12500kVA工业硅（又称结晶硅、金属硅）矿热炉可行性分析报告

- 1 限公司 125001. 前言 工业硅（又称结晶硅、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、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 1998 2007 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 - 2 限公司 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 测，今后几年世界范围内工业硅需求量年均增长达 8 12%，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 上），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 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%。 - 3 限公司 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（ 1）我国工业硅出口量、平均价和出口的国家地区数 年 份 出 口 2003 2004 2005 2006（ 16） 出口量 /万 t 均价 /美元 t 912 1080 1046 1045 出口的国家地区数 55 57 53 51 表 2 20031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 2003 2004 2005 2006（ 16） 日 本 拿 大 国 兰 港特区 国 度 湾 省 国 3 近几年美国、日本、欧盟的现货进口价和我国出口的平均价 (美元 /t) 年 份 价 格 2001 2002 2003 2004 2005 美国现货进口价 1161 1185 1330 1778 1659 日本 现货进口价 729 787 903 1058 973 - 4 限公司 欧盟现货价 1096 1060 1410 1610 1594 我国出口平均离岸价 761 798 912 1080 1046 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） 20 200 200 2004 2005 中 国 威 西 大利亚 计 (含其他国家 ) . 金属硅化学成份的要求 品级 牌号 （代号） 化 学 成 份 ) 杂质含量 (80% 1% 87% 12% 石油焦的物理状态，粒度 0 30中小于 3 - 6 限公司 总量的 20%，过筛 30 （ 4）木块： 10150于 300%。 5. 单台 12500按以下公式计算： Q=24 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， 12500； 电炉自然功率因数， 电源电压波动系数， 电炉变压器功率利用系数， 1； 电炉作业时间利用系数， W产品冶炼电耗， 12500t。 Q=24340125002500= 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 型及主要技术参数 12500 12500 - 7 限公司 单台 12500 表 2号 名 称 单 位 参 数 备 注 1. 变压器额定容量 2500 过载 20% 2. 变压器一次电压 5 3. 变压器二次额定电压 V 144 4. 变压器二次额定电流 0117 5. 电极直径 800 石墨电极 6. 炉膛直径 5500 7. 炉膛深度 400 8. 炉壳直径 7200 9. 炉壳高度 500 10. 电极极心圆直径 240050 可调式 11. 出铁口数量 个 2 12. 电极工作行程 200 13. 电极升降速度 m/14. 电极检修过程 000 15. 电极铜瓦数 块 /根 6 16. 炉衬材质 碳质 17. 冷却水用水 量 t/h 250 7. 工艺流程 产工艺流程图 - 8 限公司 金属硅生产是在矿热炉内采用连续作业法进行的，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 (8 料 准 8 80 0 30 0 30 合格料（ 50 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（ 6 200 包 装 称量包装 入库 金属硅的生产工艺流程 图 艺流程简述 工艺流程简述： - 9 限公司 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 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（ 体， 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 3 4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 袋净含量 10005。 - 10 限公司 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。 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）、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， - 11 限公司 并采用全冷水进入水冷电缆的新工艺，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。作行程 1200修行程 2000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 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。 - 12 限公司 电炉主体电气设备有高压开关设备、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 16 2. 电子地上衡 2 (二 ) 冶炼车间 1 12500 其中： 座 2 不包炉衬重 2 电极把持系统 套 6 3 密封装置及导向轮 套 6 4 炉壳（包括支撑工字钢） 套 2 36 72 5 烟罩 个 2 6 短网 套 2 包括吊架等 7 水冷电缆 根 72 8 铜瓦（锻造） 块 36 9 压力环 套 6 10 升降油缸 个 12 11 液压系统 套 2 包括 12个小油缸 12 液压抱闸 套 6 13 烟筒 套 2 12 24 14 烧穿器 套 2 15 水冷挡板 个 2 - 13 限公司 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） 16 电动单梁悬挂葫芦 m Q=5t 台 2 17 捣炉机 台 6 (三 ) 浇铸车间 1. 电动包车 台 2 2. 硅水包 个 8 2 16 3. 龙门吊钩 个 1 4. 锭模 套 2 5. 硅锭夹 个 2 6. 气站吹氧 套 1 7. 电动双梁桥式起重机 Q=16/3t, 0% 台 2 15 30 (四 ) 机修、包装及化验 1. 交流电焊机 台 2 2. 直流电焊机 台 1 3. 落地式砂轮机 台 1 4. 台钻 台 1 5. 砂轮切割机 台 1 6. 氧气瓶 瓶 60 7. 乙炔瓶 个 10 8. 车床 1 9. 铣床 1 10. 牛头刨 1 11. 摇臂钻床 1 12 (二 ) 总图 序号 名称与规格 单 数 重量 图号或 备注 - 14 限公司 位 量 单重 总重 型号 1. 电子汽车衡 1 5 2. 电子地上衡 2 3. 叉车 3t 台 1 (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 5 台 2 附：冷水冷却器 2 2. 动力变 压器 5 35/ 1 3. （ 35压开关柜 台 6 4. 低压柜 台 5 5. 电极自动控制装置 套 2 6. 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 50 300m2/h 台 3 2. 热水泵 50 300m2/h 台 3 3. 冷水泵 70 87m2/h 台 3 4. 潜水污水泵 1 5. 管道泵 1 6. 横流式冷却塔 00 320m3/h 台 1 7. 闸阀 个 6 闸阀 3 闸阀 1 8. 止回阀 3 1 9. 水箱 5 1 10 1 - 15 限公司 (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 1 2 烟气空冷器 3 预处理器 个 2 灰阀 个 2 风机管网 离心引风机 台 2 Q=200000 m/h P=5500套电机 2 N=4006000V 频器 28 5 三通阀 6 6 除尘器玻纤袋及骨架 套 984 30010m( 无碱玻纤袋 ) 尘器气动阀门 4 700 壁振动器 12 P=200灰阀 12 控制设备 1 压控制柜 套 1 它电缆桥架 8 压缩空气系统 缩机 3W 7/1 1m/气罐 1 1m 9. 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。 - 16 限公司 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 1 2 2 炉长 1 2 2 炉前工 3 9 2 54 电工 3 2 2 8 机修工 3 2 3 9 配电工 3 1 1 4 出炉工 3 1 1 6 原料工 9 9 成品精整 8 8 天 车工 3 1 4 库管 1 1 过磅工 3 1 3 上料工 3 2 12 化验员 3 3 汽磅工 1 1 警卫 3 3 董事长 1 1 总经理 1 1 副总经理 2 2 财务人员 4 4 采购人员 3 3 办公室 4 4 技术科 3 3 总计 105 - 17 限公司 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