工业硅工艺流程资料讲解

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1、.1 项目主要建设内容 主要建设内容为：建设生产厂房 8000 平方米，供水系统、环保系统等配套设施用房 10000 平方米， 厂区道路及停车场等 4800 平方米， 厂区绿化 3400 平方米。 购置和制作生产所需的 冶炼炉、精炼炉、除尘系统等生产设备 326 台（套），监测、化验及其他设备 9台套。1.2.2 产品规模年产高纯工业硅 5 万吨，其中： 1101 级高纯工业硅 4 万吨， 3N 级高纯工业硅 6000 吨， 4N 级高纯工业硅 4000 吨。1.2.3 生产方案1、产品方案目前，国内外工业硅市场 1101 级以下（不包括 1101级）产品基本处于供大于求的状况， 且 短时期内

2、不会有很大变化。 结合全油焦生产工艺产品产出比例， 本项目产品方案为： 年产高 纯工业硅5万吨，其中：1101级高纯工业硅 4万吨，3N级高纯工业硅 6000吨，4N级高纯 工业硅 4000 吨。2、技术方案1 ）国内外现状和技术发展趋势冶金级工业硅由于生产技术简单，全世界生产企业众多，产量较大，供需基本保持平衡，且耗能高、附加值低，属国家限制类行业。目前国外有工业硅生产厂家30 多家，主要集中在美国、巴西和挪威三国，占世界生产能力的65%，最大生产厂家主要有挪威的埃肯、巴西的莱阿沙、美国的全球冶金，电炉变压器容量大多在10000KVA 60000KVA通用炉型为30000KVA小于10000

3、KVA的电炉基本停用。其发展趋势是矿热炉大容量化，由敞开式的固定炉 体向旋转、封闭炉体发展，自焙电极的应用、炉气净化处理、新型还原剂的开发与应用、炉 外精炼技术的发展和应用、 生产过程中的计算机管理和控制。 其特点是电炉容量大、 劳动生 产率高、单位产品投资少、有利于机械化、自动化生产和控制环境污染。我国工业硅生产起 步于上世纪的 50 年代，目前仍在生产的厂家约有 300 多家，电炉 400多台，产能约为 90 120万吨 /年，产量约为 7090万吨。且大部分分布在福建和云、贵、川等小水电资源丰富 的地区，受季节性影响较大。其突出特点是电炉容量小、台数多，厂家多而分散，操作机械 化水平低、

4、劳动生产率低，产品质量不稳，化学级工业硅产量低（不到产量的1/8 ），且能源消耗、原材料消耗和生产成本偏高（行业内称为“三高”）。从电炉变压器容量看，我国 以3200Kva至6300kVA的电炉为主要炉型，2006年国内已建成的 10000kVA工业硅电炉仅有9座，25500kVA工业硅电炉仅有 3座，平均炉容为 2500KVA。从炉型看，我国工业硅生产企 业大多采用敞开式固定炉体。 因而我国工业硅发展受到产业结构不合理、 技术落后、 能耗高、 自动化控制技术不成熟、 还原剂开发落后、产品品质普遍偏低等因素的制约。近年来，经过部分厂家对工业硅的新工艺、新技术消化吸收和试验总结，在技术上已经取得

5、了重大突破。 如无木炭全油焦生产工艺， 碳素电极生产新工艺和冶炼设备的低频电源、 二次低压补偿、 复 合板水冷铜瓦、 电机调节器、 大截面水冷电缆、 旋转炉体和低热辐射砌炉方法等新技术设备 朝着高效节能和容量的大型化、 控制的自动化、管理的现代化发展。在产品品位上，采用行 之有效的工艺技术将逐步减少低附加值产品生产， 提高产品等级， 生产化学级及高纯工业硅。2）生产方法高纯工业硅系连续作业过程， 无论是国内还是国外都用碳热法， 即以硅石和碳质还原剂为原 料，在埋弧电炉中由电热法冶炼生产的。 工业硅冶炼化学反应比较复杂， 但最基本的反应是：SiO2+2C- Si+2C0生产方法的区别主要在碳质还

6、原剂、 碳质电极和炉型的选择上。 近年来， 经过国内部分厂家 对工业硅的新工艺、 新技术消化吸收和试验总结， 在技术上已经取得了重大突破。 如无木炭 全油焦生产工艺， 碳素电极生产新工艺和冶炼设备的低频电源、 二次低压补偿、 复合板水冷 铜瓦、电机调节器、大截面水冷电缆、旋转炉体和低热辐射砌炉方法等新技术、新设备，工 业硅生产朝着容量的大型化、控制的自动化、管理的现代化发展。本项目采用“全油焦”生产方法。即冶炼用还原剂全部由石油焦，而不用木炭、焦炭或煤。 其原料路线具体是： 将硅石从公司矿山运回后， 通过人工挑选， 再将合格硅石用水清洗除去 泥土等杂质，再用破碎机破碎至20 100mm然后筛分

7、，再水洗除去碎石、石粉等，经称量后与石油焦按照一定比例混匀， 将混匀后的合格料送至冶炼炉进行冶炼除杂， 生产出合格产 品。3）技术来源及特点商南中剑公司是国内第一家用“全油焦”生产工业硅的企业，自主研发的“全油焦”生产方 法和工艺， 属国内首创， 完全具有自主知识产权， 在国内同行业中处于领先地位。 已得到陕 西省发展和改革委员会陕发改产业函 200662号文确认， 符合经国务院批准国家发改委 2 005年 12月 2日发布的第 40号公告产业结构调整指导目录（ 2005年本），属国家鼓励 发展的产品和生产工艺，产品经国家质量技术监督局 ?国家进出口商品检验局认证实验室天 津地质研究院地质矿产

8、测试中心检测，纯度达到99.99%（4N级）。利用该方法和工艺生产的高纯工业硅产品，不仅质量稳定，达到“2202级”、“ 1101级”和“ 3N、“ 4N以上高规格的国际标准， 而且降低了产品的能耗。 更为重要的是全部用石油焦替代木炭作为还原剂从根本上解决了企业生产与生态环境建设中 “严禁伐木烧炭” 之间的突出矛盾， 既保证了企 业生产所需的原料， 又有效的保护了自然生态环境， 从根本上解决了企业长期发展的战略问 题。“全油焦”生产方法和工艺具有以下特点：一是配方科学，确保固定碳含量高且稳定，使石油焦中的C和硅石中的SiO2最大限度的发生氧化、还原反应， 破环和降低碳化硅的形成和一氧化硅的排放

9、， 从而提高了产品产量、保 证了质量的稳定性。二是采用和掌握了低电流高电压操作技术，不但降低了无功功率，使有功功率提高了10%，最大限度地发挥了电炉的功率因素，温度高、化料快，使每吨产品电耗由14000 度降低到 12000 度，而且使电极消耗由原来的 130Kg/t 降低到 100Kg/t 。三是采用空心电极、 加厚炉壁， 由电极顶部在冶炼的同时用自制的特殊设备在保持高温的同时加入氧气等气体，在炉内直接精炼，使产品一步达到99.9%（3N）以上级别。四是采用特殊的炉外精炼方法，使硅水中的铁、铝、钙等除杂率分别提高到20%、40%、75%以上，保证了高等级硅的产出率，每炉4N产品的比例为40%

10、以上，剩余产品硅含量均在 99. 7%以上，所有产品均达到国际标准以上。该项目所用的全油焦高纯工业硅生产技术，是对我国工业硅生产技术在生产领域内的创新， 填补了国内空白，有利于我国有机硅行业及多晶硅太阳能电池行业的整体提升。4）工艺流程工艺流程简述：该项目采用的工艺技术路线是：首先将合格硅石用水清洗除去泥土等杂质，经破碎机破碎至20 100mm然后筛分，再水洗除去碎石、石粉等，经称量后与石油焦按照 一定比例混匀， 将混匀后的合格料送至冶炼炉进行冶炼除杂， 硅液形成后通入空气增加透气 性以进一步除杂，一部分硅液冷却后直接产出1101#及3N产品，一部分硅液送至特制硅包通氧进行精炼，精炼后的硅液在

11、送入精炼炉进一步精炼、加氧增压分离除杂，冷却后产出4N级高纯工业硅产品，经精选、清洗，最后破锭包装入库。精炼工艺： 为使精炼过程顺利完成， 本工艺采用氧气和空气混和底吹的方式， 底吹氧的透气 砖安装在包底中，透气砖内有较多的细铜管，氧气和空气从细铜管中吹向硅熔液实施精炼， 空气在吹氧结束后亦通过透气砖向硅熔液中形成正压。 精炼过程需要搅拌， 搅拌采用压缩空 气搅拌，其目的是为了改善渣金属元素相反应的动力学条件，加速造渣，尽快脱除杂质， 减少热损失和硅液粘包。工艺简述：从氧气站和空压站输送来的氧气和压缩空气经计量由耐热橡胶管输人硅包底部散气砖中与刚出炉的硅液进行反应，脱除杂质Ca和Al。在出炉前2-3m in，先向包底通人压产出物投入物料缩空气，以防止硅液灌人透气孔，当硅液达1/3硅包深度时，即可开启氧气进行氧化精炼。待出完炉堵眼后并完成精炼，（铝、钙等含量达要求值以下）即可关闭氧气，并将砖包由出炉 小车拉至浇铸间进行浇铸，倒完硅液后继续通人压缩空气3-5m in，防止散气孔的堵塞，稍后即可拔去热耐橡胶管，并扒去硅渣，等待出下一炉。5）主要物料消耗主要物料消耗定额表硅石（吨）石油焦（吨）石墨电极（吨）电（万度）水（吨）:it1101:2.081.080. 071173N级0.250.220. 010. 234N级0.17一一一一合计2.51.30. 081.220