張志凌，程 剛，梁 可

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051;2.云南永昌硅業(yè)股份有限公司，云南 龍陵678300)

硅業(yè)硅鐵及工業(yè)硅的設計與實踐

張志凌1，程 剛2，梁 可1

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051;2.云南永昌硅業(yè)股份有限公司，云南 龍陵678300)

闡述了云南永昌硅業(yè)股份有限公司硅鐵及工業(yè)硅工程項目的設計特點及生產(chǎn)使用情況。

硅鐵;工業(yè)硅;電爐

0 引 言

2005年8 月，云南永昌硅業(yè)股份有限公司委托昆明有色冶金設計研究院股份公司承擔硅鐵設計工作，建設2臺12.5 MVA、2臺25.5 MVA 硅鐵電爐，年產(chǎn)75硅鐵5萬t，于2007年5月全部建成投產(chǎn)。

2007年8 月，云南永昌硅業(yè)股份有限公司委托昆明有色冶金設計研究院股份公司進行工業(yè)硅設計工作，建設3臺25.5 MVA工業(yè)硅電爐，年產(chǎn)工業(yè)硅5萬t，于2009年5月全部建成投產(chǎn)。

項目采用的技術和設備均為國內設計和制造，項目的產(chǎn)量和規(guī)模在我國進入前列，技術和裝備水平在全國處于領先地位，對我國硅鐵、工業(yè)硅行業(yè)向大容量電爐升級起到了示范作用。該文介紹項目的設計與實踐情況。

1 設計特點

1.1 冶煉工藝及設備的設計

硅鐵及工業(yè)硅冶煉目前國內外均采用電爐冶煉，大容量電爐便于實現(xiàn)機械化、自動化，便于煙氣治理和余熱利用。我國政府一直鼓勵大容量電爐，在鐵合金行業(yè)準入條件中也明確規(guī)定了電爐容量須在25 MVA及其以上。

騰達西北鐵合金有限責任公司于1986年引進德國德瑪格公司2臺25.5 MVA硅鐵電爐，遵義鐵合金(集團)有限責任公司于1993年引進德國德瑪格公司1臺50 MVA硅鐵電爐，藍星硅材料有限公司于2002年引進德國德瑪格公司1臺25.5 MVA工業(yè)硅電爐，以上項目均引進挪威埃肯公司除塵及微硅粉加密技術，使國內硅鐵及工業(yè)硅生產(chǎn)技術有了大幅提高，但其引進費用及投資高，并且企業(yè)一直在生產(chǎn)中摸索掌握國外技術，使得大容量電爐不如小容量電爐的生產(chǎn)指標好，使我國硅鐵、工業(yè)硅行業(yè)對大容量電爐望而生畏。

在吸收、消化國外先進技術基礎下，結合我國實際情況，該項目采用國內設計、制造、安裝。項目主要設計特點有:

(1)不引進國外技術及設備，與國內設備制造商、建設業(yè)主共同確定大容量電爐參數(shù)、配置、配套設備選擇。

(2)設計采用全PLC控制的自動化配料、上料、布料系統(tǒng)，自動化配料設計為:批料自動秤量配料、皮帶運輸機“三明治”混料、爐頂料倉定量入爐布料。

(3)采用25.5 MVA硅鐵及工業(yè)硅電爐，大容量電爐可提高勞動生產(chǎn)率、降低單位產(chǎn)品投資，同時大電爐操作熱穩(wěn)定性好、效率高、產(chǎn)品質量穩(wěn)定，有利于機械化、自動化、控制環(huán)境污染等。電爐結構形式為矮煙罩半密閉式交流礦熱電爐，硅鐵電爐采用組合把持器，工業(yè)硅電爐采用波紋管把持器，每臺電爐配置3臺單相有載調壓變壓器，采用管式短網(wǎng)水冷電纜，電爐的電極壓放、功率調節(jié)采用計算機控制，爐體為旋轉式。電爐煙罩為6邊形，其中3邊固定，另3邊為活動式大爐門，供搗爐用，煙罩采用水冷鋼骨架，側壁及頂內側搗制高鋁耐火澆注料，使用壽命長、維修量小。

(4)每臺電爐配備1臺自由行走車式加料撥料搗爐機，以實現(xiàn)料面的加料、撥料及搗爐機械化，使爐內布料均勻，擴大反應區(qū)，消除懸料，減少結殼“刺火”，操作簡單，功能齊全，保證加料、撥料和搗爐效果。

(5)針對原料及還原劑有害雜質的情況，采用了污染小的氧氣精煉，有效除去工業(yè)硅中鈣、鋁等雜質，使產(chǎn)品質量大大提高。

(6)根據(jù)總圖布置的特點，采用膠帶運輸機上料，設備結構簡單，運行安全可靠。

1.2 收塵系統(tǒng)的設計

電爐煙氣經(jīng)過煙氣冷卻器、旋風粗分離器后由風機送入袋式收塵器，收塵后的煙氣達標排放。

每臺電爐煙氣獨立使用1臺煙氣冷卻器、粗分離器及風機，設計采用袋式收塵器正壓工作，2臺12.5 MVA硅鐵電爐共用1臺袋式收塵器，2臺25.5 MVA硅鐵電爐共用1臺袋式收塵器，3臺25.5 MVA工業(yè)硅電爐共用1臺袋式收塵器;袋式收塵器收下的微硅粉經(jīng)壓縮空氣加密后包裝。項目主要設計特點有:

(1)收塵流程采用旋風收塵器作為預處理器，除去含碳量高的顆?；覊m，使袋式收塵收下的微硅粉質量高(含SiO2≥92%)。

(2)每臺電爐煙氣獨立使用1臺煙氣冷卻器、粗分離器及風機，使各臺電爐的生產(chǎn)情況及操作互不影響。

(3)2臺(或3臺)電爐合用1臺袋式收塵器，使投資及占地面積減少。

(4)正壓工作的袋式收塵器可不考慮漏風，風機風量可減少，電機功率可降低;其結構不要求密封，耗鋼量少，造價低;該系統(tǒng)布置靈活，可多臺電爐收塵共用1臺袋式收塵器;管理維護簡單，維護人員可隨時進入袋式收塵器內部檢查或更換濾袋;由于收塵風機安裝在收塵器之前，收塵器起到了消聲器的作用，使環(huán)境噪聲比負壓系統(tǒng)明顯降低;并且充分利用了微硅粉在高溫下流動性好，粒度細而軟的特點，使系統(tǒng)風機能耗大大降低。

(5)袋式收塵器采用壓差或時間程序自動清灰，濾袋材質采用覆膜濾料，除塵效率高，清灰效果好，使用壽命可達2 a以上。

(6)袋式收塵器收下的煙塵(即微硅粉)，堆積密度(150～200 kg/m3)非常輕，占用體積大，運輸成本高。采用微硅粉氣力加密，經(jīng)加密后的微硅粉密度可達600 kg/m3。

1.3 給排水的設計

生產(chǎn)用水取水采用河道低壩取水，經(jīng)預處理后用泵送至高位水池給全廠生產(chǎn)供水。項目設置1套電爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、1套電爐變壓器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。項目主要設計特點有:

(1)為節(jié)約新水及減少廢水排放對環(huán)境的影響，設計最大限度地循環(huán)使用，水循環(huán)使用率達95%以上，實現(xiàn)污水零排放。

(2)利用電爐冷卻水、變壓器冷卻水的排水高度，使冷卻循環(huán)排水直接進入冷卻塔，節(jié)省了循環(huán)熱水池、循環(huán)熱水泵，節(jié)省投資及運行費用。

(3)采用低壩取水，投資省，取水運行費用低。

(4)電爐與循環(huán)泵一一對應，運行方便，并采取循環(huán)泵備用、一級供電、可由高位水池靠自壓自動直供電爐等多重安全保障措施。

(5)電爐采用軟化水冷卻，使冷卻部件不結垢，延長冷卻部件的使用壽命，減少了熱停爐。

1.4 總圖運輸設計

廠址地處橫斷山脈的西南端，高黎貢山的南延部分，項目生產(chǎn)區(qū)占地21.173 km2(即317.6畝)。地勢東高西低，海拔1 530～1 570 m，高差達到40 m，山頂及谷坡一般坡度10°～30°，局部可達50°以上，地形條件較為復雜。

場地從東到西把全廠分為4個平臺，即原料平臺、收塵平臺、電爐平臺、輔助管理平臺，使土石方工程減少。

原料平臺為廠區(qū)的最高處，利用平臺高差使各種原輔料通過裝載機直接倒運入各自料倉，通過帶式輸送機將物料送至電爐車間;成品間緊鄰電爐車間，工業(yè)硅澆鑄后由軌道小車直接運入成品間，減少倒運距離;微硅粉加密倉緊鄰袋式收塵器布置，收下微硅粉通過埋刮板輸送機送入加密倉。電極殼制作間布置在電爐車間旁，方便取用?？梢姡浞掷酶卟罴捌脚_使物料順行，運輸快捷。

各電爐收塵系統(tǒng)緊臨電爐車間煙管出口布置，以減少煙管長度;電爐循環(huán)冷卻系統(tǒng)分別布置在電爐車間端頭，減少循環(huán)冷卻水管線長度;110 kV變電站布置在平臺中部，進出線方便，靠近負荷中心，同時兼顧硅鐵及工業(yè)硅需要。

110 kV變電站、制氧站布置在北側，空壓機站布置在收塵系統(tǒng)南側，盛行風向上風向，靠近負荷中心，環(huán)境清潔。

充分考慮硅鐵、工業(yè)硅的有機結合，方便輔助生產(chǎn)設施利用，又互不干擾。

1.5 電氣設計

項目主電源由上級變電站引來2回路110 kV供電，另引1回路10 kV專用線作為全廠一級負荷的保安電源。

項目設110 kV總降壓站1座，采用110 kV直供電爐變壓器，可節(jié)省投資、減少電損?？偨祲赫景?座110 kV開關站、1臺動力變壓器、1座10 kV中心配電室及其輔助設施。

每臺電爐采用有載電動多級調壓3臺單相變壓器供電，電爐電極布置為正三角形，使短網(wǎng)短，分布均勻合理，并采用水冷電纜，減低了電抗損失，三相功率的分配較為均衡，節(jié)約用電。

電爐功率自動調節(jié)，采用電子計算機實現(xiàn)比例積分式調節(jié)或液壓伺服系統(tǒng)調節(jié)。

高壓開關的保護，采用微機保護裝置，在控制室設置后臺機，通過通訊方式將數(shù)據(jù)傳到控制室后臺機上，實現(xiàn)全廠供電系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。

工程中產(chǎn)生感性無功最大的設備是電爐，電爐的自然功率因數(shù)在0.75左右，采用高、低壓聯(lián)合補償?shù)姆绞?，使功率因素補償?shù)?.92以上。

1.6 自動化控制系統(tǒng)設計

配料系統(tǒng)采用計算機計量和自動配料，使得配料準確，混料均勻，勞動強度低。

控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場總線技術的分布式FCS集散控制系統(tǒng)。采用電氣與儀表一體化控制。電氣和儀表自動化共用1套硬件系統(tǒng)，監(jiān)控也在同一平臺，有利于提高控制水平，節(jié)省投資，便于操作、維護和管理。

自動化控制系統(tǒng)水平居國內先進水平，控制系統(tǒng)具有生產(chǎn)設備的連鎖控制、生產(chǎn)過程控制、過程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、過程與設備狀況的監(jiān)控與警報、過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理、報表打印、畫面顯示，并完成現(xiàn)場設備、計算機系統(tǒng)與中央控制室之間的數(shù)據(jù)交換、信息和指令數(shù)據(jù)的傳輸?shù)瓤刂乒δ堋?/p>

1.7 土建工程設計

廠址設計地震烈度8度，分組為第一組，設計基本地震加速度值0.30 g，特征周期值0.35 s，建筑場地類別Ⅱ類。

電爐車間由于層平臺多、設備與土建交替多以及設備吊掛支承多、在樓層上的電爐變壓器的安裝及檢修的吊運，設計進行合理的配置。

土建專業(yè)成功解決了電爐主廠房的大跨度、大荷載、高地震烈度的技術問題。

1.8 環(huán)境保護措施

項目環(huán)保設施完善，做到“三同時”，電爐煙氣除塵系統(tǒng)成功地消化吸收挪威埃肯公司除塵技術，使排放煙氣遠遠低于國家排放標準，出硅煙氣得到很好的捕集后進入除塵系統(tǒng)，生產(chǎn)中看不到煙氣的外溢及排放，生產(chǎn)污水實現(xiàn)零排放，固體廢棄物全部回收利用，廠區(qū)綠化美化完善，建成了花園式工廠，環(huán)保、職業(yè)衛(wèi)生方面將起到國內示范作用，改變了國內工業(yè)硅生產(chǎn)高污染的形象。

2 生產(chǎn)實踐

2.1 硅鐵系統(tǒng)生產(chǎn)情況

2006年12 月第一臺硅鐵電爐投產(chǎn)，2007年5月4臺硅鐵電爐全部投產(chǎn)。由于枯水期限電等原因，2008年電爐作業(yè)率71.82%，生產(chǎn)硅鐵3.3萬t/a，其中75硅鐵占95.48%。主要技術指標為:主元素回收率94.73%，微硅粉純度92.27%，冶煉電耗7 600 kWh/t，12.5 MVA 硅鐵電爐產(chǎn)量達到34 t/d以上，用電功率因數(shù)0.91，水綜合利用率99%，固體廢棄物實現(xiàn)了零排放。

2.2 工業(yè)硅系統(tǒng)調試情況

2008年7 月第一臺工業(yè)硅電爐投產(chǎn)，2008年10月第二臺工業(yè)硅電爐投產(chǎn)，2009年5月第三臺工業(yè)硅電爐投產(chǎn)。2009年生產(chǎn)出工業(yè)硅3萬t，其中3303級以上占54.56%。主要技術指標為:主元素回收率85.14%，微硅粉純度93.40%，冶煉電耗11 600 kWh/t，工業(yè)硅電極消耗65 kg/t，電爐單爐最大產(chǎn)量達到57 t/d，平均產(chǎn)量達到47 t/d，用電功率因數(shù)0.94，水綜合利用率99%，固體廢棄物實現(xiàn)了零排放。

2.3 主要經(jīng)濟及社會效益

項目投產(chǎn)后，硅鐵的市場價格一路上漲，由5 000元/t上漲至10 000元/t，工業(yè)硅的市場價格一路上漲，由8 000元/t上漲至14 000元/t，項目投產(chǎn)順利，各項生產(chǎn)技術指標達到或超過設計指標，使企業(yè)產(chǎn)生贏利，并有良好的經(jīng)濟效益。2010年9月16日，企業(yè)被中國人民銀行列為“景氣調查定點企業(yè)”。

我國的工業(yè)硅產(chǎn)品主要是553和441級硅，大部分作為冶金用硅出口和使用。該項目在總結氧氣精煉、熔劑精煉等精煉方法的經(jīng)驗和教訓基礎上，對我國原有的氧氣精煉方法進行了改進，從而使工業(yè)硅的精煉效果大大提高，企業(yè)現(xiàn)在已能根據(jù)多方面用戶要求，生產(chǎn)出3303、2202、1101等多種級別化學用硅的產(chǎn)品，擴大了出口領域，增加了效益。2010年11月19日，云南永昌硅業(yè)股份有限公司被全球最大的有機硅生產(chǎn)企業(yè)美國道康寧有限公司列為“經(jīng)過認證的甲基氯硅烷級金屬硅供應商”。

龍陵縣為國家貧困縣，項目的建成促進了龍陵城市化進程，使鐵合金工業(yè)成為龍陵縣及保山市的經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一。這不僅充分利用了當?shù)氐墓枋Y源及電力，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢作出了貢獻，也為當?shù)貏?chuàng)造稅收、解決700余人的就業(yè)、帶動其它行業(yè)的發(fā)展做出了貢獻，可見社會效益顯著。

該項目建成投產(chǎn)后，當?shù)丨h(huán)保部門以此作為一個樣板工程，要求其它工業(yè)硅生產(chǎn)企業(yè)按此技術進行改造，使當?shù)氐沫h(huán)境污染大大減少，環(huán)境效益良好。

3 結 語

我國的工業(yè)硅爐容量較小，臺數(shù)較多，生產(chǎn)企業(yè)多而分散，國家產(chǎn)業(yè)政策限制小容量的工業(yè)硅電爐，各項政策一直在鼓勵大容量的工業(yè)硅電爐。

項目的產(chǎn)量和規(guī)模將在我國進入前列，所有技術和設備均為國內設計和制造，技術和裝備水平在全國處于領先地位，項目的建成促進了我國鐵合金行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構升級。

該項目的順利投產(chǎn)，帶動我國在大容量工業(yè)硅電爐的建設，推動我國工業(yè)硅電爐向大容量發(fā)展進程作了有益的探索。

Design of Ferrosilicon and Industrial Silicon Project and Its Practices

ZHANG Zhi－ ling1，CHENG Gang2，LIANG Ke1
(1.Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China;2.Yunnan Yongchang Silicon Industry Co.Ltd，Longling 678300，China)

The design features and situation of production and service for ferrosilicon and industrial silicon project in Yunnan Yongchang Silicon Industry Co.Ltd，were introduced.

Ferrosilicon;industrial silicon;electric furnace

TF645

B

1004－2660(2011)04－0001－04

2011－09－12.

張志凌(1964－)，男，云南人，高級工程師.主要研究方向:冶煉設計.