冶炼工业硅存在的主要问题

张志凌，梁 可

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明650051)

冶炼工业硅存在的主要问题

张志凌，梁 可

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明650051)

阐述了还原剂的替代品、微硅粉的应用、烟气的余热利用、工业硅人工精整、成本降低、提高产品质量等冶炼工业硅存在的主要问题。

工业硅;还原剂;微硅粉;烟气;余热利用

0 引 言

我国工业硅的技术及装备在近年来有了长足的发展，取得了可喜的成就，但还存在着一些问题制约着工业硅的发展。

1 存在问题

1.1 还原剂的替代

工业硅生产中，还原剂要求较严格，除了固定碳和灰分含量外，对碳质还原剂的物理性能的基本要求是:反应活性好、比电阻高、不易发生石墨化、粒度适宜、有一定的机械强度。木炭的孔隙率最大，而且有许多直孔，适于气体通过，它在很高温度下结晶程度也无大的增长，所以在还原条件下，有较高的比电阻和反应能力，显然木炭是最能满足冶炼硅要求的碳质还原剂，也是目前企业普遍采用的主要还原剂。

为保护森林资源，限制了工业硅生产大量使用木炭的可能性，同时木炭也造成工业硅生产成本的提高，因此一些企业开始用部分石油焦和洗精煤替代木炭，还有一些企业使用全石油焦或全洗精煤冶炼工业硅，但在25.5MVA以上的大型电炉，还没有使用全石油焦或全洗精煤冶炼工业硅的经验，所以对大型电炉替代木炭的还原剂还需研究试验。

1.2 微硅粉的应用

微硅粉为硅铁、工业硅电炉冶炼烟气收下的烟尘，近年来随着我国硅铁、工业硅产量的增加，并且环保除尘设施逐步完善，使微硅粉产量大幅增加。

微硅粉的市场多集中在国外，国外对微硅粉的研究已经有几十年，对微硅粉研究比较系统。近年来，由于国外经济等原因，对微硅粉的需求量减少，国内微硅粉的市场还没有充分开发，使得微硅粉出现了滞销。因此，微硅粉的研究、开发与利用关乎我国工业硅产业发展的未来。

1.3 烟气的余热利用

工业硅电炉烟气量大，1台25.5 MVA电炉烟气量达到14万m3/h，烟气温度高，一般在500～800℃，若采用余热锅炉，其每台电炉可产蒸气18～25 t/h，配套3000 kW发电机组，每冶炼1 t工业硅，可余热发电800～1 200 KWh，可见，该部分烟气余热具有较好的利用价值。

我国在上世纪就在民和镁厂工业硅电炉上使用余热锅炉，由于工业硅电炉烟气量及烟气温度波动大，烟尘有极强的粘附力，所以使用效果不好。现今，我国余热锅炉技术有了长足的发展，部分工业硅电炉已经开始在建设余热锅炉，余热锅炉采用膜式水冷壁、激波清灰装置等技术。

1.4 工业硅人工精整

由于工业硅浇铸时表皮含杂质高，锭内含有夹渣，在精整时由人工去除。因为机械破碎工业硅，不合格粒度量大(一般约为10%)，严重影响企业的经济效益，所以现企业均采用人工破碎，不合格粒度量少(一般约为3%)。人工破碎能力约为2 t/人.d，若一个5万/a工业硅企业，需精整人员约80人。人工精整使企业劳动密集，机械化程度降低。

水发粒化工业硅在欧洲部分工厂使用，其机械化程度高，可进一步提高硅的净洁度，是一种先进的精整工艺，国内应大力开发利用。

1.5 成本降低

工业硅生产已经进入微利时代，降低成本是企业生存的关键，表1是某企业制造成本的比例。

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

(1)电费在制造成本中占有最大比例，表1中电价以0.36元/kWh计算，某些地区电价更高，其电费所占比例还将更高。电价每增加0.01元/kWh，制造成本增加约120元/t，增加比例约1%，所以新建企业的厂址选择应充分考虑当地的电价，企业可以与当地供电企业争取更优惠的电价。

(2)工业硅冶炼为高能耗、高电耗，每生产1 t工业硅，冶炼电耗约在12 000 kWh，动力电耗在500～900 kWh，节电一直是设计和企业追求的目标。如永昌硅业将冶炼电耗从行业准入水平12 000 kWh降到11 600 kWh，若电价以0.36元/kWh计算，仅此项可降低成本144元/t。

(3)还原剂在工业硅冶炼中也占有很大比例，还原剂有木炭、洗精煤、石油焦、木质疏松剂。我国工业硅生产企业一直使用木炭作为主要的还原剂，对木炭的需求量极大，生产1 t木炭约需6t木材，需要砍伐大量的森林。随着环境保护和生态建设的加强，国家对森林资源的禁伐，木炭的采购越来越困难，其价格也大幅增加，现已涨价至2 500元/t。洗精煤要求灰份低，运输距离远，所以价格也与木炭价格相近。石油焦为石油加工的副产物，易采购，价格相对稳定，现价格在2 000元/t左右。从降低成本的角度来看，每t产品多使用100 kg石油焦替代木炭，其成本可降低50元。

(4)电极成本在工业硅冶炼中占第3位，现国产炭素电极价格约在20 000元/t，进口炭素电极价格约在26 000元/t，是国产电极的1.3倍。国产电极在质量上基本已经过关，采用国产电极，可大幅降低生产成本。另外，降低电极消耗也是降低成本的重要途径，例如永昌硅业吨产品电极消耗由行业平均水平100 kg降低到60 kg，仅此就可降低成本800元。

(5)冶炼1 t工业硅约需3 t硅石、2 t还原剂，可见物料的运输及倒转对企业的成本也起着一定的影响，若运输及倒转不得当，会增加成本费用，并且使物料破损，特别是木炭，使物料的消耗量增加。

1.6 提高产品质量

我国工业硅产业表现为高附加值、高纯化学级工业硅产品国内产量低，不足5万t，而大量的冶金级工业硅却是产能过剩。工业硅产品随着产品品质的不同，价格有较大的差距，提高工业硅产品品质，将会给企业带来很好的经济效益。

要产出高品质的工业硅产品，必须保证硅石、还原剂的品质，而且有良好的操作。而且炉外精炼的应用也是必不可少的，炉外精炼主要分为氯化精炼和氧化精炼2种。前者由于在处理过程中会造成环境污染，现企业已经很少采用。而氧化精炼也能有效地除去工业硅中的主要杂质铝和钙，且工艺设备简单，硅烧损率低，精炼过程效率高，精炼后产品成份稳定，能使硅产品质量升级，带来可观的经济效益。

2 结 语

在工业硅生产中，只有很好地解决还原剂的替代、微硅粉的应用、烟气的余热利用、工业硅人工精整、成本降低、提高产品质量等问题，企业才能有竞争力，行业才能健康发展。

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.

张志凌(1964－)，男，云南人，高级工程师.主要研究方向:冶炼设计.