16500工业硅炉技术方案221.doc

16500kva工业硅炉项目技术方案陕西诚达工业炉制造有限公司二零一四年二月二十一日目 录16500kva工业硅矿热炉技术方案（一）工艺说明 1、工业硅牌号2、冶炼工业硅的原材料3、能源分析4、工业硅冶炼工艺操作说明（二）设备说明1、主要设备的计算和选择2、关键设备的技术指标 3、电力设施4、设备的技术规格说明5、给排水系统（三）执行标准 （一）工艺说明 1.工业硅牌号冶炼工业硅牌号见表一的规定。表一 工业硅牌号及化学成分名称牌号化学成分%应用范围si杂质：fealcaa级硅si-a99.30.40.20.1化学用硅b级硅si-b99.00.50.30.2一级硅si-198.50.6-0.3冶金用硅二级硅si-298.00.7-0.5三级硅si-397.01.0-1.02.冶炼工业硅的原材料（1）计算参数说明 硅石破碎损失率和排灰损失率分别按冶还原用量的10%和11% 计； 还原剂燃烧和排灰损失率按还原量的20%计(燃烧占15%).电极消耗按95kg/t计； 成品工业硅按优等品计。（2） 原材料和成品规格 原材料规格硅石sio2 99.0 %fe2 o3 0.015 %al2o3 0.03 %gao 0.2 %p2o5 0.02 % mgo 0.2 %其他 8286 %挥发物 1216 %灰分 92 %挥发物 1.2 %比电阻 160 kg / m2木炭固定炭c 6576 %挥发物 1927%灰分 5760 %挥发物 2733 %灰分 3.0%粒度 70 %挥发物 30 %灰分 8 %粒度013mm 还原剂配料比常规配备原则：石油焦60%、木炭和木块35%，烟煤5%左右，百公斤还原剂固定碳含量74.9kg（6084%+3560%+570%=74.9）。 原材料吨成品产出消耗量计算 硅石sio2 +2c = si +2co64 24 32 56a、理论消耗量m1m1= (1，00064)32=2，000kgb、冶炼用量m2m2=(2000+100011%)(1-10%)=2，345kgc、99.0%硅石消耗量msms=2，3450.99%=2，368kg 还原剂合计质量sio2 +2c = si +2co64 24 32 56a、理论消耗量m1m1=(100024)32=750kgb、冶炼用量m2 m2=（750+100020%-7592%）74.9100=1，176kgc、还原剂用量分配烟煤(c)59kg（1，1765%）石油焦(c)706kg（1，17660%）木炭和木块(c)412kg（1，17635%）电极(c)95kg3、能源分析3.1生产能力3.1.1电炉变压器容量16500kva;3.1.2采用一台电炉生产生产方式;3.1.3电炉年产量m= (165000.850.950.9624330)12000=8442t/y式中: 16500-电炉变压器容量0.85-电炉变压器功率因数0.95-电炉年产能力变动系数0.96-电炉年计划外停炉影响产量系数24-日时数330-年日数12000-设计计算吨工业硅电耗(在正常生产情况下)3.2工业用水吨消耗定额及技术要求温度:入水温度 25c 出水温度 55c硬度: 8度 定额: 50m33.3工业用电吨消耗定额及技术要求24h电压波动 5% 三相电压不平衡度 3%相位漂移 3% 定额: 12000kwh3.4能源消耗统计能源消耗统计表名称单耗名称单耗硅石2368kg电极95kg石油焦706kg木块（木屑）412kg工业用水50 m3烟煤59kg工业用电12000kwh4、工业硅冶炼工艺操作说明4.1本设计工段设置为:4.1.1 原料工段4.1.2 冶炼工段4.1.3 冷碎包装工段4.1.4 冷却水供给工段4.1.5 炉外工段本设计不设破碎工序。4.2工艺流程4.2.1原料工段(01)外购合格的硅石(sio299.3%)送原料工段备用；(02)外购合格的石油焦(c85.0%)送原料工段,烘干(h2o3%)备用；(03)外购合格的木炭、烟煤、木块或甘蔗渣送原料工段,备用；(04)原材料按工艺配方要求比例和质量送至冶炼车间。4.2.2冶炼工段(01)合格混合原料,按炉况适量投送至电炉冶炼区；(02)根据料面塌落情况及时人工推料填补过塌料区或捣炉,严防明弧(刺火)问题的发生；(03)根据料面下降情况和冶炼时间隔,按要求的操作程序产出液态工业硅，同时进行精炼；(04)根据冶炼情况适时调节电极插入料层深度,平稳电炉负载；(05)正常生产情况下,工业硅二次产出时间隔约150min；(06)产出液态硅通过硅水包和出炉小车转运至冷碎车间。4.2.3冷碎包装工段(01)将硅水包内液态硅转置入锭模,自然冷硬；(02)将冷硬的工业硅从锭模中取出,置于冷却架，分散放置自然冷却至室温;(03)将冷却至室温的工业硅破碎至供货合同要求的粒度,按供货的包装要求分包;(04)将包装并计量后的成品工业硅送至成品库存放;(05)清除硅水包残存附着物,置于出炉小车,转入冶炼车间. 4.3操作工艺要求4.3.1 配料炉料配比根据炉料化学成分、含水量及炉况等因素确定。料批通常以200公斤硅石为基准，石油焦、木炭、木块、烟煤等部分或全部按规定比例进行配备。常规配备原则：石油焦60%、木炭和木块35%，烟煤5%左右。或者石油焦40%，木炭和木块50%，煤烟10%左右,也可配加少量石墨电极块。炉料必须按规定配比准确称量，批料的称量误差不应超过1kg；一般取200或300kg硅石为一批料，每次只允许称量一批料；变动料批应通过两班次，各班次可根据炉况的变化适量附加某种炉料，并在生产记录卡上如实记录。 炉料水分波动不应超过1%，以免影响炉料配备比例。原材料粒度配合比例应合适，粉料多，烧损大，下部料层易缺炭，透气性差；粒度大，比电阻小，电极易上抬。4.3.2冶炼操作4.3.2.1高温冶炼冶炼结晶硅需要更高的温度，结晶硅的液相线温度在1410c以上，因此需要在1750-1850c高温进行冶炼。为了提高炉温，减少热损失，使sic的形成和分解保持相对平衡，在具体操作中必须千方百计减少热损失，扩大“坩涡”区。4.3.2.2加料石油焦、木炭、烟煤和硅石等炉料均应在炉前均匀混合，炉料拌和不匀，会在炉内出现还原剂过多或过少的区域，不仅会影响还原的顺利进行，而且影响炉内电流分布，影响电极下插。木块在加料平台上单独堆放，视炉况加入炉内或铺加在炉料面上保温。采用出炉或沉料后集中加料的方法，其余少量的采用勤加薄盖的方法，在调正火焰时加入。炉料拌合完毕以后，先加入木块，再将混合好的炉料迅速集中加于电极周围及炉心区域，使炉料在炉内形成一个平顶锥体，锥体高度为200400mm 。一般一次加入新料的数量相当于一小时的用料量。应根据炉内还原下料情况加料，平衡共给负荷、还原速度和加料速度，保持正常料面高度并控制炉温。加料速度超过熔化和还原速度，料面抬升，炉温下降；加料不足或电极上抬，强制控制料面，炉面温度升高，热损失和硅的挥发损失加大。新料加完后进行焖烧，同时根据炉内下料快慢控制加料量，以保持正常的炉面高度。焖烧时间控制在一小时左右。4.3.2.3沉料捣炉当炉内炉料焖烧到规定时间时，炉面料壳下面的炉料基本熔烧空，炉面也开始发白发亮，火焰短而黄，料面在较大面积下塌时，应进行强制沉料操作。沉料时，先用捣炉机从锥体外缘开始将料壳向下压，使料层下榻，而后用捣炉机捣松锥体下脚。如果不到沉料时间而出现严重“刺火”时，可局部沉料、沉料间隔一般一小时左右。沉料时，炉料就地捣松就地下沉，尽可能不影响炉料层结构顺序，大块粘料和死料应碎成小块或推向炉心，同时铲净电极上的粘料。然后加入新料到规定的锥体高度。沉料时，高温区外露，热量损失大，因此沉料应迅速，短时。使用铁质工具沉料要以捣头发红为度，避免捣头融化而影响产品含铁量。捣炉时应防止圆钢同电极相碰。一般负荷正常、配料正确、炉料消耗均衡，电炉沉料时间间隔基本一致。负荷不足、前次投料过多、还原剂不足等问题会造成沉料时间间隔加长。如果前次投料过多，应适当延长炉料升温时间；如果还原剂不足，应在料面沉料区撒入少量还原剂，然后强制沉料。4.3.2.4扎眼透气集中加料时，炉温降低，反应缓慢，气体生成量不足。在焖烧一段时间后，炉温迅速上升，反应趋于激烈，气体生成量急剧增加，应在锥体下脚“扎眼”，均匀外逸炉气。为了改善炉料的透气性，调节炉内电流分布，扩大“坩涡区”，除扎眼透气外，还应用捣炉机或铁棒松动锥体下脚和炉内烧结严重的部位，但应防止塌料。彻底捣炉应在沉料时进行。4.3.2.5出硅和洗尘出硅前先将炉眼内壁和流槽清理干净。当炉内积存一定量硅液后，应及时打开炉眼出硅。每炉间隔1.5h左右，每次出铁时间1520min，特殊情况可临时决定出炉时间。炉眼用石墨棒烧开，出炉时烧穿器必须由专人操作。硅直接出在硅水包内。为了顺利完成出炉任务，石墨棒烧穿器可一边烧一边出炉。出硅结束后，把炉眼外沿及内壁的硅渣扒净，然后堵眼。堵眼材料为夹渣硅和合格的碎硅。先用块状结晶硅和夹渣硅填入炉眼孔洞，然后用碎结晶硅堆成斜坡将炉眼封住。最后用掺有碎电极糊的耐火泥封眼。按4班次用量准备堵眼工具：铁钎、堵耙、非金属拉耙、铁铲等。由于结晶硅的渣、硅比重相差不大，为了防止硅液夹渣影响质量和造成浪费，在锭模硅水冲击处，应放一由石墨棒堆成的挡渣框，框内夹渣用于堵眼。4.3.2.6取样与精整（a）出炉结束后，取固体样，试样不得夹渣；（b）成品须精整后，装桶（袋）入库，不得露天堆放。4.3.3特殊炉况的处理4.3.3.1还原剂用量是否合适的判断还原剂过量：料面发松、烧结性差，刺火塌料多，电流波动大，电极易上抬，硅水温度低，出硅时硅水流出不畅。还原剂不足：料层粘，揭炉块料多，电极下插过深，下料慢，出炉时硅水过热，炉眼喷大火。4.3.3.2当还原剂用量不当时，应立即采取措施，避免导致炉况恶化。当出炉不畅时，可适当延长出炉时间；当炉眼严重堵塞时，一方面要扒掉浮料，重投缺炭新料，另一方面用烧穿器，连续烧炉眼直到硅水流出，炉眼喷火。4.3.4炉眼维护当炉眼经常有粘料塌落时，需要进行维修。修理炉眼一般在停电检修时进行。维修前先将炉眼内部的粘料扒净，铲掉外沿硬渣，然后把一个充满合格碎硅的金属圆管置入炉眼内，砌好炉墙后，炉眼内补灌入碎电极糊。4.3.5电气供作制度工作电压可以在15级范围内调整，采用电压等级视炉况确定。电压等级调整在车间领导批准后执行。使用任一级工作电压，操作工作均应按规定的供电制度送足负荷，但不超负荷。操作应严格按照电炉供电制度供电。停电前应降低负荷50%。送电前应抬电极到埋入深度的1/3。三相电流应保持相对平衡，最大波动不宜超过25%。长时间停电或在检修之后，应由值班电工送电，电流从小到大逐级配送。如果动力临时停电，可在停电前降低负荷，继续生产。如果一根电极与炉料结死时，经车间同意后可以送电，但要设法尽快松动结死的电极，以恢复正常生产。4.3.6新开炉制度4.3.6.1烘炉前的准备炉底平铺一层4080mm粒度的焦碳，厚度为200mm，电极下面平铺两层粘土砖或石墨电极棒；检查水冷、供电、把持、压放等系统，并进行空载试车，运转正常后开始烘炉；烘炉操作：采用电烘炉，烘炉使用的电压较正常生产时低12级，工作电流从小到大逐渐升高，并间隙停电。16500kva的电炉一般烘炉时间为3050h，用电量约800012000kwh。烘炉结束后，将炉内残留焦碳和炉墙衬全部挖出；挖炉结束后，拔掉炉眼堵管，并用碎成品硅堵眼。4.3.6.2开炉操作用低档电压开炉，4h后，恢复正常工作电压，16500kva电炉用3级；新开炉料硅石比偏“重”，还原剂数量逐步配足。出炉时间：第一炉1220h，第二炉610h，第三炉达到正常出硅时间；4.3.7停炉操作停炉前应尽量出净炉内硅液，料液中适当增加块料配入量。若停炉超过8h，应在停炉前的一个班适当降低料面。停炉后先捣松料面，再加木块保温，加入量视停炉时间长短而定，一般加150250kg。为防止电极与炉料结实，停电后应上抬电极，然后在电极周围的空隔加入木块，再下插到原来的深度。停电时间较长应每间隔20min或30min把电极上下活动一次。4.3.8放电极制度 把持筒和接电极架子以上的电极长度不足200mm时，应接长电极。电极内螺纹孔里的垃圾要预先吹净，接长后连接处必须旋紧。 铜瓦下沿与料面相距不足200mm时，要停电放电极。放电极之前应吹掉铜瓦、半环和电极上的积灰。 压放电极程序：压放：抱箍松压放升抱箍紧半环松压放降半环紧倒拔：半环松压放升半环紧抱箍松压放降抱箍紧每个动作时间要超过半分钟。电极下放后，要把铜瓦夹紧，确保铜瓦与电极接触良好，紧紧夹牢。（二）设备说明1、主要设备的计算和选择工业硅生产过程中电炉变压器和电炉本体是核心设备。1.1电炉变压器1.1.1容量q=16500kva1.1.2选型选型参数：一次电压:110kv二次恒流电压:151ve2= ke (16500)1/3=151v(ke=6.36)二次基本电流:64378ai2 = 16500000151(3) 1/2 = 63097a基本电流电压比:417k=63097151=417调压方法:有载二次出线方式:侧出线二次接线方式:8组管式冷却方式:外强制水（风）冷结构形式:分立芯式1.2电炉本体1.2.1电极直径:1197mm (炭素电极)de =1.322(63097x13.0)0.5 =1197mm式中:1.32-电极直径计算系数63097-二次基本电流13.0-电极截面载流系数1.2.2电极同心圆:2770mm(优化值)dc = 2.311197=2770mm式中:2.31-电极同心圆计算系数1197-计算电极直径1.2.3炉膛内径:6600mm(优化值)df = 5.511197=6600mm式中:5.51-炉膛内径计算系数1197-计算电极直径1.2.4炉膛深度:2750mm(优化值)dh = 2.291197=2750mm式中:2.29-炉膛深度计算系数1197-计算电极直径1.2.6低压部分（1）铜管选型:8010s=63097(1.41483.2)=1991mm28010铜管截面积s=2198mm2式中: 63097-二次基本电流8-出线端子数3.2-铜管电流密度1.414-分相系数（2）水冷电缆和补偿器截面积:s=1800mm2（3）设计规格(a)组成短网共3组,每组由8010（gb/t16866 gb/t1528t2级)铜管16根组成;水冷电缆和补偿器各48根,均分成3组。.(b)规格短网和导电铜管8010gb/t16866 gb/t1528 t2级水冷电缆lrg1800/2200 gb/t1528 t2级补偿器brg1800/800 gb/t1528 t2级1.2.7电极升降1.2.7.1设计工作行程:1200mm1.2.7.2设计升降速度:上升:0.5m/min下降:0.5m/min1.2.7.3设计升降方式:液压油缸升降1.2.8电极抱紧和电极压放1.2.8.1设计工作方式:压力环为碟簧抱紧铜瓦、液压抱闸与压放油缸组合压放1.2.8.2设计电极压放工作行程:100mm1.2.8.3设计电极抱紧工作行程:10mm1.2.9水冷装置设计方案(01)冷却方式:循环水冷却(02)冷却水用量及要求用量:350m3/h水质要求:软化8度,进水温度95%1.1电极升降装置 3套型式： 液压油缸升降油缸直径： mm 200油缸行程： mm 1800油缸最大长度：mm 4288油缸最小长度：mm 22881.2电极压放装置 3套压放方式： （plc带电压放）油缸直径： mm 150油缸行程： mm 1001.3液压抱闸液压抱闸外径：mm 1380液压抱闸内径：mm 850液压抱闸高度：mm 6501.4压力环 3个碟簧束数： 个 8压力环高度： mm 4301.5锻造铜瓦 24块材料： t2高度： mm 900重量： kg 2501.6保护套 3个外径： mm 1350内径： mm 1230高度： mm 1800材料： 1cr18ni9ti1.7大电流线路 同相逆并联水冷电缆： s=1800mm2 48根补偿器： s=1800mm2 48根铜管直径： mm 8010 48根1.8液压系统 1套系统压力： mpa 16油箱容量： m3 3.5齿轮泵流量： l/min 30电动机： kw 12 r/min 1450工作介质： 46#液压油（15-65）储能器数量： 个 6供液范围： 电极升降、电极压放、压力环1.9冷却水系统 1套进水压力： pa 2105进水温度： 32冷却水耗量： m3/h 350（每台炉子）变压器冷却水：pa 2105出水温度： 42冷却水耗量： m3/h 25冷却水的水质应符合以下要求（gb10067.1-88）ph值： 7-8.5总硬度： cao mg当量 10悬浮性固体： mg/l 10导电率： s/cm 5002机械设备说明2.1 炉体炉壳是炉体的主要组成部分，它采用16mm厚钢板焊接而成的圆柱体，炉底板采用20mm厚钢板，炉体采用25工字钢支撑，自然通风冷却炉底，炉壳设有两个出铁口，炉衬采用耐火砖和四层炭砖砌筑。2.2 半封闭烟罩骨架、盖板、立柱采用全水冷结构。炉心电极周围采用无磁钢板（1cr18ni9ti），并设有电极水冷保护套的绝缘密封装置。水冷骨架采用由金属构件立柱支撑并通水冷却，四周用耐火砖砌筑而成，侧壁上设有三个操作大门九个小门，上部有二个排烟口，与其相连的是二个水冷弯管烟道，直通烟囱或除尘装置。2.3 短网短网包括变压器补偿器、水冷铜管、水冷电缆、导电铜管、铜瓦及其吊挂、固定联接等装置。短网采用三个单相变压器，这样就大大减少了短网的长度，降低三相电抗不平衡系数，从而能提高功率因数。水冷铜管、导电铜管均采用8010的铜管，各相均采用同相逆并联，使短网往返电流双线制布置，自感与互感相互抵消。中间用水冷电缆相连，冷却水直接从水冷铜管经水冷电缆、导电铜管流入铜瓦，冷却铜瓦后经返回的导电铜管、水冷电缆、水冷铜管流出炉外。运行温度低，减少短网导电时产生的热量损失，能有效地提高短网的有功功率，同时铜管重量轻，易加工安装，大大减少短网的投资。2.4 电极系统电极把持器是把铜瓦夹紧在电极上，并将变压器二次侧电流经水冷铜管、水冷电缆、导电铜管、铜瓦送到电极。在电极系统上我们采用了国际上较先进的德马克、南非pyromet等技术，如采用顶缸式的电极升降装置，能灵活、可靠、准确地调节电极的上、下位置。液压抱闸和压放油缸组成电极带电自动压放装置。把持筒的作用是把持住电极，保护大套、压力环、铜瓦依顺序都用吊挂固定在上面，每根电极上设8块铜瓦，是通过压力环上的8个碟簧束一对一顶紧铜瓦，压力均匀，可保证铜瓦对电极的抱紧力均衡，铜瓦与电极的接触导电良好。把持筒的上部由台架与二个升降油缸联接，油缸支座固定在三层平台的钢平台上。每根电极上设有单独电极自动压放装置，由液压抱闸和二个压放油缸，及上下限位开关组