在2023 SMM (第十二届) 硅业峰会上，通威绿色基材(广元)有限公司资深专家唐琳介绍了工业硅及硅系合金全密闭的必要性、电炉全密闭在技术上的可行性及电炉的高效益性。
矿热炉生产品种有：硅铁、工业硅、硅钙合金、硅铝合金、富锰渣、高碳锰铁、锰硅合金、高碳铬铁、硅铬合金、钛渣、黄磷、电石等。由于硅系合金冶炼的特殊性，生产过程中需要捣炉透气，无法实行全密闭生产，现今除硅系品种电炉外，其他品种电炉均已实现全密闭。
从20世纪70年代起，国内外铁合金人先后对工业硅及硅系合金电炉生产的不捣炉工艺和全密闭设备进行探索、研究和实践，取得在工艺理念、设备升级、冶炼操作等方面的重大突破，实现了很有意义的阶段性成果。
工业硅及硅系合金全密闭的必要性
工业硅及硅系合金电炉炉内的总还原反应是：
Si02+2C→Si+2C0↑
反应生成的CO气体携带着大量的化学潜能，但是工业硅及硅系合金电炉冶炼的特殊性，在生产时需要打开炉门进行捣炉透气操作，无法实现电炉的全密闭，在打开炉门捣炉的同时大量空气进入烟罩，烟罩内由炉膛逸出的CO气体与由炉门进人空气中的02，进行燃烧反应生成CO2，其反应如下，并放出大量热能：
2C0+02→2C02
其后果是:
1、产生大量CO2气体污染环境；
2、浪费CO化学潜能。烟罩内CO气体的燃烧反应，浪费了烟气中大量的化学潜能，降低了企业效益；
3、增加设备故障率，降低作业率。CO气体的燃烧使烟罩内烟气温度达到600~700℃，特殊情况时高达1000℃以上。高温烟气容易烧坏炉内设备(把持器、烟罩顶部、内侧等)，造成设备事故，增加故障率，降低作业率；
4、恶化工作环境，易发人身安全事故。烟罩内的高温烟气通过对流传热、辐射传热、传导传热，特别是打开炉门操作时，高温传输到操作平台，增加了工作环境温度，恶化劳动环境，增加安全隐患；
5、增加碳损耗，增加碳排放。料面处的CO燃烧反应，增加了还原剂（C）的烧损；
6、降低硅回收率。炉膛上部温度的升高不利于歧化反应(2Si0→2Si+02)的进行，降低了硅回收率，进而影响产量、电耗等指标。
综上所述，为实现工业硅和硅系合金生产的低碳、环保、高效、安全，对电炉全密闭很有必要。
工业硅及硅系合金电炉全密闭在技术上的可行性
从20世纪70年代开始已有研究者对工业硅和硅系合金不捣炉操作工艺进行研究，为电炉全密闭生产进行探索，发现可以采用二段式旋转炉缸实现不捣炉工艺进而实现电炉全密闭生产
炉体分成两部分，即上部与下部。上部内断面为正多边形，典型为正九边形，称为炉圈;下部是电炉的主体。两部分可各自单独旋转。原则上，两部分炉体可采取旋转或往复转动任意组合。
通过挪威埃肯公司不捣炉生产经验来看，该两段炉体电炉可以不捣炉，并取得了电耗降低、硅回收率提高的可喜结果。
国内方面，通过吉林铁合金厂硅铁电炉不捣炉生产经验，1982年吉林铁合金厂一车间104号，固定式12500kVA硅铁电炉，加上了上部炉圈旋转生产75硅铁的实践。结果显示：1、可以基本不捣炉，料管加料后仅需人工用大铲平整料面；2、料面冒火均匀无刺火现象，整个料面沉料均匀；3、炉台温度低，劳动环境改善;4、耗电降低，产量提高。
综合国内外实践介绍，可以肯定硅系合金两段式旋转电炉能做到不捣炉生产，为进而实现电炉全密闭打下基础。
全密闭工业硅及硅系合金电炉的高效益性
二氧化碳排放减少35%
1、电炉全密闭烟气中一氧化碳化学能充分利用，可减少用电量30%；
2、全密闭炉料面碳烧损减少，碳消耗降低10%。
提高企业经济效益
1、投资减少15%
半封闭炉内由于炉内逸出的CO气体在烟罩下燃烧，烟气温度为600-700℃，特殊情况时可达1000℃以上，因此烟气量大，高达6Nm³/kW，工况烟气量19.8m³/kW，导致烟气净化设施庞大，投资大，运行费用高，占地面积大。电炉全密闭后煤气量仅为0.23Nm³/kW，工况煤气量约为0.67m³/kW，烟气量大大减少，可使煤气净化处理设施大大缩小，投资费用大大减少。据资料表明，一台25000kW封闭炉总费用下降约15%。
2、产品成本下降
（1）全密闭炉能量回收远高于半封闭炉。在挪威埃肯公司《高效率的硅铁生产工艺》一文中指明:对于25000kW硅铁全密闭电炉生产过程中煤气的潜在能量约为17000kW。这意味着可回收能量占输入电量的70%。在2017年《中国工业硅产业链论文集》中指出:半封闭工业硅电炉余热锅炉的可回收发电量达到每吨产品的1920kWh。以工业硅产品吨电耗12500度计算可回收电量15.4%。二者比较，全密闭炉比半封闭炉每吨产品多回收54.6%能量。考虑某些不确定因素和未知因素，起码可多回收电量15%。工业硅电耗12500kWh/t，可多节电2000kWh/t；硅铁电耗8500kWh/t，可多节电1275kWh/t。回收能量多节电多，产品成本降低，企业效益明显增加。
（2）产品电耗降低。在挪威埃肯公司《高效率的硅铁生产工艺》一文中指明:电炉改造成封闭炉后，使75%硅铁的电耗大约降低了500kWh/t。在挪威埃肯公司菲斯卡厂的9000kW金属硅电炉上，同样出现电炉经改造成两段炉后，电耗也有降低。
根据我国江西新余钢铁厂“上部炉缸旋转电炉冶炼75%硅铁电炉试验”中指出：采用上部炉缸旋转后吨电耗下降2%。
（3）碳消耗下降。电炉封闭后烟罩内没有空气，没有氧，烟罩内不会产生碳的燃烧，在《高效率的硅铁生产工艺》中指出电炉封闭后碳消耗约减少10%。
（4）回收率提高。在《生产金属硅的9000kW 两段炉体的操作经验》和《高效率的硅铁生产工艺》等文章中指出，由于不需要捣炉和炉况稳定，电炉的Si回收率都有不同程度的提高。
（5）产量提高。电炉全密闭后产品电耗降低和Si回收率提高，带来电炉产量提高，可降低产品的固定成本，这在国内外的经验介绍中都有表述。
（6）操作人员和设备减少。电炉全密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可以减少甚至取消。
（7）工业硅及硅系合金电炉全密闭为电炉智能化生产创造条件。全密闭电炉不需要进行捣炉等人工操作，为电炉实现机械化、自动化、智能化生产创造条件。
全密闭工业硅及硅系合金电炉的实施分二步走
1、第一步电炉两段体旋转实现不捣炉操作，预期投资100万/台，预计2024年底完成；
2、第二步电炉全密闭，电炉烟气中一氧化碳回收利用。全密闭工业硅电炉烟气中一氧化碳含量达到65~80%左右，可作为燃料生产蒸汽或发电，也可用于化工工业或其他用途，预计2026年底完成。
结束语
工业硅及硅系合金电炉全密闭非常必要，在技术完全上可行；全密闭对于低碳、双控、环保的社会效益和企业经济效益都很显著，并对企业智能化生产也有很大好处，一举多得。
现今行业协会已将全密闭工业硅及硅系合金电炉列为“十四.五”计划的重点科技进步项目。为实现我国从工业硅生产大国转变成生产强国而努力奋斗。
