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第十一届中国硅业峰会暨中国多晶硅光伏产业高峰论坛

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第十一届中国硅业峰会暨中国多晶硅光伏产业高峰论坛

资深专家贴:我国工业硅生产的技术进步和科研方向【硅业峰会】

来源:SMM

2022SMM第十一届中国硅业峰会暨中国多晶硅光伏产业高峰论坛上,四川省铁合金(工业硅)工业协会资深专家唐琳带来了我国工业硅生产的技术进步和科研方向的分享。唐琳从我国工业硅生产的技术进步和工业硅生产的未来研发方向进行了详细地阐述和分享。

对于我国工业硅生产的技术进步,电炉大型化、功率因数补偿技术普遍使用,提高电炉容量使用率,提高产量等是其主要阐述角度。

我国20世纪末引进25.5MVA工业硅电炉,通过工业硅人的努力,从引进、消化到创新,现在全国已经有百余台大型工业硅电炉在甘肃、四川、云南、内蒙、新疆、青海、贵州、福建等省崛起,发挥越来越明显的技术优势和强大生命力。

1、大型工业硅电炉功率大、热量大、炉温高有利于工业硅冶炼的吸热反应进行,有利于降低电耗、物耗。

2、大型工业硅电炉的炉衬耐火材料用量大、热容量大、热稳定性好。

3、大型电炉便于实现机械化、自动化,可以减轻员工劳动强度,减少企业员工数量,提高员工劳动生产率,节约人工成本。

4、大型电炉功率大,炉温高,热量大,余热利用效果好。

5、大型电炉功率大,炉温高、热容量大,热停炉后恢复炉温、炉况快。

6、功率因数补偿技术普遍使用,提高电炉容量使用率,提高产量。

工业硅电炉具有较大的感抗,电炉越大,感抗越大,降低有功功率输入电炉,降低电炉有功功率,电炉越大,功率因数越低,它将严重影响电炉容量发挥。为此,需要对电炉功率因数进行补偿,以充分发挥电炉容量功效,提高电炉产量。

上世纪我国就开始研发对电炉功率因数提高进行探索,经过不懈努力,已开发出多种补偿方法,使我国电炉容量利用率比国外企业大大提高。

中国特色的电炉设计程序

中国工业硅电炉普遍使用功率因数补偿装置,电炉功率因数高,电炉有功功率高,电炉产量增加。

大电炉全煤工艺生产优级品工业硅

电炉烟气余热利用,降低综合能耗,实现低碳双控生产。

工业硅生产过程中产生大量高温烟气,在正常生产时烟气温度为600~700℃。炉况不正常发生大塌料或捣炉时烟气温度甚至高达900~1000℃,这些高温烟气携带大量热能,过去这些热能没有回收,白白浪费,现在可以对高温烟气携带的热量进行回收利用。例如四川茂县潘达尔硅业公司等企业通过高温烟气进入余热发电系统,回收其中的热能进行发电,这对于降低产品成本,提高企业效益和减少大气热效应污染都有好处。为工业硅低碳、双控生产作出贡献。

电炉烟气的净化:除尘、脱硫、脱硝

微硅粉得到充分利用:

微硅粉是工业硅生产中的副产品,是一种超细粉末。每产出1吨工业硅,将同时产出0.35吨微硅粉[5]。随着工业硅产量的增加,微硅粉产量也相应加大。据不完全统计,2021年全国微硅粉产量约95万吨。过去微硅粉的利用没有被人们重视,现在已被我们充分利用,变废为宝。

在建筑行业利用:提高建筑材料的强度,特别是快干强度、早干性、防渗性、抗化学侵蚀性;

(1) 在混凝土、砂浆等建筑材料上的使用;

(2) 在水工抗磨蚀材料的应用:提高耐冲刷性;

(3) 在泵送混凝土的应用:防止浆体分离;

(4) 在泡沫混凝土上的应用:提高其强度;

(5) 在防渗混凝土上的应用:隧道和地下建筑物使用可防渗。

在耐火材料上的应用:用作高级耐火材料使用:

1、在油漆、涂料行业中使用。能提高油漆、涂料的抗腐蚀性、耐磨性、绝缘性、耐高温、耐裂性等;

2、在橡胶行业上使用。代替白炭黑生产橡胶制品;

3、在陶瓷行业上使用。提高陶瓷制品的强度、光滑度、白度,用以生产高级陶瓷用品;

4、在保温行业上的使用。增加保温材料的强度、抗湿性、抗腐蚀性;

5、在农业上的使用。制作硅肥,改良土壤,提高农作物产量。

现在在我国,微硅粉的使用领域已越来越广阔。

炉外富氧底吹精炼技术普遍使用:

富氧底吹炉外精炼技术的普遍使用,不但能提高产品质量和使用价值,增加企业经济效益,并且还使品位较低的原料也能生产高品质产品。

1、电炉装备的机械化、自动化不断进步

我国工业硅产业壮大离不开电炉设备的机械化、自动化。

2、配料、上料、加料的机械化、自动化;

3、电极控制的液压化、自动化;

4、用电制度的自动化;

5、捣炉、推料机械化;

6、浇铸半机械化;

7、软化水技术得到应用。

工业硅电炉装备水平的提高,使劳动者环境条件改善,劳动强度降低,人员减少,电炉运行更为安全可靠,电炉作用率大大提高,为电炉高产、优质、低耗奠定可靠基础。

8、电炉炉衬使用寿命大大提高

a、炉衬材料品质的提高:氮化硅结合碳化硅砖和刚玉砖等用于出铁口部位,电炉炉衬内衬使用高石墨质炭砖,富氧精炼的透气砖使用刚玉质浇注料等;

b、新型的炉衬砌砖方式:科学的防渗漏砌筑方法有:(1)细缝砌筑法,(2)开槽砌筑法,(3)浇注料整体打结法。

c、炉衬材料品质的提高和砌筑方法的优化,使电炉炉衬使用寿命大大提高。

对于工业硅生产的未来研发方向,唐琳也从以下几个方面进行了介绍

1、工业硅电炉的全封闭

工业硅电炉全封闭的优点:

2、全封闭电炉能量回收远高於半封闭炉,减碳双控效果好。

3、产品电耗降低

4、碳消耗下降

5、Si回收率提高

6、产量提高

电炉全封闭后产品电耗降低和Si回收率提高,带来电炉产量提高。

7、炉口操作人员和设备减少

电炉全封闭后不需要捣炉透气,不需要推料平整料面,因此炉口操作人员和设备减少甚至取消。

8、电炉总投资下降约5%

研发更大电极为制造更大电炉奠定基础

我国目前最大的工业硅电炉约为33000kVA,原因是最大只能生产直径1272mm的石墨质碳电极。我国必须研发能满足更大电炉的工业硅电炉用电极。为此必须研发解决如下难题:

1、研发更大直径电极的电极材料;

2、研发更大直径电极的成型方法和设备;

3、研发更大直径电极的焙烧、石墨化工艺和设备;

4、研发更大直径电极的加工工艺和设备。

加强各种原料特性研究,为新产能寻找原料

我国工业硅产能和产量早已都成为世界第一,最近,无论北方的新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙还是南方的云南、贵州、四川等省都在建设工业硅生产新基地扩大产能。增加产量不但要有充沛的电力,同时必须有各种生产原材料的保障供应,否则将会形成无米之炊的局面,影响产能发挥。大炉型工业硅电炉原材料主要有硅石和煤,因此需要大力寻找优质原材料和研究它们的特性及其对生产的影响。

精炼技术有待进一步提高

工业硅生产时各种原材料都有一定数量的灰分,因此产品中含有多种杂质,杂质将降低工业硅的使用价值、价格,必须对其进行精炼提纯。常规富氧底吹精炼可以去除硅熔液中杂质铝(Al)50%左右、钙(Ca)80%左右,为了提高工业硅的纯净度必须对现有精炼工艺的提高做进一步研究。

1、完善富氧底吹精炼工艺:透气砖的结构和材质、送气制度(富氧成分、压力、风量等)。

2、富氧底吹加合成渣联合精炼工艺的研发:主要有合成渣的化学成分、粒度、投入量、投入方式等。

3、工业硅生产的机械、自动化、智能化的研究和提高

4、电炉捣炉、推料机器人操作;

5、出炉、拉渣、堵眼操作完全由机器人代替;

6、浇铸自动化、智能化控制;

7、通过智能化、互联网、信息集成建设智能化工业硅生产企业。使管理更精准,更安全可靠。

8、烟气净化技术有待进一步完善。

我国工业硅生产企业通过技术改造和设备升级,烟气净化技术有了很大提高。现在粉尘(颗粒物)和二氧化硫(SO2)均能达标排放。需进一步的研发有:

9、氮氧化合物的达标排放。

10、电炉烟气净化系统全流程达标排放的研究。

11、副产品(微硅粉)的深度开发

12、发挥工业硅在硅材料产业链的中枢作用。

13、搭乘“一带一路”快车

近几年我国给能源、资源比较丰富的伊朗、哈萨克斯坦、印度尼西亚、马来西亚等国家兴建了一些工业硅电炉。今后我国应该加强研究,与一带一路沿线能源资源丰富的国家共同发展当地的硅产业链,合作共赢,全球齐进。


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