工业硅25000可研报告

1、 25000kVA工业硅生产可行性分析报告 金属硅生产工艺流程方案(V1.0) 连城华富硅业有限公司2009年7月资料版本：V1.0日 期： 2009年7月密 级：公开资料 内部资料 保密资料绝密资料状 态：初稿 讨论稿发布版权声明连城华富硅业有限公司20092009年版权所有，保留一切权利非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文的部分或全部，并不得以任何形式传播。Copyright2008 by Liancheng huafu Silicon Industry Co.,Ltd.All Right Reserved.No part of this document may be

2、 reproduced or transmitted in any form or by any means without prior written consent of Liancheng huafu Silicon Industry Co.,Ltd文档控制记录修改记录日期作者版本修改记录2009-7-1潘锦池1.0正式文稿审阅姓名时间职位李肇基2008-9-1中国科学院院士（中国著名半导体专家）章宏睿2008-9-1东南大学电子材料研究室主任东南大学太阳能光伏研究所所长分发拷贝No.姓名分发时间单位12009-7连城华富 12500kVA工业硅矿热炉 可行性分析报告1. 前言工业硅（又

3、称结晶硅、金属硅）是现代工业生产中重要材料之一，工业硅的用途十分广泛，可应用于电子、炼钢、光学、机械、汽车制造、化工、冶金、医药、国防等领域，被誉为“工业味精”。工业硅在制取铝合金方面的用量，约占总量的50%以上。铝硅合金的耐热、耐磨性好、热膨胀系数小，广泛用于汽车制造业、航空工业、电器工业和船舶制造等方面。工业硅可以作为非铁基合金的添加剂，也用作要求严格的硅钢的合金剂，是炼钢、非铁基合金冶炼必不可少的脱氧剂。在炼钢工业中，每生产一吨钢大约消耗五公斤工业硅。化学级工业硅是国家鼓励发展的集成电路所需的现代高明技术多晶硅、单晶硅的原料。工业硅经多工序加工成电路、电子原件必不可少的原材料，日本把钢铁

4、、铝和半导体硅统成为三大金属材料。工业硅在化学工业中，用于生产有机化合物如硅油、硅橡胶、建筑物防腐剂、白炭黑、馐用薄膜涂料、高档家具涂料的添加剂、装饰漆添加剂、一般工业涂料添加剂等。工业硅还用作某些金属的还原剂，用于制造新型陶瓷合金等。目前工业硅的应用，还在不断地开发新领域，如制造太阳能电池、制造氮化硅合成光纤等。太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能发展的政策，我国也于2005年3月份通过了可再生能源法。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计，从19982007年，国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长，甚至是呈井喷的态势，年平均增长

5、速度达到30%，预计到2010年后，仍将保持至少25%的增长速度。晶体硅是目前应用最成熟，最广泛的太阳能电池材料，占光伏产业的的85%以上，单晶硅太阳能电池光电转换效率为15%，多晶硅太阳能电池光电转换效率为12%，近年来，随着工业硅在国际市场的需求不断增大，刺激了我国工业硅生产行业的发展，使我国工业硅生产工艺技术和装备得到了一定的提高。作为高新技术领域和重要基础产业广泛应用的结构和功能材料，工业硅消费量迅速增长，据英国权威机构CRU预测，今后几年世界范围内工业硅需求量年均增长达812%，其中化学级工业硅年均增长12%。高纯度金属硅经多工序处理加工生成单晶硅（产品含硅纯度达99.999%以上）

6、，这种高新技术的金属材料产品，使半导体特别是电子元件芯片的关键性材料，属“九五”国家科技成果重点推广项目。2. 金属硅市场分析金属硅是随着近代工业、现代科学和新技术的不断涌现而蓬勃发展的。硅和含硅材料的应用已普及到各个领域。铝硅合金等因其有良好的耐热、耐磨和铸造性能以及热膨胀小而大量用于汽车、船舶和航空工业；有机硅单体和聚合物，如硅油、硅树脂、硅橡胶等，高纯半导体是集成电路等的重要功能材料。全球对硅的需求量2006年已达到155万吨，并以每年4.6%左右的速度迅猛增长。中国每年对硅的消费量已经达到18万吨。美国迄今依然是最大的硅消费国，其次是日本和德国，中国居第4位。西方国家对硅的市场需求，其

7、中有45%的份额目前均流向化工领域，而美国和欧盟在化工领域对硅的消费比重则高达60%，而日本为40%。中国对硅的需求量预计2010年将增加两倍，达到40万吨，中国在2009年有望超过美国，成为全球最大的硅消费国。在2010年左右，化工类硅产品的消费增长主要发生在欧盟、亚洲、德国、南非及美国。总体而言，硅的消费增长预计每年将保持5%左右，太阳能领域有望成为消费增长最为迅猛的板块，年增长率将超30%。表1 2003-2006年（1-6月）我国工业硅出口量、平均价和出口的国家地区数年 份出 口2003200420052006（16）出口量/万t 47.9054.5153.6125.86平均价/美元t

8、912108010461045出口的国家地区数55575351表2 2003-2006年(1-6月)我国年出口量1万吨以上的国家和地区的出口量(1万t)年 份国家或地区2003200420052006（16）日 本17.4020.4319.459.18加 拿 大3.903.592.601.55韩 国3.874.104.562.36荷 兰4.652.261.330.59香港特区2.344.877.653.20英 国2.263.083.621.63印 度2.072.792.351.14台 湾 省1.751.881.460.69泰 国0.673.112.991.04表3 近几年美国、日本、欧盟的现货

9、进口价和我国出口的平均价(美元/t)年 份价 格20012002200320042005美国现货进口价11611185133017781659日本现货进口价7297879031058973欧盟现货价10961060141016101594我国出口平均离岸价76179891210801046表4 日本从我国和几个主要国家进口工业硅量和总进口量（万t）2020020020042005中 国13.5115.5317.4020.4319.12挪 威1.691.491.371.731.35巴 西0.910.410.680.720.52澳大利亚1.901.411.230.740.67总计(含其他国家)18

10、.4718.9721.5224.2422.283. 金属硅化学成份的要求品级牌号（代号）化 学 成 份Si(>)杂质含量(<=)杂质总和(<)FeAlCa化工硅Si-220399.50.200.200.030.50Si-330399.00.300.300.031.00Si-330599.00.300.300.051.00Si-44199.00.400.400.10冶金硅Si-55398.50.500.500.301.50Si-198.00.70-0.502.00Si-298.01.00-0.602.004. 原材料及主要辅助材料4.1 主要原材料（1） 硅石是冶炼金属硅的主要

11、原料 我司附近的矿山，均储藏着大量优质硅石，含SiO2在99.%左右，一台金属硅炉每年需合格硅石19875t。（2）金属硅冶炼所需的还原剂，有以下几种：低灰分的无烟煤、木碳、石油焦、木块等。4.2 辅助材料生产金属硅所需电极，氧气等辅助材料均由市场购进，主要原材料，辅助材料的年消耗量见表2-3。2台12500工业硅炉主要原材料、辅助材料年消耗量 表2-3序号名 称单 耗（t/t）日 耗（t/日）月 耗（t/月）年耗量（t）1硅 石2.65116.93312.5397502煤、木碳0.8537.51062.5127503石油焦1.044.121250150004玉米芯0.6629.1282599

12、005氧 气0.75瓶33瓶937.5瓶11250瓶6用水量12.78563.8159751917007电 极0.0652.8781.259754.3 原料化学成分及物理性能要求（1） 硅石化学成分：SiO2Fe2O3Al2O3CaO>99.00%<0.03%<0.066%<0.03%硅石粒度要求880mm，其中小于20mm不大于20%，粒度合格率要求在90%以上。（2） 煤化学成分固定碳灰分挥发分水分>80%1%<8.5%<8.5%煤的物理状态，粒度610mm，其中小于1mm的含量应小于入炉总量的20%，高温比电阻大，化学反应性好，气孔率高，粒度合格

13、率在90%以上。采用经过水选的粒度均匀的小块煤。（3） 石油焦化学成分固定碳灰分挥发分水分>87%<0.26%<12%<0.74%石油焦的物理状态，粒度030mm，其中小于3mm的含量应小于入炉总量的20%，过筛30mm以上的破碎。（4）木块：10150mm，小于30mm的含量不大于20%。5. 单台12500kVA金属硅炉理论年产量计算按以下公式计算：Q=24TPK1K2K3COS/W式中：Q电炉生产产量，（t/a）； 24电炉每天连浇作业24h；T电炉工作日历天数,d/a，340；P电炉变压器额定容量，kVA，12500；COS电炉自然功率因数，0.88；K1电源电

14、压波动系数，0.98；K2电炉变压器功率利用系数，1；K3电炉作业时间利用系数，0.98；W产品冶炼电耗，12500kWh/t。Q=24×340×12500×0.98×1×0.98×0.88/12500= 6896.4t/a实际日产量可以达到22t/d以上，实际年产量一台可以达到7500t/a。2台炉子可达15000t。6 炉型的选型及其参数2.4.1 炉型及主要技术参数12500kVA金属硅炉的主体设备采用矮烟罩半封闭固定式炉型。12500kVA金属硅炉主要技术参数见表2-4。 单台12500kVA金属硅炉主要技术参数 表2-4序号

15、名 称单 位参 数备 注1.变压器额定容量kVA12500过载20%2.变压器一次电压kV353.变压器二次额定电压V1444.变压器二次额定电流kA501175.电极直径mm800石墨电极6.炉膛直径mm55007.炉膛深度mm24008.炉壳直径mm72009.炉壳高度mm450010.电极极心圆直径mm2400±50可调式11.出铁口数量个212.电极工作行程mm120013.电极升降速度m/min0.514.电极检修过程mm200015.电极铜瓦数块/根616.炉衬材质碳质17.冷却水用水量t/h2507. 工艺流程7.1 生产工艺流程图金属硅生产是在矿热炉内采用连续作业法进

16、行的，其主要的生产工艺流程如下： 硅 石 煤 石油焦 木块 破 碎 筛 分 破 碎水 洗 筛 分 水原 (<8mm弃掉) 料准 880mm 030mm 030mm 合格料（50-150mm）备 合格料 合格料 合格料 称 量 称 量 称 量 称 量配料 配 料 水熔 电 电炉熔炼炼 电极出 氧气 液体硅炉 取样分析定级精 铸 锭 清整抬包渣炼 固体硅破碎 产品 挑 渣 筛 分 破碎 合格粒度硅块（6200mm）包装 称量包装 入库 金属硅的生产工艺流程图7.2 工艺流程简述工艺流程简述：金属硅是以还原剂（木炭，无烟煤、石油焦、玉米芯）和硅石为原料在电炉内通过电热法冶炼的。硅石经过水洗去泥

17、土等杂质；煤、石油焦破碎到一定粒度，硅石、煤、石油焦、玉米芯等按一定配比称量，由上料提升机输送至5.0m平台，按三炉门指定地点，顺烟罩墙倒下。由加料工将炉料混合均匀后，视炉口料面情况不断加到炉内，炉心料消耗快要及时补加，炉心料要保持饱满呈馒头状。金属硅是在半封闭式电炉内连续进行生产的，由变压器导入的电流，通过石墨电极进入装满炉料的炉膛内部。冶炼过程中电流通过电极及炉料电阻产生的热量和电极端的电弧热将炉料加热到2000以上，在这一温度下二氧化硅被碳还原生成了金属硅液体和一氧化碳（CO）气体，CO气体通过料层逸出，并将炉料预热。冶炼过程连续进行，电极在炉内有适当的工作深度，稳定地插在炉料中，埋弧操

18、作，随料面的下降适当加料，使料面保持一定高度的馒头形状，始终保持稳固而完整的料层结构。定时用烧穿器打开炉口放出金属硅，液体从炉口流入硅水包内，在硅水流到硅水包的一半时，由硅水包底部通入氧气、空气混合气体，以便除去钙、铝等其他杂质。在硅水流接近终断时及时用电极糊和焦粉制成的泥球堵塞炉口，由电动包车将硅水包运到浇铸间浇铸成硅锭。本设计每23小时出一炉，每班出34炉，每天出金属硅约22t。硅锭冷却后，由起重机吊出，按出炉编号堆放在浇铸间。由小车运到成品库内，人工进行破碎、分级、称量、包装、入库、储存。包装按GB/T-5956-1995中规定的技术条件要求包装。每袋净含量1000±5kg标准

19、定袋。烟气经炉口烟罩进入烟道，在厂房外设布袋除尘器一组，经处理后的烟气排放浓度达到国家规定排放标准。电炉冷却水、变压器冷却水均由水泵供水，回水利用落差回回流循环水池，经横流式冷却塔冷却。冷却后的软水再供电炉和变压器用，整个电炉冷却水为软水循环使用，只需定时补充少量消耗软水。炉衬材质选用自焙碳质粘土耐火砖、高铝耐火砖砌筑等，并采用新工艺；炉口采用刚玉砖砌筑。8.主要设备选择根据生产工艺要求选择主要生产设备，设备的选择原则是可靠、先进、合理。主体设备采用矮烟罩半封闭固定式炉型，主体设备有以下几部分组成：炉体、矮烟罩、烟筒、把持器系统（包括电极保护筒、电极升降油缸、液压式压力环，悬挂缸式液压升降装置

20、）、液压蝶簧式抱闸、水冷电缆，水冷铜管短网、出炉系统设备等。辅助设备有：双梁桥式起重机、悬挂式电葫芦、提升机、捣炉机等。炉体：采用=16钢板焊接成7200的圆筒体，高为4500，炉体有一个出炉口。矮烟罩8000，高2200，置于炉体上方，上部有二个排烟口与1600的二个烟筒相联。烟罩采用水冷骨架及水冷盖板，烟罩上设有三个调节极心圆装置，烟罩侧壁由碳钢立柱支持，三大面设三个大门，三个小面设9个小门，供捣炉、扎眼、拨料、观察炉况和处理电极事故用。短网：采用正三角布置。短网包括：从变压器出线端子至铜瓦采用一对一全水冷却方式，三相铜管均采用往返电流双线布置，互感补偿，磁感抵消，并采用全冷水进入水冷电缆

21、的新工艺，不易产生水垢，而堵塞水冷电缆，可有效地提高短网的入炉功率和作业率。电极把持器装置：电极直径800，每根电极上设有6块铜瓦，悬挂在下把持筒上，压力环式把持器，液压油缸和顶紧装置组成的压力环实现了一对一顶紧铜瓦，可保证铜瓦对电极的抱紧力均衡、铜瓦与电极的接触良好，导电均匀。电极升降装置：采用悬挂式液压油缸升降电极。电极升降速度为0.5m/min工作行程1200mm，检修行程2000mm，提升、下降由液压传动油缸的伸缩来完成。此装置结构紧凑，运行平稳、灵活，安全可靠。液压蝶簧机械抱闸是用来抱紧、放松电极的，每个抱闸由四块闸瓦、四组蝶形弹簧、四个油缸及抱闸箱体组成。抱紧电极需要的接触压力靠蝶

22、形弹簧供给，松开电极以液压油克服弹簧力来实现。它的作用是冶炼时抱紧电极，防止下滑。优点是当液压系统出现故障时，电极不会滑落。它与压放油缸上的上、下限位开关组成自动控制程序，用PLC控制，可带电压放电极，工作安全可靠。液压系统：液压系统由液压站、管道和液压油缸构成，液压站由油泵和控制阀组成，整个系统压力自动控制。炉内冷却水系统：是对在高温条件下工作的构件、短网、压力环、保护大套、烟罩、烟囱等进行通水冷却的装置，对短网、压力环、保护大套等均设有充气放水装置，用于抢修时可在几分钟内完成快速排水。出炉系统由烧穿器、硅水包、电动硅包车、挡火墙等设备组成，在出炉口上方装有一套抽风排烟系统。电炉主体电气设备

23、有高压开关设备、节能型电炉变压器、电炉电极自动控制装置等。其供电系统为：电网 高压电缆 母线 高压隔离开关 高压断路器电炉变压器 短网 电极。 主要设备见附主要设备表(一)工艺序号名称与规格单位数量重量图号或型号备注单重（t）总重（t）(一)原料车间1.手推小车台160.050.92.电子地上衡SCSPT-2台2(二)冶炼车间112500kVA金属硅炉, 其中：座2不包炉衬重2电极把持系统套647.444.53密封装置及导向轮套60.482.884炉壳（包括支撑工字钢）套236725烟罩个212.8325.666短网套23.67.2包括吊架等7水冷电缆根728铜瓦（锻造）块360.3612.9

24、69压力环套60.84.810升降油缸个1211液压系统套2包括12个小油缸12液压抱闸套613烟筒套2122414烧穿器套20.541.0815水冷挡板个20.61.216电动单梁悬挂葫芦LXT型-3 LK=6m Q=5t台22.2417捣炉机台6(三) 浇铸车间1.电动包车台21.12.22.硅水包个82163.龙门吊钩个11.21.24.锭模套212.424.85.硅锭夹个20.1750.356.气站吹氧套17.电动双梁桥式起重机Q=16/3t, LK=10.5 JC=40%台21530(四)机修、包装及化验1.交流电焊机台20.170.342.直流电焊机 台10.33.落地式砂轮机台1

25、0.1234.台钻 Z512 台10.15.砂轮切割机 台16.氧气瓶瓶607.乙炔瓶个108.车床C620台19.铣床 X62台110.牛头刨 B665台111.摇臂钻床Z50台112(二) 总图序号名称与规格单位数量重量图号或型号备注单重总重1.电子汽车衡 SCS-80台152.电子地上衡 SCSPT-3台20.81.63.叉车 CPC-30 3t台14.3(三) 电气序号名称与规格单位数量重量图号或型号备注单重（t）总重（t）1.电炉变压器 HTSSPZ-12500/35台2附：冷水冷却器 YSS-80套22.动力变压器S9-1250/35 35/0.4KV台13.（35kV)高压开关柜

26、台64.低压柜台55.电极自动控制装置套26.操作台台2(四) 给排水序号名称与规格单位数量重量图号或型号备注单重（t）总重（t）1.冷水泵 KQW125/250 300m2/h台32.热水泵 KQW125/250 300m2/h台33.冷水泵 KQW100/170 87m2/h台34.潜水污水泵 WQG15-10-1.5台15.管道泵GB50-17台16.横流式冷却塔HL- 700 320m3/h台17.闸阀 Z41T-10，DN200，个6闸阀 Z41T-10，DN150个3闸阀 Z41T-10，DN80个18.止回阀 HH44X-1.6 ND150个3HC44X-0080 DN80个19

27、.水箱 5M3个110M3个1(五) 除尘序号名称与规格单位数量重量图号或型号备注1主烟道套12烟气空冷器3预处理器个23.1卸灰阀个2 5.5m³/h0.75kW4风机管网4.1主离心引风机台2Q=200000 m³/hP=5500Pa4.2配套电机2N=400kW ,6000V4.3变频器285三通阀66除尘器玻纤袋及骨架套984 300×10m(无碱玻纤袋)6.1除尘器气动阀门47006.2仓壁振动器12P=200kg6.3卸灰阀125.5m³/h0.75kW7控制设备17.1低压控制柜套1 7.2PLC控制系统7.3其它电缆桥架8压缩空气系统8.

28、1压缩机 3W 7/0.911m³/min 0.7MPa8.2贮气罐11m³9. 劳动定员本工程一台炉定员105人，其中生产工人90人。2台炉子195人，其中管理人员15人。年操作日为330天，电炉及公司设施24小时连续运行，采用三班编制二班运行。成品库、化验人员为白班，原料和机修部分人员为白班。职工定员详见职工定员表。职工定员表名 称班数班人数白班总人员合计备注车间主任122炉长122炉前工39254电工3228机修工3239配电工3114出炉工3116原料工99成品精整88天车工314库管11过磅工313上料工3212化验员33汽磅工11警卫33董事长11总经理11副总

29、经理22财务人员44采购人员33办公室44技术科33总计10510.项目实施计划建设期：项目建设周期分三部分进行：第一、办执照、土地、立项、环评、立项批文、建设规划、建设审批、。到2009年10月中旬。第二、地质勘察、设计、土建施工、设备定购、制造、设备安装、系统试车为一个阶段，到9月末完成。第三、生产原料、副料采购、正式投产。只要资金能及时到位，在3个月内可以全部投入生产。11.投资资金使用计划12.1 设备、材料价格依据主要设备采用同类工程的设备订货价，询价计取。其他设备以及材料按现行市场价格计取。12.2项目总投资为2000万元固定资产投资构成分析 地购置费：20亩×56000

30、元= 1120000元设备购置费： 12000000元，（10条生产线规划）安装工程费： 166500元， 工业钢构厂房及建筑工程费： 1200000元 绿化、硬化、道路等工程建设： 250000元 预备费： 5513500 元 固定资产投资： 14486500元 12.经济效益分析1.按20天的工作日 ，每条生产线月产5吨，月产50吨5N（按保守计算）。2.目前市场成品5N价位是：市场最低价38万/吨3.生产成本是：加工成本（包括人工、水电）每吨约11万元；2N采购成本18000元/吨；另加损耗20% 。则每吨原材料为21600元/吨。实际生产费用131600元/吨上述费用不含管理费用、销售

31、费用、税收、包装物预计毛利润12420000元/月；正常一个季度就可以回收成本投入.13.市场客观需求分析连城华富硅业月自行需求100吨；其余可以出口日本（川崎，三菱，住友和信越都可以直接出口）还有瑞典客商也已经来厦洽谈多次。14.股权分配（成立控股公司）连城华富硅业有限公司 %投资方 %合作项目签约后，所有股东应真诚合作，基建、购置设备，必须由股东会议决定方可实施，财务管理制度由股东会研究决定，所有股东分工合作，积极配合力争早日完成厂房建设、设备购置安装。争取早日开工生产，尽快收回投资产生效益。 附件目录附件：1、公司营业执照、税务登记2、环境评估报告书 - 23 -连城华富硅业有限公司-

32、37 -900015000KVA工业硅电炉2010-12-25 17:31:29|  分类： 硅业管理 |  标签：电极  电炉  还原剂  冶炼  工业   |字号大中小 订阅（前言：本文章是博主在2010年12月贵阳全国工业硅核心技术暨上下游产业链高峰论坛会议上的演讲资料）  “人类社会的进化和发展一般是以材料为标志，即石器时代、青铜器时代、铁器时代。但随着社会发展和科学的进步，半导体特别是硅

33、的发现和应用使我们的生存条件、社会及生活发生了革命性变化，甚至超过了以前所有材料时代所发生变化的总和，这就是硅时代。我们生活在硅时代仅仅只有半个世纪”。生活中我们的手机、电视机、电脑、数码产品，乘坐的飞机、汽车、轮船，航空领域的卫星、飞船、火箭等等，都与硅有关，还有当前炙手可热的材料名词如光伏材料、单晶硅、多晶硅、硅橡胶、硅油、硅树脂、硅铝合金等等随处可见、不绝于耳。这些与硅有关的材料实际都离不开基础材料?工业硅（金属硅）。工业硅从实验室研究到规模化生产,是从1938年苏联建成世界第一台2000KVA单相单电极电炉工业硅工厂开始的。随后法国、日本、加拿大、美国、挪威和巴西等都相继建设了工业硅厂

34、。中国工业硅生产始于1957年的抚顺铝厂。70年代中期又在贵州遵义和青海民和建设工业硅厂。到1989年底，工业硅电炉总装机容量已达数十万kVA，最大工业硅厂年产能力为1万t。90年代后期国内开始大量建设6300KVA工业硅炉，进入2000年后建设800010000KVA的，最近3年开始大量建设1250016500KVA的，有几个规模大的硅企业比如云南永昌、河南昇阳分别引进德马克和南非技术，建设了容量为25000KVA和39000KVA的工业硅电炉。纵观国内，虽然工业硅设备技术和生产水平得到了很大促进和发展，但是工业硅行业的总体设计技术和工艺管理水平依然参差不齐，认识上也有很大区别。这也是为什么

35、在同一个地方，有的厂的设备运行非常正常、各项指标好，而另一个厂的设备运行状况和各项指标很不理想的关键原因所在。工业硅行业有句俗语：“原料是基础，设备是条件，操作是关键，管理是保障。”下面我就比较普遍的900015000KVA工业硅炉设备、原料、操作、管理4个方面的一些认识和体会，从设计和生产管理的角度与大家探讨学习，相互交流提高，为中国硅业蓬勃发展而努力。一、900015000KVA工业硅炉的合理设计任何一种材料的制取都离不开设备，工业硅也不例外。“工欲善其事，必先利其器。” 2009年初，我们通过对9000KVA以上的硅炉的故障问题和操作特点作了大量数据的收集梳理、总结分析，结合多年设计和生

36、产管理经验，对以往的设计和理念做了重大调整改进和提炼。对新设计和改造的硅炉，在细节上下功夫，使设备故障率小于1%，保证长期稳定运行，为稳产高产、节能降耗创造条件。1、厂房的合理设计重点是保证捣炉机工作时伸缩、旋转自如、空间大；全方位加料无死角；出炉口宽敞不设立柱；液压系统所有元件远离高温区；电极库房（我们一般设在冶炼跨三楼平台）、浇铸车间、精整破碎包装车间、成品库独立分开。厂房布置有两种形式：如果电极采用倒三角布置，则选用单台三相变压器，尽量靠近炉体但又与高温烟气隔离，可以做到短网最短，而且基本对称，减少强弱相。主厂房较低，总体投资较省。 （见图1） 图1 

37、60;工业硅三相变压器厂房立面图如果采用三台单相变压器布置，则多一楼层，主厂房增高。整体投资较高。（见图2）2、炉衬高温区采用自焙碳砖与半石墨化碳砖结合的方式，外围用高铝砖、粘土砖、轻质保温砖，炉孔采用全石墨砖或半石墨质半碳化硅整体转，可以正常使用四年不用大修炉衬。筑炉方式一般分为有缝和无缝砌法两种。有缝法（见图3）是传统砌法，对碳砖的外形几何尺寸没有要求；无缝法（和图4）是近几年出现的，要求碳砖必须精加工，几何尺寸要求严格。  图2  工业硅三台单相变压器厂房立面图  图3 有缝砌法的炉衬结构图 图4  

38、;无缝砌法的炉衬结构图3、电极把持设备压力环电炉容量越大，铜瓦数量越多，压力环结构越复杂。而压力环是整个电炉的核心设备。其设计合理与否，直接影响到连续生产、甚至电力单耗和产量指标。因此选用碟形弹簧式不锈钢压力环，设计时考虑到大电流强磁场的影响，采取了屏蔽磁场的措施来保护碟簧不被磁化发红而影响弹性，这样就做到了免维护，且抱紧力始终大于10吨，可以做到每块铜瓦一对一单独调整，与波纹管效果相同。但碟簧这种结构比较简单，无需在高温区设置液压油路。本设计已经在近30台电炉上使用，实践证明了以上优点。只要安装调整到位，保证铜瓦与电极之间3.5Kg/cm2以上的接触压力，铜瓦是不会打弧的，压放电极时也不用松

39、铜瓦。云南德宏、四川和重庆有几个公司生产运行一年多没有打过弧，也没有换过一块铜瓦。铜瓦除被刺火烧坏之外，没有打弧损坏的。（见图5）图5 电极把持器弹簧压紧机构4、电极升降与压放电极升降系统采用液压，用单向调速液压缸（上升靠油压，下降靠自重），电极到炉底自动停止下降，可以保护电极及设备不受损坏；压放采用液压与碟形弹簧结合的方式（也有采用气囊结构的），正常生产时弹簧抱紧。液压只在需要压放电极时工作，提高了的可靠性。一套液压系统做到了电极升降与压放、烟囱阀门和捣炉门开关的全部功能，所有动作全部在配电柜台上按钮操作实现。（图6）5、电炉变压器采用有充分裕量的壳式变压器：这种变压器体积轻，超负荷能力强，

40、只是成本比传统芯式变压器略高。因为不少企业习惯超负荷1030%长期运行，加大电流电压比，使电极深埋，表面上看炉况较好，电耗有所降低，产量有所增加。但是超负荷运行使变压器和短网电阻损耗加大，降低了电效率，功率因数也同时降低。因此选用变压器时一定要考虑30%的裕量，这对冶炼生产是很有利的！ 图6  电极压放和升降装置6、短网通常对短网的基本要求是：足够的有效截面积和载流能力；充分考虑交变电流肌肤效应和邻近效应的影响，提高板材导体的宽厚比或管材导体的外径和壁厚比；尽可能缩短导体长度、减小导体接触电阻；避免导体附近铁磁物质的涡流损失；适当的经济电流密度；足够小的感抗值；选

41、用导电性好的T2铜；降低导体的运行温度。根据上述8项原则，我们设计时一般取电流密度为：水冷铜管1.53A/mm2,水冷电缆11.5 A/mm2，铜瓦与电极间的接触面0.010.025 A/mm2。我们一般选用外径为7080mmT2铜管制作短网。（1）如果选用单台三相变压器，则采用水冷电缆（图7）、水冷铜管短网。既节约投资，比传统的铜排节约50%的铜材，超负荷能力又强。倒三角采用我们首创设计的变压器八字形出线（图8）的短网布置，这样可以尽可能的缩短变压器到炉心的距离。阻抗小，压降低。（2）如果选用三台单相变压器，则三相对称，变压器可以最大限度的靠近炉心。出线端直接用水冷电缆与铜瓦铜管相连，省去短

42、网。按照已有的设计，水冷电缆长度基本不超过3米。从理论上讲，三台单相变压器可以实现分项调压，避免强弱相，短网短而且长度一致。但是从目前多家企业的运行状况和生产指标看，三台单相变压器的电炉和单台三相变压器相比，并无明显优势。在云南德宏和保山等地，我们设计了上述两种形式的电炉和短网。 图7 水冷电缆              图8 与八字短网相匹配的变压器俯视图7、铜瓦（1）采用钛铬合金铸造铜瓦，与锻造铜瓦比具有高温环境下变形小、强度高、成本低的优点

43、。而有些锻造铜瓦存在受热后易翘曲变形导致打弧烧坏引起漏水等故障，不得不停炉更换。经过测量使用前和使用后烧坏换下的锻造铜瓦，其变形量超过5mm。这里面有设计原因，也有制造原因。因此我们在对比后选择了铸造铜瓦。通常只要保证了足够的接触压力，铸造铜瓦在生产期间很少甚至没有打弧，其变形量几乎为零。（2）如果采用锻造铜瓦，那么结构上需要重新调整，铜瓦后面的受力点需要增加厚度和强度，尽可能减少受热受力后的变形。目前的锻造铜瓦背后顶头受力处都是加工成凹形，与内圆弧接触面之间的厚度只有50mm左右，然后做一道绝缘，实际上就降低了铜瓦的受力后抗变形能力。如图5所示的铜瓦结构就不易产生变形。8、半封闭中烟罩从烟罩

44、结构我们可以看出工业硅设备的发展状况（如图9所示）。最初设计的烟罩结构多为高烟罩。很长一段时间内，人们普遍认为高烟罩冶炼能耗低。这种意识阻碍了中低烟罩的发展。由于国家环保政策的强制实施，矮烟罩才得到进一步推广。但是传统设计的中、低烟罩结构，尽管许多设备隔离在高温区外，而除尘效果却很不理想，反而加剧了操作环境的恶化。针对这种情况，我们对烟罩结构作了根本性的调整（如图10）。采用我们独创设计的中烟罩+ n型副烟罩形式（也可叫盆式烟罩，即烟罩顶部中间低，周围高）。中烟罩顶部中心的骨架和中心盖板选用不导磁的不锈钢材料制作，周围采取隔磁的措施，有利于降低电磁损耗。副烟罩顶部最高可达到4.5米，既吸取了高

45、烟罩排烟能力强，料面温度低，也吸取了矮烟罩使主要设备远离高温区的优点。通过云南、重庆、四川等多家硅厂的使用，排烟效果相当显著，操作环境大大改善。同时水冷捣炉门开关采用液压升降，按钮操作。烟罩周围采用水冷墙板里面砌筑耐火砖或打耐火浇注料，降低周围操作环境的温度，减少热辐射。目前这种结构的烟罩已被国内很多企业认同并开始广泛推广。如果能够在25000KVA的电炉上推广，结合改进25000KVA电炉烟罩的帘幕结构，那么可以很大程度上改善车间的高温操作环境。 图9 传统设计的低烟罩 图10  最新设计的中烟罩9、水路设计水路好比人体的血管，冷却水好比人体的血液。从

46、生产过程中设备的角度上讲，水比电还重要。因此作为设计和制安人员必须要重视水路的设计和安装。水的流速要大于0.8米/秒、压力大于0.25MPa，且水路在炉内高温区的流动长度最多不超过30米，水路截面必须按照这几个参数计算设计，保证水流在水路的任意位置均为紊流，而非层流。这样散热快，且不易沉沙积垢。进出水的开孔位置尽量坚持低进高出的原则，避免水冷件里的空气积存影响冷却效果。在设计或安装时如果没有上述要求，很多电炉就会出现高压蒸汽断水的故障，同时结垢现象异常严重。另外循环进水温度最好低于30，出水温度最好低于45。如果达不到要求，需另外增加降温效果良好的玻璃钢冷却塔。10、电极选用在硅冶炼炉中，电极

47、就是心脏，是导电系统的重要组成部分，也是工业硅生产中主要的消耗材料之一。一般采用石墨电极或碳素电极。设计时选用电流密度：石墨电极814 A/cm2，碳素电极56A/cm2。电极质量的好坏，直接影响电炉的正常生产。最好采用规模较大、质量可靠而且稳定、售后服务好的厂家的品牌电极。对电极的基本要求：（1）导电性好、电阻率小（石墨电极813.m，碳素电极2540.m），电能损失少。（2）热膨胀系数小，不易炸裂。（3）灰分、杂质含量低，高温时有足够的机械抗压、抗折强度。11、电炉参数的选择电炉参数的确定非常重要，特别是极心圆、电极直径（如果选用石墨电极则电极直径为9601020mm为宜；如果选用碳素电极

48、则电极直径为10601100mm为宜）和炉膛直径，炉膛深度，烟罩高度的确定（具体的计算方法有很多前辈的资料已经表达得很清楚，这里不再赘述）。这些数据直接影响到生产效果和指标。比如12500KVA硅炉，如果选用960的石墨电极，通常设计时极心圆直径按照经验公式得出的极心圆直径是2400左右。但是在实际运行过程中，因为原材料结构的不同通常极心圆要调整到在2500以上。比如用大油焦生产，因为油焦的比电阻小，为了使电极深埋，12600KVA的电炉的极心圆直径应该在25002800之间。如果是大木炭生产，则极心圆通常在24002600之间就能达到比较理想的指标。因此选择参数，按公式计算还必须结合原材料、生产工艺和实际生产效果，有所变化和调整。通常12500KVA工业硅电炉主要设计参数如下表：序号参数分类实 选 数 据备  注1额定容量12500超负荷30%2电极直径石墨电极9601020mm碳电极1060110