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。
Copyright@2008 by Liancheng huafu Silicon Industry Co.,Ltd.All Right Reserved.No part of this document may be 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1 2009--7连城华富12500kV A工业硅矿热炉可行性分析报告1.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99.999%以上），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2003 2004 2005 2006（1~6）年份出口出口量/万t 47.90 54.51 53.61 25.86平均价/美元t 912 1080 1046 1045出口的国家地区数55 57 53 51 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)2003 2004 2005 2006（1~6）年份国家或地区日本17.40 20.43 19.45 9.18加拿大 3.90 3.59 2.60 1.55韩国 3.87 4.10 4.56 2.36荷兰 4.65 2.26 1.33 0.59香港特区 2.34 4.87 7.65 3.20英国 2.26 3.08 3.62 1.63印度 2.07 2.79 2.35 1.14台湾省 1.75 1.88 1.46 0.69泰国0.67 3.11 2.99 1.04表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)2001 2002 2003 2004 2005 年份价格美国现货进口价1161 1185 1330 1778 1659日本现货进口价729 787 903 1058 973 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13.51 15.53 17.40 20.43 19.12 挪威 1.69 1.49 1.37 1.73 1.35 巴西0.91 0.41 0.68 0.72 0.52 澳大利亚 1.90 1.41 1.23 0.74 0.67 总计(含其他国家) 18.47 18.97 21.52 24.24 22.28 3. 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(<) Fe Al Ca化工硅Si-2203 99.5 0.20 0.20 0.03 0.50 Si-3303 99.0 0.30 0.30 0.03 1.00Si-3305 99.0 0.30 0.30 0.05 1.00Si-441 99.0 0.40 0.40 0.10冶金硅Si-553 98.5 0.50 0.50 0.30 1.50 Si-1 98.0 0.70 - 0.50 2.00Si-2 98.0 1.00 - 0.60 2.004. 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 2.65 116.9 3312.5 39750 2．煤、木碳0.85 37.5 1062.5 12750 3．石油焦 1.0 44.12 1250 15000 4．玉米芯0.66 29.12 825 9900 5．氧气0.75瓶33瓶937.5瓶11250瓶6．用水量12.78 563.8 15975 191700 7．电极0.065 2.87 81.25 975 4.3 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8~80mm，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6～10mm，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0～30mm，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：10~150mm，小于30mm的含量不大于20%。
5. 单台12500kV A金属硅炉理论年产量计算按以下公式计算：Q=24TPK1K2K3COSφ/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，kV A，12500；COSφ——电炉自然功率因数，0.88；K1——电源电压波动系数，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12500kV A金属硅炉的主体设备采用矮烟罩半封闭固定式炉型。
12500kV A金属硅炉主要技术参数见表2-4。
单台12500kV A金属硅炉主要技术参数表2-4序号名称单位参数备注1.变压器额定容量kV A 12500 过载20%2.变压器一次电压kV 353.变压器二次额定电压V 1444.变压器二次额定电流kA 501175.电极直径mm φ800石墨电极6.炉膛直径mm φ55007.炉膛深度mm 24008.炉壳直径mm φ72009.炉壳高度mm 450010.电极极心圆直径mm φ2400±50可调式11.出铁口数量个 212.电极工作行程mm 120013.电极升降速度m/min 0.514.电极检修过程mm 200015.电极铜瓦数块/根 616.炉衬材质碳质17.冷却水用水量t/h 2507. 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8～80mm 0～30mm 0～30mm 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（6～200mm）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。