CN117142475B - 一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，包括以下步骤：当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2的情况下，矿热炉停止进料，控制电极的初始电流为70KA至80KA，待剩余料冶炼排出矿热炉后进入清理阶段；控制电极的空烧电流为30KA至40KA，并控制矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动；当H≤300mm的情况下，空烧清理炉底硅完成。能够在不停炉的情况下清理炉底硅渣，能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免在清理炉底硅后需要重新启炉烘炉，从而避免延长停炉的时间，且能够避免重新启炉烘炉而导致能耗增大，进而降低生产成本，避免因停炉清理炉底硅而影响生产进程。
Description
技术领域
本申请涉及工业硅冶炼生产技术领域，特别是涉及一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法。
背景技术
工业硅的生产是将石英石、石油焦、烟煤等原料按一定比例配制后放入矿热炉中进行高温冶炼生产单质的液体硅的过程，高温冶炼的过程是在电弧产生的热能提供的高温条件下，以石油焦中所含的碳作为还原剂，将石英石和烟煤等原料中含有的二氧化硅还原为单质的液体硅的过程。在高温冶炼完成后，采用石墨棒将矿热炉的炉眼烧穿，液体硅通过被烧穿的炉眼流出形成工业硅产品。
工业硅的整个生产过程，包括从原料配制到制成产品均系无渣法生产，由于无渣法生产的特性，在获得工业硅产品的同时，高温冶炼后形成的炉渣得不到很好的溶解，难以流出，进而残留于矿热炉的内部，大部分的炉渣沉积在矿热炉的底部，一些难以流出的液体硅也会残存于硅渣的内部，无法流出，也残存于炉渣的内部，经冷却后凝固在炉渣的内部，与炉渣融为一体形成含有硅的炉底硅渣，多次使用矿热炉进行工业硅生产后，高温冶炼后的炉底硅渣会在矿热炉的底部不断聚积形成较厚的炉底硅渣（炉底硅），矿热炉的炉底也随炉底硅渣逐步上涨，电流变大，为保护电极，电极需要上移，炉温上移，导致埋弧效果差，热量散失严重，且会导致产量降低，对工业硅的生产产生不利影响。在实际生产过程中，一个矿热炉在使用5个月至7个月后必须得停止使用，清理掉炉底硅渣后才能再次使用矿热炉。
现有技术中，需要停炉清理炉底硅渣，停炉清理炉底硅渣（如申请号为201510027125.8、名称为一种水汽清硅法的中国发明专利）后又需要重新启炉烘炉，延长了停炉的时间，且重新启炉烘炉导致能耗增大，致使生产成本上升，还会延迟生产进程，此外，清理炉底硅渣的成本也较高。但现有技术中仍没有一种在不停炉的情况下清理炉底硅渣的方法。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中需要停炉清理炉底硅渣，停炉清理炉底硅渣后又需要重新启炉烘炉，延长了停炉的时间，且重新启炉烘炉导致能耗增大，致使生产成本上升，还会延迟生产进程的问题。本申请提供一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，能够在不停炉的情况下清理炉底硅渣，能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免在清理炉底硅后需要重新启炉烘炉，从而避免延长停炉的时间，且能够避免重新启炉烘炉而导致能耗增大，进而降低生产成本，加快生产进程，避免因停炉清理炉底硅而影响产能，能够解决现有技术中的上述问题。
一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，包括以下步骤：
S10.正常冶炼阶段：获取电极与炉底之间的高度H，获取矿热炉的实时产量Q1，所述矿热炉的额定产量为Q2，当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2的情况下，所述矿热炉停止进料，进入预清理阶段；
S20.预清理阶段：控制所述电极的初始电流为70KA至80KA，初始电压为200V至230V，并保持所述电极固定，继续冶炼所述矿热炉内的剩余料，待剩余料冶炼排出所述矿热炉后进入清理阶段；
S30.清理阶段：控制所述电极的空烧电流为30KA至40KA，空烧电压为290V至320V，并控制所述矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动，开始空烧清理炉底硅，在空烧清理炉底硅的过程中，通过控制所述电极下降，以使所述电极的空烧电流保持在30KA至40KA，空烧电压保持在290V至320V；
S40.当H≤300mm的情况下，空烧清理炉底硅完成。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，在所述S20步骤中，所述控制所述电极的初始电流为70KA至80KA的步骤具体包括以下步骤：
在正常冶炼阶段所述电极的电流＞80KA的情况下，保持所述矿热炉的电流参数档位不变，通过控制所述电极上升，以控制所述电极的初始电流为70KA至80KA；
在正常冶炼阶段所述电极的电流＜70KA的情况下，保持所述电极固定，通过控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极的初始电流为70KA至80KA。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，在所述S20步骤中，所述待剩余料冶炼排出所述矿热炉后进入清理阶段的步骤具体包括以下步骤：
控制所述矿热炉每间隔预设时间排出一次硅水；
在排出硅水的量小于0.3立方的情况下，进入所述清理阶段。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，在所述S20步骤中，所述待剩余料冶炼排出所述矿热炉后进入清理阶段的步骤具体包括以下步骤：
控制所述矿热炉自停止进料起间隔预设时间第一次排出硅水，并检测硅水的排出量M；
控制所述矿热炉自第一次排出硅水起每间隔所述预设时间排出一次硅水，并检测每次硅水的排出量N；
当N＜20%*M的情况下，进入所述清理阶段。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，所述预设时间为1h至2h。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，在所述S30步骤中，所述控制所述电极的空烧电流为30KA至40KA的步骤具体包括以下步骤：
检测所述电极的电流，当所述电极的电流＞40KA的情况下，保持所述矿热炉的电流参数档位不变，通过控制所述电极上升，以控制所述电极的空烧电流为30KA至40KA；
当所述电极的电流＜30KA的情况下，保持所述电极固定，通过控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极的空烧电流为30KA至40KA。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，所述S40具体包括以下步骤：
S41.当H≤300mm的情况下，获取所述电极在前1h内的下移量L1；
S42.当L1≤20mm的情况下，空烧清理炉底硅完成；
S43.当L1＞20mm的情况下，继续空烧清理炉底硅，获取所述电极在每半小时内的下移量L2，当L2≤5mm的情况下，空烧清理炉底硅完成。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，还包括以下步骤：
S51.控制所述矿热炉的电流参数档位归零，所述电极的电流和电压均降至零，并控制所述电极的起弧距离为200mm至250mm，再向所述矿热炉内添加炉料；
S52.待炉料添加完成后，通过逐步控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极的电流提高至80KA至90KA，电压提高至200V至220V，以重新进入正常冶炼阶段。
优选地，上述一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，还包括以下步骤：
S53.控制所述电极的起弧距离为200mm至250mm，并通过所述矿热炉的电流参数档位控制所述电极的电流为2KA至7KA，再向所述矿热炉内添加炉料；
S54.待炉料添加完成后，通过逐步控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极的电流提高至80KA至90KA，电压提高至200V至220V，以重新进入正常冶炼阶段。
本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本申请实施例公开的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，适用于33.0MVA的矿热炉，当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2时，表面需要清理掉炉底硅，此时控制矿热炉停止进料，进入预清理阶段，在预清理阶段，控制电极100的初始电流为70KA至80KA，初始电压为200V至230V，通过该冶炼电参数冶炼剩余料，随着预清理阶段的进行，炉内剩余料逐渐被冶炼，并排出矿热炉，炉内剩余料的料位逐渐下降，直至将剩余料冶炼完成排出矿热炉，以使炉底硅暴露出来，方便下一步干烧（空烧）清理炉底硅，待剩余料冶炼结束后进入清理阶段，在清理阶段，控制电极100的空烧电流为30KA至40KA，并控制矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动，在清理阶段初期，电极100放弧首先在炉底硅上融化出一个凹坑，并随着矿热炉炉体的转动，凹坑向着转动方向扩展，待矿热炉炉体转动一周后，能够清理炉底硅的上层，以此类推，逐层清理炉底硅，直至将炉底硅清理完成并排出矿热炉，直至H≤300mm时，空烧清理炉底硅完成，然后在不停炉的情况下，也就是在炉温保持的情况下添加炉料一重新进入正常冶炼阶段。
通过此种方式能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免在清理炉底硅后需要重新启炉烘炉，从而避免延长停炉的时间，且能够避免重新启炉烘炉而导致能耗增大，进而降低生产成本，加快生产进程，避免因停炉清理炉底硅而影响产能。同时，通过此种方式清理炉底硅无需人工清理，能够降低人工劳动强度和工作量，提高自动化程度，降低人工清理炉底硅而存在的安全风险，还能够降低清理炉底硅所需要的成本。
附图说明
图1为本申请实施例中所公开S10步骤的示意图；
图2为本申请实施例中所公开S20步骤的示意图；
图3为本申请实施例中所公开剩余料冶炼排出矿热炉后的示意图；
图4为本申请实施例中所公开S30步骤中通过上升电极控制电流的示意图；
图5为本申请实施例中所公开清理阶段的示意图；
图6为本申请实施例中所公开空烧清理炉底硅完成的示意图；
图7为本申请实施例中所公开清理炉底硅的过程示意图；
图8为图7在另一视角下的示意图；
图9为本申请实施例中所公开清理炉底硅时，通过矿热炉转动达到全面清理炉底硅的示意图；
图8和图9中大圆实线表示炉底硅已经被清理而形成的凹坑，小圆实线表示电极；
图9中大圆虚线表示炉底硅正在被清理而形成的凹坑，箭头表示矿热炉的转动方向。
附图说明：电极100、炉底200。
实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关实施例对本申请进行更全面的描述。实施例中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1至图9，本申请实施例公开一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法（后文简称清理控制方法），需要说明的是，本申请所公开的控制方法适用于33.0MVA的矿热炉，包括以下步骤：
S10.正常冶炼阶段：获取电极100与炉底200之间的高度H，获取矿热炉的实时产量Q1，矿热炉的额定产量为Q2，当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2的情况下，矿热炉停止进料，进入预清理阶段；
请再次参考图1，在矿热炉正常冶炼过程中，通过矿热炉上侧的料斗进行上料，料斗出料口设置有插板阀，通过插板阀控制矿热炉的上料。随着冶炼的进行，炉底硅越积越多，导致电极100底部与炉底硅之间的距离变小，当该距离变小时，由于距离变短，物料电阻变小，电极100的电流会变大，电流较大容易造成电极100损坏，若距离更短，则二者会短路连接，存在极大的过电流风险，因此需要上升电极100，以保持电极100底部与炉底硅之间的距离，从而保证电极100的电流控制在稳定的范围内。因此，当炉底硅越积越多时，为避免炉底硅与电极之间距离靠近，将电极100逐步上升，电极的抬高，导致炉温上移，炉底的温度相对偏低，炉底就越容易累积炉底硅，形成恶性循环，且电极100上升，电极100放弧区也上升，其上侧用于埋弧的高度（物料厚度）变低，导致埋弧效果差，热量特别容易从上侧透过埋弧层而散失，导致热量散失严重。同时，当电极100上升的过程中，可供冶炼的炉内空间逐渐变小，导致每炉的产量变低。
在矿热炉正常冶炼的初始阶段，电极100的放弧距离就是电极100与炉底200之间距离，但随着炉底硅的形成及积累，电极100的放弧距离会变成电极100与炉底硅之间的距离，为了控制电流在稳定的范围内，需要控制电极100的放弧距离保持稳定，因此，就需要控制电极100底部与炉底硅之间的距离保持稳定，随着炉底硅越积越多，导致电极100逐步上升，使得电极100与炉底200之间越来越大，也就是H越来越大，当电极100与炉底200之间的高度（距离）超过1400mm时，此时表明炉底硅已积累了较多的炉底硅，此时炉底硅占用炉内底部较多的空间，可供冶炼的炉内空间逐渐变小，此时每炉的产量也会变的很低，也就是Q1越来越小，需要清理掉炉底硅后才能再次使用矿热炉。
基于此，本步骤中当H＞1400mm时，表面需要清理掉炉底硅，当然也可以在Q1＜50%*Q2的情况下表面需要清理掉炉底硅。具体说明，电极100与炉底200之间的高度H的获取方式是：以矿热炉的炉壳上沿为基准，夹抱电极100的驱动机构与炉壳上沿之间的距离等于电极100与炉底200之间的高度H，在正常冶炼过程中，通过检测夹抱电极100的驱动机构与炉壳上沿之间的距离，以获取电极100与炉底200之间的高度H。矿热炉的额定产量Q2指的是矿热炉在正常冶炼初始阶段的产量，也就是说，Q2为在矿热炉内还没有形成炉底硅时矿热炉的产量。随着炉底硅的形成，矿热炉的产量逐渐降低，从Q2逐渐降低至Q1，降至初始产量（Q2）的一半时，清理掉炉底硅。
当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2的情况下，表面需要清理掉炉底硅，此时控制矿热炉停止进料，即关闭料斗出料口上的插板阀，不再向矿热炉内通入炉料（冶炼原料），准备进入预清理阶段。
S20.预清理阶段：控制电极100的初始电流为70KA至80KA，初始电压为200V至230V，并保持电极100固定，继续冶炼矿热炉内的剩余料，待剩余料冶炼排出矿热炉后进入清理阶段；
由于此时矿热炉虽然停止进料，但矿热炉内还存在停料前的剩余料，需要将这部分剩余料冶炼排出后再进行清理炉底硅，同时，由于此时不再进料，所以，此时的矿热炉的冶炼电参数不能太大也不能太小，太大的话由于矿热炉此时没有进料，炉内炉料较少，电参数过大容易导致电极100损坏；而太小的话由于此时矿热炉内还有剩余料，电参数过小容易导致这部分剩余料得不到高温冶炼，也就是说，电参数过小会使得矿热炉内的温度达不到冶炼要求，会导致这部分料死炉，因此，需要合理控制矿热炉的电参数。
基于此，本步骤在预清理阶段后，控制电极100的初始电流为70KA至80KA，初始电压为200V至230V，通过该冶炼电参数冶炼剩余料，同时，需要保持电极100固定，也就是说，电极100既不下降，也不上升，保持固定的高度。请再次参考图2和图3，随着预清理阶段的进行，炉内剩余料逐渐被冶炼，并排出矿热炉，炉内剩余料的料位逐渐下降（图2），直至将剩余料冶炼完成排出矿热炉（图3），以使炉底硅暴露出来，方便下一步干烧（空烧）清理炉底硅。
剩余料减少过程中的冶炼参数原本需要人工去控制，根据剩余料的减少而调整电流降低，而在本申请中的预清理阶段，由于剩余料逐渐冶炼，使得剩余料减少而影响炉况，电极100的电流会随着波动，呈现下降趋势，在剩余料冶炼完成排出矿热炉后，电极100的电流会降至60KA左右。由于剩余料在减少，因此也不需要较大的电流进行冶炼，逐渐下降的电流在满足冶炼剩余料的同时，电流逐渐下降反而恰好能够保护电极100，使得不需要人工根据剩余料的减少而调整电流降低，也就是说，在剩余料的冶炼过程中，原本需要人工去控制电流，而本申请中电流会随着剩余料减少而逐渐降低，使得无需人工控制，仅需要设定初始电流，过程中的电流变化会随着剩余料减少而逐渐降低，如此，既解放了人工，减少人工出错的概率，还实现电流与剩余料（炉况）的适配，这属于意想不到的效果。同时，还能够减少冶炼能耗。
本步骤中，需要首先设定一个初始电流，然后保持电极100固定，过程电流会随着剩余料减少而逐渐降低，初始电流的设定需要在正常冶炼阶段电极100的电流基础上进行调整，具体地，在S20步骤中，控制电极100的初始电流为70KA至80KA的步骤具体包括以下步骤：
在正常冶炼阶段电极100的电流＞80KA的情况下，保持矿热炉的电流参数档位不变，通过控制电极100上升，以控制电极100的初始电流为70KA至80KA；
在进入预清理阶段后，需要将大于80KA的电流调整至初始电流值，也就是70KA至80KA，需要降低电流，由于电极100放弧距离增大，电流会变小，因此，此时仅需控制电极100上升，使得电极100放弧距离增大，从而实现降低电流的目的，待电流降至70KA至80KA时，电极100停止下降，初始电流设定完成。
在正常冶炼阶段电极100的电流＜70KA的情况下，保持电极100固定，通过控制矿热炉的电流参数档位，以控制电极100的初始电流为70KA至80KA。
在进入预清理阶段后，需要将小于70KA的电流调整至初始电流值，也就是70KA至80KA，需要增大电流，由于电极100放弧距离减小，电流会变大，而此时电极100底部填充有较多的剩余料，下降困难，因此通过电极100下降调整电流比较困难，需要通过矿热炉的电流参数档位调整电流，直接增大矿热炉的电流参数档位，使电极100的电流增大至70KA至80KA，初始电流设定完成。
在较多的情况下，正常冶炼阶段电极100的电流＞80KA，而正常冶炼阶段电极100的电流＜70KA的情况并不常见，因此，更多情况下是通过控制电极100上升以设定初始电流。
在预清理阶段冶炼剩余料的过程中，也需要同正常冶炼阶段类似，需要将冶炼后的硅水出炉，也就是将熔融的硅水排出矿热炉，待所有的剩余料冶炼结束并排出矿热炉后进入下一阶段，但是，由于剩余料在矿热炉内，无法在外部观察得到剩余料是否冶炼结束，基于此，在一种可选的实施例中，在S20步骤中，待剩余料冶炼排出矿热炉后进入清理阶段的步骤具体包括以下步骤：
控制矿热炉每间隔预设时间排出一次硅水；
在排出硅水的量小于0.3立方的情况下，进入清理阶段。
举例说明，在剩余料冶炼过程中，假设矿热炉每间隔1h排出一次硅水，在前几次排出硅水时，由于此时矿热炉内的剩余料充足，使得硅水较多，而随着冶炼的进行，剩余料的减少，之后每次排出硅水时，硅水的排出量会降低，直至接近于零，可忽略不计，此时可认为剩余料冶炼结束。
在本申请中，矿热炉每间隔预设时间排出一次硅水，在前几次排出硅水时，由于此时矿热炉内的剩余料充足，使得硅水较多，而随着冶炼的进行，剩余料的减少，之后每次排出硅水时，硅水的排出量会降低，直至小于0.3立方，可忽略不计，此时可认为剩余料冶炼结束。
在另一可选的实施例中，在S20步骤中，待剩余料冶炼排出矿热炉后进入清理阶段的步骤具体包括以下步骤：
控制矿热炉自停止进料起间隔预设时间第一次排出硅水，并检测硅水的排出量M；
控制矿热炉自第一次排出硅水起每间隔预设时间排出一次硅水，并检测每次硅水的排出量N；
当N＜20%*M的情况下，进入清理阶段。
由于此时矿热炉内的剩余料充足，使得硅水较多，因此，第一次排出硅水的量应最多，即M最大，以此为基准，后续每次排出硅水的量N与M比较，随着冶炼的进行，剩余料的减少，之后每次排出硅水时，硅水的排出量会降低，使得N逐渐降低，直至当N＜20%*M时，可认为剩余料冶炼结束，进入清理阶段。
通过上述两种方式均可能用于判定剩余料是否冶炼结束，为进入清理阶段的标志。
作为优选，上述的预设时间为1h至2h。
随着预清理阶段的进行，炉内剩余料逐渐被冶炼，并排出矿热炉，炉内剩余料的料位逐渐下降（图2），直至将剩余料冶炼完成排出矿热炉（图3），以使炉底硅暴露出来，方便下一步干烧（空烧）清理炉底硅。
S30.清理阶段：控制电极100的空烧电流为30KA至40KA，空烧电压为290V至320V，并控制矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动，开始空烧清理炉底硅，在空烧清理炉底硅的过程中，通过控制电极100下降，以使电极100的空烧电流保持在30KA至40KA，空烧电压保持在290V至320V；
请再次参考图4、图5和图6，通过调整电参数，以使矿热炉进入清理阶段，在清理阶段初期，如图4所示，炉底硅层还比较厚，随着清理阶段的进行，炉底硅逐渐被清理，清理后的炉底硅一部分融化为硅水排出矿热炉，一部分升华后以烟尘的形式排出矿热炉，炉底硅逐渐变薄（图5），直至将炉底硅清理完成并排出矿热炉（图6）。
在清理阶段，首先需要控制电流从预清理阶段的70KA至80KA降低至30KA至40KA，这是由于此时炉内并没有炉料，处于干烧（空烧）状态，若电流较大容易损坏电极100，因此采用小电流进行干烧。其次，需要控制矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动，请再次参考图7、图8和图9，在清理阶段初期，电极100放弧首先在炉底硅上融化出一个凹坑（侧视如图7，俯视如图8，图8中大圆实线表示炉底硅已经被清理而形成的凹坑，小圆实线表示电极100），并随着矿热炉炉体的转动，凹坑向着转动方向扩展（如图9，图9中大圆实线表示炉底硅已经被清理而形成的凹坑，小圆实线表示电极100，大圆虚线表示炉底硅正在被清理而形成的凹坑，箭头表示矿热炉的转动方向），待矿热炉炉体转动一周后，能够清理炉底硅的上层，以此类推，逐层清理炉底硅，直至将炉底硅清理完成并排出矿热炉（图6）。
在空烧清理炉底硅的过程中，随着炉底硅逐渐被清理，电极100与炉底硅之间的距离变大，也就是电极100的放弧距离变大，此时会使得电流变小，因此需要控制电极100下降，以使电极100与炉底硅之间的距离变小，使得电流变大，从而使得电极100的空烧电流保持在30KA至40KA，空烧电压保持在290V至320V，也就是说，随着炉底硅逐渐被清理，通过控制电极100下降，以使电极100与炉底硅之间的距离保持稳定，使得电极100的放弧距离保持稳定，从而保证电极100的空烧电流保持在30KA至40KA，直至炉底硅被清理完成。在炉底硅被清理完成后，炉底200露出，此时电极100的放弧距离为电极100与炉底200之间的距离。
本步骤中，需要将电流从预清理阶段的70KA至80KA降低至30KA至40KA，需要在预清理阶段电极100的电流基础上进行调整，具体地，在S30步骤中，控制电极100的空烧电流为30KA至40KA的步骤具体包括以下步骤：
检测电极100的电流，当电极100的电流＞40KA的情况下，保持矿热炉的电流参数档位不变，通过控制电极100上升，以控制电极100的空烧电流为30KA至40KA；
如上文所述，在本申请中的预清理阶段，由于剩余料逐渐冶炼，使得剩余料减少而影响炉况，电极100的电流会随着波动，呈现下降趋势，在剩余料冶炼完成排出矿热炉后，电极100的电流会降至60KA左右。由于在预清理阶段，设定了初始电流，而后电流依据剩余料减少而逐渐降低，在预清理阶段末期，只能通过工人经验得到电极100的电流会降至60KA左右，但电流值具体为多少无法准确得出，因此需要检测电极100的具体电流，然后根据电流具体的检测值进行调整。
当电极100的电流＞40KA的情况下，需要将大于40KA的电流调整至30KA至40KA，也就是需要降低电流，由于电极100放弧距离增大，电流会变小，因此，此时仅需控制电极100上升，使得电极100放弧距离增大，从而实现降低电流的目的，待电流降至30KA至40KA时，电极100停止下降，清理阶段的空烧电流设定完成。
当然，也可以通过矿热炉的电流参数档位调整电流，直接降低矿热炉的电流参数档位，使电极100的电流降低至30KA至40KA，清理阶段的空烧电流设定完成。
当电极100的电流＜30KA的情况下，保持电极100固定，通过控制矿热炉的电流参数档位，以控制电极100的空烧电流为30KA至40KA。
在进入清理阶段后，需要将小于30KA的电流调整至30KA至40KA，也就是需要增大电流，由于电极100放弧距离减小，电流会变大，因此，此时可以降低电极100，使得电极100放弧距离减小，从而实现增大电流的目的，待电流降至30KA至40KA时，电极100停止下降，清理阶段的空烧电流设定完成。
当然，也可以通过矿热炉的电流参数档位调整电流，直接增大矿热炉的电流参数档位，使电极100的电流增大至30KA至40KA，清理阶段的空烧电流设定完成。
在较多的情况下，预清理阶段末期的电极100电流会降至60KA左右，也就是电流＞40KA，而预清理阶段末期电极100的电流＜30KA的情况并不常见，因此，更多情况下是通过控制电极100上升以设定清理阶段的空烧电流。
S40.当H≤300mm的情况下，空烧清理炉底硅完成；
在清理阶段，需要实时判断炉底硅是否清理完成，避免炉底硅已全部清理而还在空烧，这样容易将矿热炉的炉底烧损，且避免炉底硅还未清理完成却退出清理阶段，这样导致炉底硅清理不彻底。因此，需要准确判断炉底硅是否清理完成，但由于炉底硅位于矿热炉内，无法在外部观察得到炉底硅是否清理完成，基于此，本申请通过电极100与炉底200之间的高度判断炉底硅是否清理完成，也就是电极100与炉底200之间的距离，此时电极100与炉底200之间的距离≤300mm，这个距离包括了电极100的放弧距离，根据经验，此时电极100的放弧距离约在240mm至270mm之间，也就是说，当电极100与炉底200之间的距离≤300mm时，炉底硅的厚度可能剩余50mm左右，可忽略不计，且适当预留一部分炉底硅，有利于保护炉底200较难被烧损，所以，当电极100与炉底200之间的距离≤300mm时，可以认为炉底硅清理完成。
为了进一步准确判断炉底硅是否清理完成，可选地，S40具体包括以下步骤：
S41.当H≤300mm的情况下，获取电极100在前1h内的下移量L1；
S42.当L1≤20mm的情况下，空烧清理炉底硅完成；
S43.当L1＞20mm的情况下，继续空烧清理炉底硅，获取电极100在每半小时内的下移量L2，当L2≤5mm的情况下，空烧清理炉底硅完成。
如上文所述，在空烧清理炉底硅的过程中，随着炉底硅逐渐被清理，控制电极100下降，以使电极100与炉底硅之间的距离保持稳定，因此，在空烧清理炉底硅的过程中，电极100具有下移量，直至电极100不再下降（或下降的速度非常慢，可以认为电极100在每半小时内的下移量L2≤5mm），这个时候电极100的放弧距离就是电极100与炉底200之间的距离，认为炉底硅清理完成。所以本方式通过空烧清理炉底硅过程中电极100会下降这一特征，利用这一特征判断空烧清理炉底硅是否完成，能够准确判断炉底硅是否清理完成，可靠性和准确性较高。
在空烧清理炉底硅的过程中，电极100具有下移量，直至电极100下降至H≤300mm的情况下，此时炉底200可能还存在较薄的一层炉底硅，需要继续清理，也有可能此时已经完成炉底硅的清理，因此，需要进一步检测空烧清理炉底硅是否完成。故在H≤300mm的情况下获取电极100在前1h内的下移量L1，若L1较大，说明电极100下降的较快，且有下降空间，这也就说明炉底200还具有炉底硅，因此继续空烧清理，直至电极100在每半小时内的下移量L2≤5mm时，说明电极100下降的变慢，可以认为电极100不再下降，这个时候电极100的放弧距离就是电极100与炉底200之间的距离，若再继续下降电极100，存在电极100放弧直接空烧炉底200的情况，容易造成炉底200的烧损，因此，此时需要停止电极100下降，认为炉底硅清理完成。
由于本申请是不停炉清理炉底硅，也就是说，停料空烧清理炉底硅，但矿热炉不停炉，空烧炉底硅清理完成后，需要及时进料进行正常冶炼，避免需要重新启炉烘炉。基于此，炉底硅清理完成后需要重新进行冶炼，可选地，还包括以下步骤：
S51.控制矿热炉的电流参数档位归零，电极100的电流和电压均降至零，并控制电极100的起弧距离为200mm至250mm，再向矿热炉内添加炉料；
S52.待炉料添加完成后，通过逐步控制矿热炉的电流参数档位，以控制电极100的电流提高至80KA至90KA，电压提高至200V至220V，以重新进入正常冶炼阶段。
在进入正常冶炼阶段后，矿热炉的电流参数档位应当保持不动，需要根据电流大小，调整电极100的高低，通过升降电极100，以使电极100的电流稳定维持在80KA至90KA。通过此种方式能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免重新启炉烘炉导致能耗增大。
进一步地，为了避免在电极100的电流降至零后进行添加炉料的过程中，矿热炉内温度下降严重，导致需要重新烘炉，可选地，还包括以下步骤：
S53.控制电极100的起弧距离为200mm至250mm，并通过矿热炉的电流参数档位控制电极100的电流为2KA至7KA，再向矿热炉内添加炉料；
在空烧炉底硅清理完成后，控制电极100以低电流运行，以保持炉温，防止在添加料的过程中炉温下降严重而导致需要重新烘炉，因此，在此添加炉料的过程中，炉温保持，能够直接进入正常冶炼阶段，进一步保障了不停炉清理炉底硅这一技术方案的可行性。
S54.待炉料添加完成后，通过逐步控制矿热炉的电流参数档位，以控制电极100的电流提高至80KA至90KA，电压提高至200V至220V，以重新进入正常冶炼阶段。
在进入正常冶炼阶段后，矿热炉的电流参数档位应当保持不动，需要根据电流大小，调整电极100的高低，通过升降电极100，以使电极100的电流稳定维持在80KA至90KA。通过此种方式能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免重新启炉烘炉导致能耗增大。
本申请实施例公开的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法中，适用于33.0MVA的矿热炉，当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2时，表面需要清理掉炉底硅，此时控制矿热炉停止进料，进入预清理阶段，在预清理阶段，控制电极100的初始电流为70KA至80KA，初始电压为200V至230V，通过该冶炼电参数冶炼剩余料，随着预清理阶段的进行，炉内剩余料逐渐被冶炼，并排出矿热炉，炉内剩余料的料位逐渐下降，直至将剩余料冶炼完成排出矿热炉，以使炉底硅暴露出来，方便下一步干烧（空烧）清理炉底硅，待剩余料冶炼结束后进入清理阶段，在清理阶段，控制电极100的空烧电流为30KA至40KA，并控制矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动，在清理阶段初期，电极100放弧首先在炉底硅上融化出一个凹坑，并随着矿热炉炉体的转动，凹坑向着转动方向扩展，待矿热炉炉体转动一周后，能够清理炉底硅的上层，以此类推，逐层清理炉底硅，直至将炉底硅清理完成并排出矿热炉，直至H≤300mm时，空烧清理炉底硅完成，然后在不停炉的情况下，也就是在炉温保持的情况下添加炉料一重新进入正常冶炼阶段。
通过此种方式能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免在清理炉底硅后需要重新启炉烘炉，从而避免延长停炉的时间，且能够避免重新启炉烘炉而导致能耗增大，进而降低生产成本，加快生产进程，避免因停炉清理炉底硅而影响产能。同时，通过此种方式清理炉底硅无需人工清理，能够降低人工劳动强度和工作量，提高自动化程度，降低人工清理炉底硅而存在的安全风险，还能够降低清理炉底硅所需要的成本。
下面通过具体实施例详细说明本发明的方法。
实施例1：用于分离33.0MVA的矿热炉内部的炉底硅，此台矿热炉以连续生产20天，炉底硅积累较多。
S10.获取电极100与炉底200之间的高度H，H为1534mm，远远大于1400mm，同时也获取了实时产量Q1，发现Q1＝43.7%*Q2，这样说明通过H或Q1均能够判断炉底硅清理的节点。
S20.控制电极100的初始电流为70KA，初始电压为220V，并保持电极100固定，继续冶炼矿热炉内的剩余料，当每次排出硅水的量小于0.3立方时，进入清理阶段；
S30.控制电极100的空烧电流为40KA，空烧电压为300V，并控制矿热炉以0.5r/h的转速转动，开始空烧清理炉底硅，在空烧清理炉底硅的过程中，通过控制电极100下降，以使电极100的空烧电流保持在40KA，空烧电压保持在300V；
S40.当H＝280mm的情况下，停炉冷却，待炉内冷却至室温后，人工进入炉内检查炉底硅的清理情况，经检测，此时炉底硅的平均厚度为31mm，说明通过本方法能够有效清理炉底硅。
实施例2：与实施例1基本相同，不同的是在当H＝283mm的情况下，没有停炉冷却，而是控制电极100的起弧距离为250mm，并通过矿热炉的电流参数档位控制电极100的电流为5KA，然后向矿热炉内添加炉料；待炉料添加完成后，通过逐步控制矿热炉的电流参数档位，以控制电极100的电流提高至90KA，电压提高至220V，重新进入正常冶炼阶段。
观察重新进入正常冶炼阶段中的炉温、电流参数，发现炉温在添加炉料的过程中能够保持稳定，且满足冶炼初期的炉温要求，并没有低于该要求而需要重新烘炉，在冶炼过程中满足冶炼要求，电流参数波动较小，重新进入正常冶炼阶段稳定平稳，且成功进入正常冶炼阶段。
以上说明本方法能够使得正常冶炼与炉底硅的清理无缝衔接，过程中无需停炉，能够避免在清理炉底硅后需要重新启炉烘炉，能够在不停炉的情况下清理炉底硅渣，解决现有技术中的上述问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.正常冶炼阶段：获取电极（100）与炉底（200）之间的高度H，获取矿热炉的实时产量Q1，所述矿热炉的额定产量为Q2，当H＞1400mm或Q1＜50%*Q2的情况下，所述矿热炉停止进料，进入预清理阶段；
S20.预清理阶段：控制所述电极（100）的初始电流为70KA至80KA，初始电压为200V至230V，并保持所述电极（100）固定，继续冶炼所述矿热炉内的剩余料，待剩余料冶炼排出所述矿热炉后进入清理阶段；
S30.清理阶段：控制所述电极（100）的空烧电流为30KA至40KA，空烧电压为290V至320V，并控制所述矿热炉以0.3r/h至0.5r/h的转速转动，开始空烧清理炉底硅，在空烧清理炉底硅的过程中，通过控制所述电极（100）下降，以使所述电极（100）的空烧电流保持在30KA至40KA，空烧电压保持在290V至320V；
S40.当H≤300mm的情况下，空烧清理炉底硅完成。
2.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，在所述S20步骤中，所述控制所述电极（100）的初始电流为70KA至80KA的步骤具体包括以下步骤：
在正常冶炼阶段所述电极（100）的电流＞80KA的情况下，保持所述矿热炉的电流参数档位不变，通过控制所述电极（100）上升，以控制所述电极（100）的初始电流为70KA至80KA；
在正常冶炼阶段所述电极（100）的电流＜70KA的情况下，保持所述电极（100）固定，通过控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极（100）的初始电流为70KA至80KA。
3.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，在所述S20步骤中，所述待剩余料冶炼排出所述矿热炉后进入清理阶段的步骤具体包括以下步骤：
控制所述矿热炉每间隔预设时间排出一次硅水；
在排出硅水的量小于0.3立方的情况下，进入所述清理阶段。
4.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，在所述S20步骤中，所述待剩余料冶炼排出所述矿热炉后进入清理阶段的步骤具体包括以下步骤：
控制所述矿热炉自停止进料起间隔预设时间第一次排出硅水，并检测硅水的排出量M；
控制所述矿热炉自第一次排出硅水起每间隔所述预设时间排出一次硅水，并检测每次硅水的排出量N；
当N＜20%*M的情况下，进入所述清理阶段。
5.根据权利要求3或4所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，所述预设时间为1h至2h。
6.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，在所述S30步骤中，所述控制所述电极（100）的空烧电流为30KA至40KA的步骤具体包括以下步骤：
检测所述电极（100）的电流，当所述电极（100）的电流＞40KA的情况下，保持所述矿热炉的电流参数档位不变，通过控制所述电极（100）上升，以控制所述电极（100）的空烧电流为30KA至40KA；
当所述电极（100）的电流＜30KA的情况下，保持所述电极（100）固定，通过控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极（100）的空烧电流为30KA至40KA。
7.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，所述S40具体包括以下步骤：
S41.当H≤300mm的情况下，获取所述电极（100）在前1h内的下移量L1；
S42.当L1≤20mm的情况下，空烧清理炉底硅完成；
S43.当L1＞20mm的情况下，继续空烧清理炉底硅，获取所述电极（100）在每半小时内的下移量L2，当L2≤5mm的情况下，空烧清理炉底硅完成。
8.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S51.控制所述矿热炉的电流参数档位归零，所述电极（100）的电流和电压均降至零，并控制所述电极（100）的起弧距离为200mm至250mm，再向所述矿热炉内添加炉料；
S52.待炉料添加完成后，通过逐步控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极（100）的电流提高至80KA至90KA，电压提高至200V至220V，以重新进入正常冶炼阶段。
9.根据权利要求1所述的一种工业硅冶炼过程中炉底硅的清理控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S53.控制所述电极（100）的起弧距离为200mm至250mm，并通过所述矿热炉的电流参数档位控制所述电极（100）的电流为2KA至7KA，再向所述矿热炉内添加炉料；
S54.待炉料添加完成后，通过逐步控制所述矿热炉的电流参数档位，以控制所述电极（100）的电流提高至80KA至90KA，电压提高至200V至220V，以重新进入正常冶炼阶段。
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