本站小編為你精心準備了工業硅生產工藝探討參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

硅作為自然界最豐富的元素之一有著廣泛的引用，其中工業硅的主要用途是生產有機硅、制取半導體材料多晶硅以及其他特殊用途的合金等。近年來隨著太陽能光伏行業的不斷發展壯大，工業硅的需求量也日益劇增。從20世紀40年代末建成第一座工業硅電爐以來，經過半個多世紀的發展，全球工業硅的年產能已達400萬噸以上，而我國工業硅產能達到100萬噸以上，從而使得我國成為世界上工業硅的主要生產和出口大國。工業硅隨著應用的領域不同而產品質量各異，本文從工業硅的分類及生產工藝上進行介紹，通過對生產工藝的剖析，提出節能降耗的措施，為工業硅的發展提供一些指導性意見。

1工業硅的分類及現狀

工業硅的分類通常按工業硅成分中所含鐵、鋁、鈣三種主要雜質的含量來進行分類，目前工業硅市場上主要規格及分類如下表1所示：從表1中的分類可以看出，工業硅種類繁多，在實際應用中根據應用領域的不同而選用的規格型號也各有差異，下表2列出了近五年來工業硅在不同領域的消耗量。從表2中可以看出，近年來工業硅的需求消耗量在逐年增多，但是工業硅在各個領域的變化也各異，尤其是在多晶硅用硅上，由于2011年后，全球多晶硅進入冰凍期，大部分多晶硅企業停產檢修，導致多晶硅用硅量逐年下降，而有機硅和鋁合金用硅市場一直在穩定中增長，用量也相對比較穩定。

2工業硅的生產工藝介紹

工業硅生產工藝是以硅石為硅源以碳質材料作為還原劑經過清洗干燥后，將硅石和碳質還原劑送入礦熱反應爐在2000℃左右的高溫下，經還原制得硅，再將它溶化后重結晶，用酸除去雜質，得到金屬硅。其碳還原氧化硅的反應，通常用以下總反應式表示。但是中心反應區及其附近因為溫度的不同原料所參與的化學反應有所區別。原料在礦熱反應中心區域及其附近區域的反應分別為。碳質還原劑的選擇原則是：固定碳高，灰分低，化學活性好。通常是采用低灰分的石油焦或瀝青焦作還原劑。但是，由于這兩種焦炭電阻率小，反應能力差，因而必須配用灰分低，電阻率大和反應能力強的木炭（或木塊）代替部分石油焦。為使爐料燒結，還應配入部分低灰分煙煤。對幾種碳質還原劑的要求如表3所示。生產中按SiO2+2C=Si+2CO來配碳。在操作中碳的配入比較難以掌握，配碳量應當在理論配碳量（C/O=0.75）的基本原則下隨機控制，一般在理論配碳量不大的范圍內波動。生產實踐證明，木炭、石油焦和煙煤的比率各位1/3的固定碳配入效果較好。通過上述生產的金屬硅大部分為塊狀，若以硅塊為原料進行破碎細化，一般采用球磨法、輥磨法、沖旋法可以生產工業硅粉，成品粒度通過工藝調節可以控制在30-425目范圍內。工業硅的生產工藝流程簡圖如下圖1所示。

3工業硅生產的耗能分析和節能討論

從上面的工業硅生產工藝流程可以看出，工業硅的生產流程相對簡單，但是其能源消耗相對較大，平均電耗高達13000kwh/t。下面將從工業硅生產的原料、設備及工藝上分析影響工業硅生產能耗的主要因素，對降低企業工業硅生產能耗有一定的指導作用。

3.1原料工業硅生產的原料主要有硅石及還原劑；而原料影響工業生產能耗的主要因素有如下幾點：

3.1.1硅石的潔凈度：雜質含量越高，爐口料面明顯發粘，爐口透氣性不好，料面溫度升高且發紅，熱量損失達，從而電耗升高；因此硅石的精選和水洗是減少硅石帶入雜質，節能降耗的主要措施之一。

3.1.2硅石的熱穩定性和抗爆性：加入電爐的硅石要有足夠的熱穩定和良好的抗爆性。否則會因為受熱很快破裂且表面迅速剝落，導致電爐透氣性變差，電爐上部爐料粘結，熱量損失增大，電耗升高，因此選用時要考慮此現象。

3.1.3硅石的粒度：粒度過小，使得爐料透氣性差，粒度過大未反應的硅石沉入爐底或進入硅溶液中造成渣量增多，使得電耗升高，因此需要控制硅石的粒徑范圍在50-120mm。

3.1.4還原劑的反應性：碳的還原能力與工業硅冶煉的電耗有著密切的關系，為了降低能耗，必須要求碳質還原劑有較高的反應性。

3.1.5還原劑灰分含量：控制還原劑的灰分主要是控灰分中的氧化物進入熔渣增加了渣量和電耗，因此還原劑的純度要高而且灰分要低。

3.1.6還原劑的比電阻：還原劑在電爐中是電流通過爐料的主要導體，電流一定時，還原劑的比電阻越大電爐可以使用較高的二次電壓以提高電爐的電效率，因此要選用比電阻較大的木炭作為還原劑是降低能耗的方法之一。

3.2設備從設備的內在結果及尺寸以及配套的電器方面進行工業硅生產能耗的分析及節能措施如下：

3.2.1爐膛尺寸：只有采用合理的爐膛尺寸才能有效的降低工業硅的生產能耗，如果爐膛直徑過大，爐底功率密度減小，爐子散熱表面增大，因而熱損失增加；爐膛直徑過小會使電極-爐料-爐襯回路電流增加，不利于電極深插，增加電耗。

3.2.2變壓器接線：選用合適的變壓器接線方式是降低能耗的方法之一，目前工業硅生產所用的電爐設備，還是將電流表接在變壓器的一次側來控制電極升降。

3.2.3電爐容量：從國內外統計數據看，5MVA以上的電爐其電耗一般在12000-14000kwh的范圍內，小型電爐因為功率密度低，熱損失占比例大而且電耗高，一般在14000-16000kwh之間，因此，要采用大容量爐型來降低工業硅的生產能耗。

3.3工藝及操作

在工業硅的生產工藝及爐型操作中，應該從以下幾個方面來進行工業硅的節能降耗：

3.3.1減少熱停：由于工業硅爐型功率較大，熱停一次需要更長的供電時間才能恢復到供電前系統所處狀態，因此需要加強電極的維護，防止各種電機事故發生，以減少熱停次數和時間。

3.3.2熱穿器的使用：好的出爐口，人工開啟不需要使用燒穿器，但是在實際出硅水過程中有時為提高溫度，保持硅水通道的暢通用電燒眼時必須的。因此要注意保持良好的出硅水口，縮短電燒時間。

3.3.3爐筒布料要均勻：還原劑在爐內分布要均勻，避免加料造成缺碳或局部碳過剩使還原不夠充分。因此電極四周布料要呈平頂性，高出200-300mm。

3.3.4下料要平穩：根據爐料熔化速率及時下料，避免爐內因缺料炮火或下料過多使爐內溫度降低電極上抬，從而增加能耗。

3.3.5正確的搗爐：采取及時正確的搗爐操作對于改善料層透氣性，減少炮火塌料及熱損失是非常重要的。

4結語

從工業硅的生產工藝過程看，雖然生產流程簡單，但是節能降耗點不少，我們對新上工業硅生產企業或已大批量生產工業硅的企業，從以下幾個方面提出節能措施：

4.1選用較好的硅源礦石作為工業硅的原料，并采用灰分低、活性高的碳質還原劑進行生產；

4.2設計過程中，盡量選用最先進的熱電爐進行加工生產；

4.3從工藝操作上進行優化，減少熱停及在布料過程中均勻性，能夠及時的進行搗爐等操作；

4.4選擇合適的生產工藝流程，注重在實踐中節能。

作者：鄭紅梅 張升學 石何武 單位：中國恩菲工程技術有限公司