全稱礦石還原電弧爐，又稱礦熱爐，簡稱硅爐。煉硅爐按其電氣接線和電極的相數可分為單相單電極、單相雙電極、三相三電極和三相六電極等幾種類型。在中國除個別工廠采用單相雙電極硅爐外，大都采用三相三電極煉硅爐。

煉硅爐主要由供電系統、電極、水冷系統、集氣排煙系統，下料系統和爐體等部分組成 。2100433B

硅熔煉在埋弧式電爐中進行，是個爐料從爐缸上部不斷熔融向爐膛內下沉進行化學反應的連續過程。

配制好的爐料經下料管和流槽從爐上料倉加入爐內，或由人用鐵鍬把護料加入爐內。向爐內加料時，要注意保持爐缸上部規定的料面水平。電極以適當的深度埋入爐料中。在熔煉過程中，由于料面被高沮燒結，不能順利地沉降到爐膛的反應帶內，需用搗爐機刺破并翻開料面的燒結殼，強制爐料下沉。電極經高溫燒損及參與化學反應而不斷消耗，為使電極在爐內保持一定的長度，必須定期下移和接長電極。當爐內出現逆況時，一般采用調整配料比和電氣參數的辦法進行處理 。

將化學組成符合要求的硅石破碎到規定的粒度，并與碳還原劑按比例混合均勻。碳還原劑有木炭、油焦和煙煤，它們的質量也要達到規定要求。

電極是消耗材料。硅熔煉用電極有石墨電極、碳素電極和自焙電極。中國均使用石墨電極。其物理化學性能要符合國家標準 。

硅礦石的主體成分為SiO₂。用碳質還原硅石生產工業硅的化學反應為：

SiO 2C=Si 2CO

但反應過程的機理很復雜。已有很多人對用碳還原SiO₂生產元素硅的機理進行過研究，但研究者的意見尚不一致，其中具代表性的有拉思反應機理、凱利反應機理、拿哥莫利一馬林斯蓋反應機理等。

1.拉思反應機理

德國拉思(Gero Bath )等人認為，二氧化硅的碳還原過程可概括為SiC的形成、SiC的分解和SiO的冷凝三大階段。當爐料溫度達到1770K以上時，SiO₂與碳反應生成SiC。

2.凱利反應機理

美國凱利(W. M. ICcli)通過試驗研究認為，當煉硅爐內爐料中的碳下落時。與上升的SiO氣體相遇，發生生成SiC的反應。

3.拿哥莫利-馬林斯蓋反應機理

加拿大拿哥典利( M.Nagamvri)和馬林斯蓋(I. Malinsky)等對Si-C-O三元系進行過深入的研究，把Si、SiC、SiO₂、SiO四個凝聚相的體系稱為“穩定系”或“穩定區” 。

工業硅在工業硅爐中熔煉而得，系無渣埋弧高溫熔煉過程。原料為硅石，石油焦，木塊，低灰煤等為還原劑，經高溫熔煉，硅逐漸從硅石中還原出來 。

根據加熱熱源的不同，真空熔煉主要可分為真空感應熔煉，真空電弧熔煉，電子束熔煉等3種。

真空熔煉真空感應熔煉

將金屬爐料放入置于線圈中的坩堝內，當線圈接通交流電源時，在線圈中間產生交變磁場，爐料中即產生感應電勢。由于金屬爐料本身形成一閉合回路，所以在爐料中同時產生了感應電流，即渦流，爐料靠渦流加熱和熔化。利用這個原理進行熔煉的方法稱為感應熔煉。而處于真空條件下的感應熔煉則為真空感應熔煉。真空感應熔煉能夠嚴格控制合金中活潑元素如鋁、鈦等的含量，可以有效地去除合金中的氣體和非金屬夾雜物以及有色金屬雜質，提高合金的純凈度。但真空感應熔煉存在著坩堝耐火材料對金屬液的沾污問題，且通常采用鋼錠模澆注，鋼錠結晶組織與普通熔煉的鑄錠組織比較并無改善。真空感應熔煉主要用來熔煉高溫合金、精密合金及特殊鋼材料，其主要產品是鑄錠、精密鑄件和雙聯熔煉用的電極母材。

真空熔煉真空電弧熔煉

在真空條件下利用電弧來加熱和熔煉金屬的熔煉方法。這種熔煉方法所使用的電極有自耗電極和非自耗電極兩種。自耗電極是由被熔煉材料(即爐料)制成，在熔煉過程中它逐漸消耗;而非自耗電極系利用鎢等高熔點材料制成，在爐料熔煉過程中它基本上不消耗。采用自耗電極的真空電弧爐稱自耗電極電弧爐，簡稱自耗爐;采用非自耗電極的真空電弧爐稱非自耗電極電弧爐，簡稱非自耗爐。非自耗電極熔煉已較少使用，而自耗電極熔煉大量應用于生產實踐中，成為二次重熔的主要手段之一。真空電弧熔煉的坩堝一般用銅制成，外面用水冷卻，稱為水冷銅結晶器。熔煉時，可以將自耗電極(被熔煉材料)接負極，水冷銅結晶器接正極，通電后兩極間產生弧光放電，將電能轉變成熱能，產生高溫使材料熔化。熔煉過程中液態金屬熔滴通過高溫弧區后落入金屬熔池，并在水冷銅結晶器內凝固成錠。通過金屬液與氣相間以及熔池內發生的一系列物理化學反應，達到提高金屬的純凈度，改善其結晶組織和性能的目的。真空電弧熔煉不受大氣、耐火材料和鑄模等的沾污;可以去除鋼及合金中的氣體和有害金屬雜質;熔煉中夾雜物也可上浮去除一部分，并可改善夾雜物在合金中的分布及形態;水冷銅結晶器中的鋼錠鑄態組織比普通鑄錠為好。但真空電弧熔煉需預制電極，且鋼錠表面較差。真空電弧熔煉可用來熔煉鈦、鋯、鎢、鉬等活潑金屬、難熔金屬以及它們的合金，也可用來熔煉高溫合金及有特殊用途的鋼和合金。

真空熔煉電子束熔煉

在高真空環境中，將陰極材料(通常選用難熔金屬如鎢等)加熱至高溫后，在高壓直流電作用下發射電子，用磁透鏡聚集成電子束，并在陽極的加速下，以高速射向陽極(做成電極的被熔物料相當于陽極)，當高速的電子束射到電極表面碰撞時，由動能轉變成的熱能將被熔物料熔化。它不僅能熔化電極，而且有一部分能量可以用來加熱金屬液面，使熔池保持必要的溫度和時間，以利于金屬的精煉。最后金屬液在水冷結晶器中凝固成錠。電子束熔煉也稱電子轟擊爐熔煉。電子束熔煉具有突出的優點：工作真空度高(約10-～10-Pa)，非常有利于去除氣體、非金屬夾雜物及金屬雜質;熔煉溫度高，冶金反應充分，能熔煉任何難熔金屬;金屬熔滴匯聚在水冷結晶器內，可以有效地控制熔池溫度和冷凝速度，有利于獲得良好的金屬錠組織。電子束熔煉的應用范圍已從難熔金屬擴展到高溫合金、精密合金、半導體材料和一些具有特殊用途鋼種的熔煉。只是由于其設備結構復雜，建設投資昂貴等原因限制了它的發展規模。

隨著科學技術的進步，真空熔煉技術也取得很大進展，新的真空熔煉的爐型也不斷涌現。例如，真空感應熔煉通常脫硫效果并不好，近期出現了真空感應有渣熔煉，即在真空感應熔煉過程中，造堿性熔渣。由于一般合金中都有或多或少的碳存在，這時就可發生下列脫硫反應：(CaO) [MeS] [C]======(CaS) [Me] {CO}。

在真空熔煉條件下，由于爐氣不斷被抽出，爐內pCO值可達到很低的水平，這對于合金的脫硫是極為有利的。工作表明，用200kg真空感應爐重熔高硫鈷豆，造石灰螢石渣，脫硫效果達44%。真空感應有渣熔煉，還可以抑制元素的揮發過程，這對于減少貴重元素的損失和準確控制合金成分也是有利的。為克服真空電弧熔煉不能澆注成型的缺點，發明了真空凝殼爐。它是利用真空電弧熔煉原理，采用可以傾動的水冷坩堝控制冷卻過程，使被熔煉金屬液在坩堝內壁形成一薄層“凝殼”，將被熔煉金屬液和坩堝隔離，并形成相當大的熔池，熔煉結束時快速傾轉坩堝將金屬液注入鑄模或鑄型凝固成型。凝殼爐在熔煉鈦和鈦合金方面取得了很好的冶金效果。此外，特別適用于難熔金屬提純和單晶制取的無坩堝區域熔煉，生產定向渦輪葉片的真空定向凝固爐，以及制備金屬間化合物(例如Ni₃Al、Ti₃Al等)用的冷坩堝懸浮熔煉等均已達到生產規模，正在進一步的完善和發展之中。2100433B