工业硅25000可研报告Word格式文档下载.docx
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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12003-2006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
2003
2004
2005
2006(1~6)
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22003-2006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)
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
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)
价格
2001
2002
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
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
中国
13.51
15.53
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
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
0.03
0.50
Si-3303
99.0
0.30
1.00
Si-3305
0.05
Si-441
0.40
0.10
冶金硅
Si-553
98.5
1.50
Si-1
98.0
0.70
-
2.00
Si-2
0.60
4.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
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:
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
>
99.00%
<
0.03%
0.066%
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%
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
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12500kVA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,kVA,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×
0.88/12500=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
单位
参数
备注
1.
变压器额定容量
kVA
12500
过载20%
2.
变压器一次电压
kV
35
3.
变压器二次额定电压
V
144
4.
变压器二次额定电流
kA
50117
5.
电极直径
mm
φ800
石墨电极
6.
炉膛直径
φ5500
7.
炉膛深度
2400
8.
炉壳直径
φ7200
9.
炉壳高度
4500
10.
电极极心圆直径
φ2400±
50
可调式
11.
出铁口数量
个
2
12.
电极工作行程
1200
13.
电极升降速度
m/min
0.5
14.
电极检修过程
2000
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
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8~80mm0~30mm0~30mm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。
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2~3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)、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δ=16钢板焊接成φ7200的圆筒体,高为4500,炉体有一个出炉口。
矮烟罩φ8000,高2200,置于炉体上方,上部有二个排烟口与φ1600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φ800,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
名称与规格
数量
重量
图号或型号
备注
单重(t)
总重
(一)
原料车间
手推小车
台
16
0.9
电子地上衡SCSPT-2
(二)
冶炼车间
12500kVA金属硅炉,其中:
座
不包炉衬重
电极把持系统
套
47.4
44.5
3
密封装置及导向轮
0.48
2.88
4
炉壳(包括支撑工字钢)
36
72
5
烟罩
12.83
25.66
短网
3.6
7.2
包括吊架等
7
水冷电缆
根
8
铜瓦(锻造)
块
0.36
12.96
9
压力环
0.8
4.8
10
升降油缸
12
11
液压系统
包括12个小油缸
液压抱闸
13
烟筒
24
14
烧穿器
0.54
1.08
15
水冷挡板
0.6
1.2
电动单梁悬挂葫芦LXT型-3LK=6mQ=5t
2.24
17
捣炉机
(三)
浇铸车间
电动包车
1.1
2.2
硅水包
龙门吊钩
锭模
12.4
24.8
硅锭夹
0.175
0.35
气站吹氧
电动双梁桥式起重机
Q=16/3t,LK=10.5JC=40%
30
(四)
机修、包装及化验
交流电焊机
0.17
0.34
直流电焊机
0.3
落地式砂轮机
0.123
台钻Z512
0.1
砂轮切割机
氧气瓶
瓶
60
乙炔瓶
车床C620
铣床X62
牛头刨B665
摇臂钻床Z50
(二)总图
单重
电子汽车衡SCS-80
电子地上衡SCSPT-3
1.6
叉车CPC-303t
4.3
(三)电气
总重(t)
电炉变压器HTSSPZ-12500/35
附:
冷水冷却器YSS-80
动力变压器S9-1250/3535/0.4KV
(35kV)高压开关柜
低压柜
电极自动控制装置
操作台
(四)给排水
冷水泵KQW125/250300m2/h
热水泵KQW125/250300m2/h
冷水泵KQW100/17087m2/h
潜水污水泵WQG15-10-1.5
管道泵GB50-17
横流式冷却塔HL-700320m3/h
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