硅埋弧炉冶炼方法，特别是涉及一种三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法及系统。
背景技术：
目前，国内外工业硅电炉生产多采用三相三根电极生产。过去由于挤压优质大规格φ600～φ800mm石墨电极因工艺技术复杂造成价格昂贵，而低档和振动石墨电极无法适应高效率、大容量工业硅上生产，只有采用低端大直径炭素电极φ1020～φ1400mm应用在高效率、大容量12500KVA～33000KVA工业硅电炉上。现在国内采用30MN以上大型挤压机、大型LWG串接石墨化和机加工系统生产得高品质φ600～φ800mm石墨电极技术已不受限制，且价格适中。该种电极相对于其它电极所具有结构均匀、导电性好、高密高强、承受电流密度高、低灰分等性能优点。若能采用三相六根或三相多根挤压φ600～φ800mm高品质挤压石墨电极在大型工业硅炉上应用，不但会彻底杜绝因产品质量产生的折断、开裂、掉块、氧化等安全责任事故，也能满足工业硅冶炼向大容量、高效低能耗、节能减排方向发展。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、通电截面增大、极大节约电能和电极消耗、导电性能好且安全性高的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法及系统。
本发明的技术方案是：
一种三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法，包括以下步骤：
a、将变压器二次侧三相接线端的每一相分为至少两根相互并联的电极接线端，每一所述电极接线端分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；或者，将变压器二次侧三相接线端相同极性的分为至少两组，每一组分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；
b、根据工业硅电炉的容量选择所述高品质挤压石墨电极的直径和数量，将所有的所述高品质挤压石墨电极从工业硅电炉的炉盖顶部穿进炉内，并且，相邻的所述高品质挤压石墨电极不同相，三根不同相的所述高品质挤压石墨电极采用等边三角形均匀分布设置；
c、三相多根所述高品质挤压石墨电极在炉内合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗。
所述高品质挤压石墨电极采用整套大规格超高功率石墨电极制造工艺系统加工而成，其关键工艺点是精选原料、压型工艺和石墨化工艺，所述压型工艺采用四段式干料加热、混捏、凉料、均温工艺系统再进入到30MN以上挤压机工序进行挤压生产；所述石墨化工艺采用送电电流密度≥30A/cm2的大型LWG串接石墨化生产方法。
所述高品质挤压石墨电极GHP-Ⅰ的产品技术指标为：电阻率7～9µΩ·m，体积密度1.62～1.70 g/cm3，抗折强度6～9 MPa，弹性模量6～10 GPa，热膨胀系数CTE（0～600℃）1.5～2.4×10-6/℃，灰分≤0.3%，允许电流密度＜12 A/cm2；或者，所述高品质挤压石墨电极GHP-Ⅱ的产品技术指标为：电阻率5～7µΩ·m，体积密度1.70～1.77 g/cm3，抗折强度9～14 MPa，弹性模量8～14 GPa，热膨胀系数CTE（0～600℃）1.2～2.0×10-6/℃，灰分≤0.15%，允许电流密度＜20 A/cm2；所述工业硅电炉容量为40000～60000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ600～φ800mm且数量为9根；所述工业硅电炉容量为30000～40000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ700～φ800mm且数量为6根；所述工业硅电炉容量为15000～30000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ600～φ700mm且数量为6根。
所述变压器二次侧三相接线端的每一相分为两根、三根、四根或五根相互并联的电极接线端，所述工业硅电炉的炉内形状是圆形、四边形或边数大于四的多边形。
三相六根石墨电极分别位于两个大小不同的正三角形的顶点上，并且，小的正三角形的顶点位于大的正三角形的三边中点上，或者，三相六根石墨电极沿圆周均布且间位于两个正三角形的顶点上；三相九根石墨电极沿圆周均布且间位于三个正三角形的顶点上，或者，三相九根石墨电极采用两个相互交接的等圆设置，其中一个圆上均布有六个石墨电极；三相十二根石墨电极采用三个相互交接的等圆设置，每一个圆上均布有六个石墨电极。
一种三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼系统，包括工业硅电炉，所述工业硅电炉上设置有炉盖，变压器二次侧三相接线端的每一相分为至少两根相互并联的电极接线端，每一所述电极接线端分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；或者，将变压器二次侧三相接线端相同极性的分为至少两组，每一组分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；根据工业硅电炉的容量选择所述高品质挤压石墨电极的直径和数量，所有的所述高品质挤压石墨电极从工业硅电炉的炉盖顶部穿进炉内，并且，相邻的所述高品质挤压石墨电极不同相，三根不同相的所述高品质挤压石墨电极采用等边三角形均匀分布设置；三相多根所述高品质挤压石墨电极在炉内合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗。
本发明的有益效果是：
1、本发明由于采用多根高品质挤压石墨电极的电炉送电结构，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗，并保护电炉在较长时间内稳定、高产、低耗，大幅度提高经济效益。
2、本发明因采用高品质挤压石墨电极，其优良性能优点可避免产品质量责任事故，进行安全生产，且能按客户要求精选超低灰分原料制造石墨电极来冶炼元素级高品位工业硅。
3、本发明高品质挤压石墨电极采用整套大规格超高功率石墨电极制造工艺系统加工而成，其关键工艺点：精选原料、压型工艺和石墨化工艺。压型工艺采用四段式干料加热、混捏、凉料、均温工艺系统再进入到30MN以上挤压机工序进行挤压生产；石墨化工艺采用送电电流密度≥30A/cm2的大型LWG串接石墨化生产方法，因而高品质挤压石墨电极相对于其它电极所具有结构均匀、导电性好、高密高强、承受电流密度高、低灰分等性能优点。
4、本发明根据工业硅电炉容量来选择高品质挤压石墨电极的直径和数量，既能充分利用高品质挤压石墨电极的功效，又能节约能耗。
5、本发明采用三相六根或三相多根挤压φ600～φ800mm高品质挤压石墨电极在大型工业硅电炉上应用，不但会彻底杜绝因产品质量产生的折断、开裂、掉块、氧化等安全责任事故，也能满足工业硅冶炼向大容量、高效低能耗、节能减排方向发展，其适用范围广，易于推广实施，经济效益明显。
附图说明：
图1为本发明三相六根挤压大规格石墨电极平面布置结构图之一；
图2为本发明三相六根挤压大规格石墨电极平面布置结构图之二；
图3为本发明三相九根挤压大规格石墨电极平面布置结构图之一；
图4为本发明三相九根挤压大规格石墨电极平面布置结构图之二；
图5为本发明三相十二根挤压大规格石墨电极平面布置结构图。
具体实施方式：
实施例：参见图1—图5，图中， A、B，C代表变压器的三相，A1-A4代表A相的不同石墨电极，B1-B4代表B相的不同石墨电极，C1-C4代表C相的不同石墨电极。
三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法机系统，其技术方案是：
a、将变压器二次侧三相接线端的每一相分为至少两根相互并联的电极接线端，每一电极接线端分别与一个高品质挤压石墨电极（简称石墨电极）连接；或者，将变压器二次侧三相接线端相同极性的分为至少两组，每一组分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；
b、将所有的高品质挤压石墨电极从工业硅电炉的炉盖顶部穿进炉内，并且，相邻的高品质挤压石墨电极不同相，三根不同相的高品质挤压石墨电极采用等边三角形均匀分布设置；
c、三相多根所述高品质挤压石墨电极在炉内合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗。
高品质挤压石墨电极采用整套大规格超高功率石墨电极制造工艺系统加工而成，其关键工艺点是精选原料、压型工艺和石墨化工艺，压型工艺采用四段式干料加热、混捏、凉料、均温工艺系统再进入到30MN以上挤压机工序进行挤压生产；所述石墨化工艺采用送电电流密度≥30A/cm2的大型LWG串接石墨化生产方法。
变压器二次侧三相接线端的每一相分为两根、三根、四根或五根相互并联的电极接线端，工业硅电炉的炉内形状是圆形、四边形或边数大于四的多边形。
三相六根石墨电极分别位于两个大小不同的正三角形的顶点上，并且，小的正三角形的顶点位于大的正三角形的三边中点上，或者，三相六根石墨电极沿圆周均布且间位于两个正三角形的顶点上；三相九根石墨电极沿圆周均布且间位于三个正三角形的顶点上，或者，三相九根石墨电极采用两个相互交接的等圆设置，其中一个圆上均布有六个石墨电极；三相十二根石墨电极采用三个相互交接的等圆设置，每一个圆上均布有六个石墨电极。
本发明三相多根高品质挤压石墨电极在炉内均匀合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗，并保护工业硅电炉在较长时间内稳定、高产、低耗，大幅度提高经济效益。
工业硅电炉采用不同电极供电方式单耗、电耗比较表如表1所示：
表1
项 目 单耗（Kg/吨工业硅） 电耗（度电/吨工业硅）
炭电极 100左右 12000左右
本发明石墨电极 50左右 10000以下
工业硅电炉容量与本发明石墨电极直径及数量的对应关系如表2所示：
表2
工业硅矿热炉（KVA） 40000～60000 15000～30000 30000～40000
炭电极直径规格（mm） --- Φ1100～φ1305/3根 Φ1305～φ1500/3根
本发明石墨电极 Φ600～φ800/9根 Φ600～φ700/6根 Φ700～φ800/6根
本发明高品质挤压石墨电极（GHP）的产品技术指标如表3所示：
表3
对原有企业，供电用变压器不变时，可采用炉用变压器二次侧三相接线端一相分两根、三根或四根并联接线端，联接炉内三相6根、9根或12根石墨电极呈等边三角形导电回路平面布局，使三相多根石墨电极在炉内均匀合理布局输电做功。
对新建工业硅电炉，新上供电用变压器也可设计为二次接线端相同极性的分为两组、三组或四组，联接炉内三相6根、9根或12根石墨电极呈等边三角形导电回路平面布局，使三相多根石墨电极在炉内均匀合理布局输电做功。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法，包括以下步骤：
a、将变压器二次侧三相接线端的每一相分为至少两根相互并联的电极接线端，每一所述电极接线端分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；或者，将变压器二次侧三相接线端相同极性的分为至少两组，每一组分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；
b、根据工业硅电炉的容量选择所述高品质挤压石墨电极的直径和数量，将所有的所述高品质挤压石墨电极从工业硅电炉的炉盖顶部穿进炉内，并且，相邻的所述高品质挤压石墨电极不同相，三根不同相的所述高品质挤压石墨电极采用等边三角形均匀分布设置；
c、三相多根所述高品质挤压石墨电极在炉内合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗。
2.根据权利要求1所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法，其特征是：所述高品质挤压石墨电极采用整套大规格超高功率石墨电极制造工艺系统加工而成，其关键工艺点是精选原料、压型工艺和石墨化工艺，所述压型工艺采用四段式干料加热、混捏、凉料、均温工艺系统再进入到30MN以上挤压机工序进行挤压生产；所述石墨化工艺采用送电电流密度≥30A/cm2的大型LWG串接石墨化生产方法。
3.根据权利要求1或2所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法，其特征是：所述高品质挤压石墨电极GHP-Ⅰ的产品技术指标为：电阻率7～9µΩ·m，体积密度1.62～1.70 g/cm3，抗折强度6～9 MPa，弹性模量6～10 GPa，热膨胀系数CTE（0～600℃）1.5～2.4×10-6/℃，灰分≤0.3%，允许电流密度＜12 A/cm2；或者，所述高品质挤压石墨电极GHP-Ⅱ的产品技术指标为：电阻率5～7µΩ·m，体积密度1.70～1.77 g/cm3，抗折强度9～14MPa，弹性模量8～14 GPa，热膨胀系数CTE（0～600℃）1.2～2.0×10-6/℃，灰分≤0.15%，允许电流密度＜20 A/cm2；所述工业硅电炉容量为40000～60000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ600～φ800mm且数量为9根；所述工业硅电炉容量为30000～40000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ700～φ800mm且数量为6根；所述工业硅电炉容量为15000～30000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ600～φ700mm且数量为6根。
4.根据权利要求1所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法，其特征是：所述变压器二次侧三相接线端的每一相分为两根、三根、四根或五根相互并联的电极接线端，所述工业硅电炉的炉内形状是圆形、四边形或边数大于四的多边形。
5.根据权利要求4所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼方法，其特征是：三相六根石墨电极分别位于两个大小不同的正三角形的顶点上，并且，小的正三角形的顶点位于大的正三角形的三边中点上，或者，三相六根石墨电极沿圆周均布且间位于两个正三角形的顶点上；三相九根石墨电极沿圆周均布且间位于三个正三角形的顶点上，或者，三相九根石墨电极采用两个相互交接的等圆设置，其中一个圆上均布有六个石墨电极；三相十二根石墨电极采用三个相互交接的等圆设置，每一个圆上均布有六个石墨电极。
6.一种三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼系统，包括工业硅电炉，所述工业硅电炉上设置有炉盖，其特征是：变压器二次侧三相接线端的每一相分为至少两根相互并联的电极接线端，每一所述电极接线端分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；或者，将变压器二次侧三相接线端相同极性的分为至少两组，每一组分别与一柱高品质挤压石墨电极连接；根据工业硅电炉的容量选择所述高品质挤压石墨电极的直径和数量，所有的所述高品质挤压石墨电极从工业硅电炉的炉盖顶部穿进炉内，并且，相邻的所述高品质挤压石墨电极不同相，三根不同相的所述高品质挤压石墨电极采用等边三角形均匀分布设置；三相多根所述高品质挤压石墨电极在炉内合理布局输电做功，通电截面增大，大容量生产容易使冶炼炉内的高温熔化区和还原反应生产硅液的区域得到扩大，多根电极下熔炼坩埚，覆盖区相互交叉重叠贯通，沉渣易于随硅水排出，不易造成长炉底现象和避免烧干电炉，能极大节约电能和电极消耗。
7.根据权利要求6所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼系统，其特征是：所述高品质挤压石墨电极采用整套大规格超高功率石墨电极制造工艺系统加工而成，其关键工艺点是精选原料、压型工艺和石墨化工艺，所述压型工艺采用四段式干料加热、混捏、凉料、均温工艺系统再进入到30MN以上挤压机工序进行挤压生产；所述石墨化工艺采用送电电流密度≥30A/cm2的大型LWG串接石墨化生产方法。
8.根据权利要求6或7所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼系统，其特征是：所述高品质挤压石墨电极GHP-Ⅰ的产品技术指标为：电阻率7～9µΩ·m，体积密度1.62～1.70 g/cm3，抗折强度6～9 MPa，弹性模量6～10 GPa，热膨胀系数CTE（0～600℃）1.5～2.4×10-6/℃，灰分≤0.3%，允许电流密度＜12 A/cm2；或者，所述高品质挤压石墨电极GHP-Ⅱ的产品技术指标为：电阻率5～7µΩ·m，体积密度1.70～1.77 g/cm3，抗折强度9～14MPa，弹性模量8～14 GPa，热膨胀系数CTE（0～600℃）1.2～2.0×10-6/℃，灰分≤0.15%，允许电流密度＜20 A/cm2；所述工业硅电炉容量为40000～60000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ600～φ800mm且数量为9根；所述工业硅电炉容量为30000～40000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ700～φ800mm且数量为6根；所述工业硅电炉容量为15000～30000KVA时，所述高品质挤压石墨电极的直径为Φ600～φ700mm且数量为6根。
9.根据权利要求6所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼系统，其特征是：所述变压器二次侧三相接线端的每一相分为两根、三根、四根或五根相互并联的电极接线端，所述工业硅电炉的炉内形状是圆形、四边形或边数大于四的多边形。
10.根据权利要求9所述的三相多根挤压石墨电极工业硅电炉送电冶炼系统，其特征是：三相六根石墨电极分别位于两个大小不同的正三角形的顶点上，并且，小的正三角形的顶点位于大的正三角形的三边中点上，或者，三相六根石墨电极沿圆周均布且间位于两个正三角形的顶点上；三相九根石墨电极沿圆周均布且间位于三个正三角形的顶点上，或者，三相九根石墨电极采用两个相互交接的等圆设置，其中一个圆上均布有六个石墨电极；三相十二根石墨电极采用三个相互交接的等圆设置，每一个圆上均布有六个石墨电极。
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