張志凌，梁 可

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

冶煉工業(yè)硅存在的主要問(wèn)題

張志凌，梁 可

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)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(yīng)用、煙氣的余熱利用、工業(yè)硅人工精整、成本降低、提高產(chǎn)品質(zhì)量等冶煉工業(yè)硅存在的主要問(wèn)題。

工業(yè)硅;還原劑;微硅粉;煙氣;余熱利用

0 引 言

我國(guó)工業(yè)硅的技術(shù)及裝備在近年來(lái)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，取得了可喜的成就，但還存在著一些問(wèn)題制約著工業(yè)硅的發(fā)展。

1 存在問(wèn)題

1.1 還原劑的替代

工業(yè)硅生產(chǎn)中，還原劑要求較嚴(yán)格，除了固定碳和灰分含量外，對(duì)碳質(zhì)還原劑的物理性能的基本要求是:反應(yīng)活性好、比電阻高、不易發(fā)生石墨化、粒度適宜、有一定的機(jī)械強(qiáng)度。木炭的孔隙率最大，而且有許多直孔，適于氣體通過(guò)，它在很高溫度下結(jié)晶程度也無(wú)大的增長(zhǎng)，所以在還原條件下，有較高的比電阻和反應(yīng)能力，顯然木炭是最能滿足冶煉硅要求的碳質(zhì)還原劑，也是目前企業(yè)普遍采用的主要還原劑。

為保護(hù)森林資源，限制了工業(yè)硅生產(chǎn)大量使用木炭的可能性，同時(shí)木炭也造成工業(yè)硅生產(chǎn)成本的提高，因此一些企業(yè)開始用部分石油焦和洗精煤替代木炭，還有一些企業(yè)使用全石油焦或全洗精煤冶煉工業(yè)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(yè)硅的經(jīng)驗(yàn)，所以對(duì)大型電爐替代木炭的還原劑還需研究試驗(yàn)。

1.2 微硅粉的應(yīng)用

微硅粉為硅鐵、工業(yè)硅電爐冶煉煙氣收下的煙塵，近年來(lái)隨著我國(guó)硅鐵、工業(yè)硅產(chǎn)量的增加，并且環(huán)保除塵設(shè)施逐步完善，使微硅粉產(chǎn)量大幅增加。

微硅粉的市場(chǎng)多集中在國(guó)外，國(guó)外對(duì)微硅粉的研究已經(jīng)有幾十年，對(duì)微硅粉研究比較系統(tǒng)。近年來(lái)，由于國(guó)外經(jīng)濟(jì)等原因，對(duì)微硅粉的需求量減少，國(guó)內(nèi)微硅粉的市場(chǎng)還沒有充分開發(fā)，使得微硅粉出現(xiàn)了滯銷。因此，微硅粉的研究、開發(fā)與利用關(guān)乎我國(guó)工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來(lái)。

1.3 煙氣的余熱利用

工業(yè)硅電爐煙氣量大，1臺(tái)25.5 MVA電爐煙氣量達(dá)到14萬(wàn)m3/h，煙氣溫度高，一般在500～800℃，若采用余熱鍋爐，其每臺(tái)電爐可產(chǎn)蒸氣18～25 t/h，配套3000 kW發(fā)電機(jī)組，每冶煉1 t工業(yè)硅，可余熱發(fā)電800～1 200 KWh，可見，該部分煙氣余熱具有較好的利用價(jià)值。

我國(guó)在上世紀(jì)就在民和鎂廠工業(yè)硅電爐上使用余熱鍋爐，由于工業(yè)硅電爐煙氣量及煙氣溫度波動(dòng)大，煙塵有極強(qiáng)的粘附力，所以使用效果不好?，F(xiàn)今，我國(guó)余熱鍋爐技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，部分工業(yè)硅電爐已經(jīng)開始在建設(shè)余熱鍋爐，余熱鍋爐采用膜式水冷壁、激波清灰裝置等技術(shù)。

1.4 工業(yè)硅人工精整

由于工業(yè)硅澆鑄時(shí)表皮含雜質(zhì)高，錠內(nèi)含有夾渣，在精整時(shí)由人工去除。因?yàn)闄C(jī)械破碎工業(yè)硅，不合格粒度量大(一般約為10%)，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，所以現(xiàn)企業(yè)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(gè)5萬(wàn)/a工業(yè)硅企業(yè)，需精整人員約80人。人工精整使企業(yè)勞動(dòng)密集，機(jī)械化程度降低。

水發(fā)?；I(yè)硅在歐洲部分工廠使用，其機(jī)械化程度高，可進(jìn)一步提高硅的凈潔度，是一種先進(jìn)的精整工藝，國(guó)內(nèi)應(yīng)大力開發(fā)利用。

1.5 成本降低

工業(yè)硅生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入微利時(shí)代，降低成本是企業(yè)生存的關(guān)鍵，表1是某企業(yè)制造成本的比例。

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

(1)電費(fèi)在制造成本中占有最大比例，表1中電價(jià)以0.36元/kWh計(jì)算，某些地區(qū)電價(jià)更高，其電費(fèi)所占比例還將更高。電價(jià)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(yè)的廠址選擇應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)，企業(yè)可以與當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)爭(zhēng)取更優(yōu)惠的電價(jià)。

(2)工業(yè)硅冶煉為高能耗、高電耗，每生產(chǎn)1 t工業(yè)硅，冶煉電耗約在12 000 kWh，動(dòng)力電耗在500～900 kWh，節(jié)電一直是設(shè)計(jì)和企業(yè)追求的目標(biāo)。如永昌硅業(yè)將冶煉電耗從行業(yè)準(zhǔn)入水平12 000 kWh降到11 600 kWh，若電價(jià)以0.36元/kWh計(jì)算，僅此項(xiàng)可降低成本144元/t。

(3)還原劑在工業(yè)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(zhì)疏松劑。我國(guó)工業(yè)硅生產(chǎn)企業(yè)一直使用木炭作為主要的還原劑，對(duì)木炭的需求量極大，生產(chǎn)1 t木炭約需6t木材，需要砍伐大量的森林。隨著環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的加強(qiáng)，國(guó)家對(duì)森林資源的禁伐，木炭的采購(gòu)越來(lái)越困難，其價(jià)格也大幅增加，現(xiàn)已漲價(jià)至2 500元/t。洗精煤要求灰份低，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，所以價(jià)格也與木炭?jī)r(jià)格相近。石油焦為石油加工的副產(chǎn)物，易采購(gòu)，價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，現(xiàn)價(jià)格在2 000元/t左右。從降低成本的角度來(lái)看，每t產(chǎn)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(yè)硅冶煉中占第3位，現(xiàn)國(guó)產(chǎn)炭素電極價(jià)格約在20 000元/t，進(jìn)口炭素電極價(jià)格約在26 000元/t，是國(guó)產(chǎn)電極的1.3倍。國(guó)產(chǎn)電極在質(zhì)量上基本已經(jīng)過(guò)關(guān)，采用國(guó)產(chǎn)電極，可大幅降低生產(chǎn)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(yè)噸產(chǎn)品電極消耗由行業(yè)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(yè)硅約需3 t硅石、2 t還原劑，可見物料的運(yùn)輸及倒轉(zhuǎn)對(duì)企業(yè)的成本也起著一定的影響，若運(yùn)輸及倒轉(zhuǎn)不得當(dāng)，會(huì)增加成本費(fèi)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(chǎn)品質(zhì)量

我國(guó)工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)為高附加值、高純化學(xué)級(jí)工業(yè)硅產(chǎn)品國(guó)內(nèi)產(chǎn)量低，不足5萬(wàn)t，而大量的冶金級(jí)工業(yè)硅卻是產(chǎn)能過(guò)剩。工業(yè)硅產(chǎn)品隨著產(chǎn)品品質(zhì)的不同，價(jià)格有較大的差距，提高工業(yè)硅產(chǎn)品品質(zhì)，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益。

要產(chǎn)出高品質(zhì)的工業(yè)硅產(chǎn)品，必須保證硅石、還原劑的品質(zhì)，而且有良好的操作。而且爐外精煉的應(yīng)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(guò)程中會(huì)造成環(huán)境污染，現(xiàn)企業(yè)已經(jīng)很少采用。而氧化精煉也能有效地除去工業(yè)硅中的主要雜質(zhì)鋁和鈣，且工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，硅燒損率低，精煉過(guò)程效率高，精煉后產(chǎn)品成份穩(wěn)定，能使硅產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 結(jié) 語(yǔ)

在工業(yè)硅生產(chǎn)中，只有很好地解決還原劑的替代、微硅粉的應(yīng)用、煙氣的余熱利用、工業(yè)硅人工精整、成本降低、提高產(chǎn)品質(zhì)量等問(wèn)題，企業(yè)才能有競(jìng)爭(zhēng)力，行業(yè)才能健康發(fā)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(jí)工程師.主要研究方向:冶煉設(shè)計(jì).