冶煉工業硅存在的主要問題

張志凌，梁 可

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

冶煉工業硅存在的主要問題

張志凌，梁 可

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

闡述了還原劑的替代品、微硅粉的應用、煙氣的余熱利用、工業硅人工精整、成本降低、提高產品質量等冶煉工業硅存在的主要問題。

工業硅;還原劑;微硅粉;煙氣;余熱利用

0 引 言

我國工業硅的技術及裝備在近年來有了長足的發展，取得了可喜的成就，但還存在著一些問題制約著工業硅的發展。

1 存在問題

1.1 還原劑的替代

工業硅生產中，還原劑要求較嚴格，除了固定碳和灰分含量外，對碳質還原劑的物理性能的基本要求是:反應活性好、比電阻高、不易發生石墨化、粒度適宜、有一定的機械強度。木炭的孔隙率最大，而且有許多直孔，適于氣體通過，它在很高溫度下結晶程度也無大的增長，所以在還原條件下，有較高的比電阻和反應能力，顯然木炭是最能滿足冶煉硅要求的碳質還原劑，也是目前企業普遍采用的主要還原劑。

為保護森林資源，限制了工業硅生產大量使用木炭的可能性，同時木炭也造成工業硅生產成本的提高，因此一些企業開始用部分石油焦和洗精煤替代木炭，還有一些企業使用全石油焦或全洗精煤冶煉工業硅，但在25.5MVA以上的大型電爐，還沒有使用全石油焦或全洗精煤冶煉工業硅的經驗，所以對大型電爐替代木炭的還原劑還需研究試驗。

1.2 微硅粉的應用

微硅粉為硅鐵、工業硅電爐冶煉煙氣收下的煙塵，近年來隨著我國硅鐵、工業硅產量的增加，并且環保除塵設施逐步完善，使微硅粉產量大幅增加。

微硅粉的市場多集中在國外，國外對微硅粉的研究已經有幾十年，對微硅粉研究比較系統。近年來，由于國外經濟等原因，對微硅粉的需求量減少，國內微硅粉的市場還沒有充分開發，使得微硅粉出現了滯銷。因此，微硅粉的研究、開發與利用關乎我國工業硅產業發展的未來。

1.3 煙氣的余熱利用

工業硅電爐煙氣量大，1臺25.5 MVA電爐煙氣量達到14萬m3/h，煙氣溫度高，一般在500～800℃，若采用余熱鍋爐，其每臺電爐可產蒸氣18～25 t/h，配套3000 kW發電機組，每冶煉1 t工業硅，可余熱發電800～1 200 KWh，可見，該部分煙氣余熱具有較好的利用價值。

我國在上世紀就在民和鎂廠工業硅電爐上使用余熱鍋爐，由于工業硅電爐煙氣量及煙氣溫度波動大，煙塵有極強的粘附力，所以使用效果不好?，F今，我國余熱鍋爐技術有了長足的發展，部分工業硅電爐已經開始在建設余熱鍋爐，余熱鍋爐采用膜式水冷壁、激波清灰裝置等技術。

1.4 工業硅人工精整

由于工業硅澆鑄時表皮含雜質高，錠內含有夾渣，在精整時由人工去除。因為機械破碎工業硅，不合格粒度量大(一般約為10%)，嚴重影響企業的經濟效益，所以現企業均采用人工破碎，不合格粒度量少(一般約為3%)。人工破碎能力約為2 t/人.d，若一個5萬/a工業硅企業，需精整人員約80人。人工精整使企業勞動密集，機械化程度降低。

水發粒化工業硅在歐洲部分工廠使用，其機械化程度高，可進一步提高硅的凈潔度，是一種先進的精整工藝，國內應大力開發利用。

1.5 成本降低

工業硅生產已經進入微利時代，降低成本是企業生存的關鍵，表1是某企業制造成本的比例。

表1 各費用占制造成本的比例Tab.1 Proportion of Each Expense Accounted for Manufacturing Cost

(1)電費在制造成本中占有最大比例，表1中電價以0.36元/kWh計算，某些地區電價更高，其電費所占比例還將更高。電價每增加0.01元/kWh，制造成本增加約120元/t，增加比例約1%，所以新建企業的廠址選擇應充分考慮當地的電價，企業可以與當地供電企業爭取更優惠的電價。

(2)工業硅冶煉為高能耗、高電耗，每生產1 t工業硅，冶煉電耗約在12 000 kWh，動力電耗在500～900 kWh，節電一直是設計和企業追求的目標。如永昌硅業將冶煉電耗從行業準入水平12 000 kWh降到11 600 kWh，若電價以0.36元/kWh計算，僅此項可降低成本144元/t。

(3)還原劑在工業硅冶煉中也占有很大比例，還原劑有木炭、洗精煤、石油焦、木質疏松劑。我國工業硅生產企業一直使用木炭作為主要的還原劑，對木炭的需求量極大，生產1 t木炭約需6t木材，需要砍伐大量的森林。隨著環境保護和生態建設的加強，國家對森林資源的禁伐，木炭的采購越來越困難，其價格也大幅增加，現已漲價至2 500元/t。洗精煤要求灰份低，運輸距離遠，所以價格也與木炭價格相近。石油焦為石油加工的副產物，易采購，價格相對穩定，現價格在2 000元/t左右。從降低成本的角度來看，每t產品多使用100 kg石油焦替代木炭，其成本可降低50元。

(4)電極成本在工業硅冶煉中占第3位，現國產炭素電極價格約在20 000元/t，進口炭素電極價格約在26 000元/t，是國產電極的1.3倍。國產電極在質量上基本已經過關，采用國產電極，可大幅降低生產成本。另外，降低電極消耗也是降低成本的重要途徑，例如永昌硅業噸產品電極消耗由行業平均水平100 kg降低到60 kg，僅此就可降低成本800元。

(5)冶煉1 t工業硅約需3 t硅石、2 t還原劑，可見物料的運輸及倒轉對企業的成本也起著一定的影響，若運輸及倒轉不得當，會增加成本費用，并且使物料破損，特別是木炭，使物料的消耗量增加。

1.6 提高產品質量

我國工業硅產業表現為高附加值、高純化學級工業硅產品國內產量低，不足5萬t，而大量的冶金級工業硅卻是產能過剩。工業硅產品隨著產品品質的不同，價格有較大的差距，提高工業硅產品品質，將會給企業帶來很好的經濟效益。

要產出高品質的工業硅產品，必須保證硅石、還原劑的品質，而且有良好的操作。而且爐外精煉的應用也是必不可少的，爐外精煉主要分為氯化精煉和氧化精煉2種。前者由于在處理過程中會造成環境污染，現企業已經很少采用。而氧化精煉也能有效地除去工業硅中的主要雜質鋁和鈣，且工藝設備簡單，硅燒損率低，精煉過程效率高，精煉后產品成份穩定，能使硅產品質量升級，帶來可觀的經濟效益。

2 結 語

在工業硅生產中，只有很好地解決還原劑的替代、微硅粉的應用、煙氣的余熱利用、工業硅人工精整、成本降低、提高產品質量等問題，企業才能有競爭力，行業才能健康發展。

Main Problems Existed in Smelting Industrial Silicon

ZHANG Zhi－ ling，LIANG Ke
(Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China)

The main problems existed in smelting industrial silicon，such as the substitutes for reductants，app－lication of silica fume，surplus heat utilization of fumes，finishing operation of industrial silicon by manpower，cost reduction，improvement of quality of products，etc.have been set forth.

Industrial silicon;reductant;silica fume;fume;surplus heat utilization

TF645

A

1004－2660(2011)04－0005－02

2011－09－20.

張志凌(1964－)，男，云南人，高級工程師.主要研究方向:冶煉設計.