kV-A工業(yè)硅生產(chǎn)項(xiàng)目可行性分析報(bào)告

第8頁共8頁kV-A工業(yè)硅生產(chǎn)項(xiàng)目可行性分析^p報(bào)告Aa金屬硅生產(chǎn)工藝流程方案(V1.0)連城華富硅業(yè)有限公司2021年7月Aa資料版本：V1.0日日期：2021年7月密密級(jí)：¨公開資料¨內(nèi)部資料¨保密資料þ絕密資料狀狀態(tài)：¨初稿¨討論稿þ發(fā)布版權(quán)聲明連城華富硅業(yè)有限公司@20212021年，保留一切權(quán)利非經(jīng)本公司書面許可，任何單位和個(gè)人不得擅自摘抄、復(fù)制本文的部分或全部，并不得以任何形式傳播。Copyright@2021byLianchenghuafuSiliconIndustryCo.,Ltd.AllRightReserved.NopartofthisdocumentmaybereproducedortransmittedinanyformorbyanymeanswithoutpriorwrittenconsentofLianchenghuafuSiliconIndustryCo.,LtdAa文檔控制記錄修改記錄日期作者版本修改記錄2021-7-1潘錦池1.0正式文稿審閱姓名時(shí)間職位李肇基2021-9-1中國(guó)科學(xué)院院士（中國(guó)著名半導(dǎo)體專家）章宏睿2021-9-1東南大學(xué)電子材料研究室主任東南大學(xué)太陽能光伏研究所所長(zhǎng)分發(fā)拷貝No.姓名分發(fā)時(shí)間單位12021--7連城華富Aa12500kVA工業(yè)硅礦熱爐可行性分析^p報(bào)告1.前言工業(yè)硅（又稱結(jié)晶硅、金屬硅）是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要材料之一，工業(yè)硅的用途十分廣泛，可應(yīng)用于電子、煉鋼、光學(xué)、機(jī)械、汽車制造、化工、冶金、醫(yī)藥、國(guó)防等領(lǐng)域，被譽(yù)為“工業(yè)味精”。工業(yè)硅在制取鋁合金方面的用量，約占總量的50以上。鋁硅合金的耐熱、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)小，廣泛用于汽車制造業(yè)、航空工業(yè)、電器工業(yè)和船舶制造等方面。工業(yè)硅可以作為非鐵基合金的添加劑，也用作要求嚴(yán)格的硅鋼的合金劑，是煉鋼、非鐵基合金冶煉必不可少的脫氧劑。在煉鋼工業(yè)中，每生產(chǎn)一噸鋼大約消耗五公斤工業(yè)硅?；瘜W(xué)級(jí)工業(yè)硅是國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的集成電路所需的現(xiàn)代高明技術(shù)多晶硅、單晶硅的原料。工業(yè)硅經(jīng)多工序加工成電路、電子原件必不可少的原材料，日本把鋼鐵、鋁和半導(dǎo)體硅統(tǒng)成為三大金屬材料。工業(yè)硅在化學(xué)工業(yè)中，用于生產(chǎn)有機(jī)化合物如硅油、硅橡膠、建筑物防腐劑、白炭黑、饈用薄膜涂料、高檔家具涂料的添加劑、裝飾漆添加劑、一般工業(yè)涂料添加劑等。工業(yè)硅還用作某些金屬的還原劑，用于制造新型陶瓷合金等。目前工業(yè)硅的應(yīng)用，還在不斷地開發(fā)新領(lǐng)域，如制造太陽能電池、制造氮化硅合成光纖等。太陽能目前已經(jīng)成為最受關(guān)注的綠色能產(chǎn)業(yè)。美國(guó)、歐洲、日本都制定了大力促進(jìn)本國(guó)太陽能發(fā)展的政策，我國(guó)也于20__5年3月份通過了《可再生能法》。這些措施極大地促進(jìn)了太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1998～20__7年，國(guó)際太陽能光伏電池的市場(chǎng)一直保持高速增長(zhǎng)，甚至是呈井噴的態(tài)勢(shì)，年平均增長(zhǎng)速度達(dá)到30，預(yù)計(jì)到2021年后，Aa仍將保持至少25的增長(zhǎng)速度。晶體硅是目前應(yīng)用最成熟，最廣泛的太陽能電池材料，占光伏產(chǎn)業(yè)的的85以上，單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率為15，多晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率為12，近年來，隨著工業(yè)硅在國(guó)際市場(chǎng)的需求不斷增大，刺激了我國(guó)工業(yè)硅生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，使我國(guó)工業(yè)硅生產(chǎn)工藝技術(shù)和裝備得到了一定的提高。作為高新技術(shù)領(lǐng)域和重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)和功能材料，工業(yè)硅消費(fèi)量迅速增長(zhǎng)，據(jù)英國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)CRU預(yù)測(cè)，今后幾年世界范圍內(nèi)工業(yè)硅需求量年均增長(zhǎng)達(dá)8～12，其中化學(xué)級(jí)工業(yè)硅年均增長(zhǎng)12。高純度金屬硅經(jīng)多工序處理加工生成單晶硅（產(chǎn)品含硅純度達(dá)99.999以上），這種高新技術(shù)的金屬材料產(chǎn)品，使半導(dǎo)體特別是電子元件芯片的關(guān)鍵性材料，屬“九五”國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。2.金屬硅市場(chǎng)分析^p金屬硅是隨著近代工業(yè)、現(xiàn)代科學(xué)和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)而蓬勃發(fā)展的。硅和含硅材料的應(yīng)用已普及到各個(gè)領(lǐng)域。鋁硅合金等因其有良好的耐熱、耐磨和鑄造性能以及熱膨脹小而大量用于汽車、船舶和航空工業(yè)；有機(jī)硅單體和聚合物，如硅油、硅樹脂、硅橡膠等，高純半導(dǎo)體是集成電路等的重要功能材料。全球?qū)璧男枨罅?0__6年已達(dá)到155萬噸，并以每年4.6左右的速度迅猛增長(zhǎng)。中國(guó)每年對(duì)硅的消費(fèi)量已經(jīng)達(dá)到18萬噸。美國(guó)迄今依然是最大的硅消費(fèi)國(guó)，其次是日本和德國(guó)，中國(guó)居第4位。西方國(guó)家對(duì)硅的市場(chǎng)需求，其中有45的份額目前均流向化工領(lǐng)域，而Aa美國(guó)和歐盟在化工領(lǐng)域?qū)璧南M(fèi)比重則高達(dá)60，而日本為40。中國(guó)對(duì)硅的需求量預(yù)計(jì)2021年將增加兩倍，達(dá)到40萬噸，中國(guó)在2021年有望超過美國(guó)，成為全球最大的硅消費(fèi)國(guó)。在2021年左右，化工類硅產(chǎn)品的消費(fèi)增長(zhǎng)主要發(fā)生在歐盟、亞洲、德國(guó)、南非及美國(guó)。總體而言，硅的消費(fèi)增長(zhǎng)預(yù)計(jì)每年將保持5左右，太陽能領(lǐng)域有望成為消費(fèi)增長(zhǎng)最為迅猛的板塊，年增長(zhǎng)率將超30。表120__3-20__6年（1-6月）我國(guó)工業(yè)硅出口量、平均價(jià)和出口的國(guó)家地區(qū)數(shù)年份出口20__320__420__520__6（1~6）出口量/萬t47.9054.5153.6125.86平均價(jià)/美元t912108010461045出口的國(guó)家地區(qū)數(shù)55575351表220__3-20__6年(1-6月)我國(guó)年出口量1萬噸以上的國(guó)家和地區(qū)的出口量(1萬t)年份國(guó)家或地區(qū)20__320__420__520__6（1~6）日本17.4020.4319.459.18加拿大3.903.592.601.55韓國(guó)3.874.104.562.36荷蘭4.652.261.330.59香港特區(qū)2.344.877.653.20英國(guó)2.263.083.621.63印度2.072.792.351.14臺(tái)灣省1.751.881.460.69泰國(guó)0.673.112.991.04表3近幾年美國(guó)、日本、歐盟的現(xiàn)貨進(jìn)口價(jià)和我國(guó)出口的平均價(jià)(美元/t)年份價(jià)格20__120__220__320__420__5Aa美國(guó)現(xiàn)貨進(jìn)口價(jià)11611185133017781659日本現(xiàn)貨進(jìn)口價(jià)7297879031058973歐盟現(xiàn)貨價(jià)10961060141016101594我國(guó)出口平均離岸價(jià)76179891210801046表4日本從我國(guó)和幾個(gè)主要國(guó)家進(jìn)口工業(yè)硅量和總進(jìn)口量（萬t）2020__20__20__420__5中國(guó)13.5115.5317.4020.4319.12挪威1.691.491.371.731.35巴西0.910.410.680.720.52澳大利亞1.901.411.230.740.67總計(jì)(含其他國(guó)家)18.4718.9721.5224.2422.283.金屬硅化學(xué)成份的要求品級(jí)牌號(hào)（代號(hào)）化學(xué)成份Si(gt;)雜質(zhì)含量(lt;=)雜質(zhì)總和(lt;)FeAlCa化工硅Si-220399.50.200.200.030.50Si-330399.00.300.300.031.00Si-330599.00.300.300.051.00Si-44199.00.400.400.10冶金硅Si-55398.50.500.500.301.50Si-198.00.70-0.502.00Si-298.01.00-0.602.004.原材料及主要輔助材料4.1主要原材料（1）硅石是冶煉金屬硅的主要原料我司附近的礦山，均儲(chǔ)藏著大量?jī)?yōu)質(zhì)硅石，含SiO2在99.左右，一臺(tái)金屬硅爐每年需合格硅石19875t。（2）金屬硅冶煉所需的還原劑，有以下幾種：低灰分的無煙煤、木碳、Aa石油焦、木塊等。4.2輔助材料生產(chǎn)金屬硅所需電極，氧氣等輔助材料均由市場(chǎng)購(gòu)進(jìn)，主要原材料，輔助材料的年消耗量見表2-3。2臺(tái)12500工業(yè)硅爐主要原材料、輔助材料年消耗量表2-3序號(hào)號(hào)名名稱單單耗（（t/t）日日耗（（t/日）月月耗（（t/月）年耗量（（t）1．硅石2.65116.93312.5397502．煤、木碳0.8537.51062.5127503．石油焦1.044.121250150004．玉米芯0.6629.1282599005．氧氣0.75瓶33瓶937.5瓶11250瓶6．用水量12.78563.8159751917007．電極0.0652.8781.259754.3原料化學(xué)成分及物理性能要求（1）硅石化學(xué)成分：SiO2Fe2O3Al2O3CaOgt;99.00lt;0.03lt;0.066lt;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）煤化學(xué)成分固定碳灰分揮發(fā)分水分gt;80≤1lt;8.5lt;8.5煤的物理狀態(tài)，粒度6～10mm，其中小于1mm的含量應(yīng)小于入爐總量的20，高溫比電阻大，化學(xué)反應(yīng)性好，氣孔率高，粒度合格率在90以上。采用經(jīng)過水選的粒度均勻的小塊煤。（3）石油焦化學(xué)成分Aa固定碳灰分揮發(fā)分水分gt;87lt;0.26lt;12lt;0.74石油焦的物理狀態(tài)，粒度0～30mm，其中小于3mm的含量應(yīng)小于入爐總量的20，過篩30mm以上的破碎。（4）木塊：10~150mm，小于30mm的含量不大于20。5.單臺(tái)12500kVA金屬硅爐理論年產(chǎn)量計(jì)算按以下公式計(jì)算：Q=24TPK1K2K3COSφ/W式中：Q--電爐生產(chǎn)產(chǎn)量，（t/a）；24--電爐每天連澆作業(yè)24h；T--電爐工作日歷天數(shù),d/a，340；P--電爐變壓器額定容量，kVA，12500；COSφ--電爐自然功率因數(shù)，0.88；K1--電電壓波動(dòng)系數(shù)，0.98；K2--電爐變壓器功率利用系數(shù)，1；K3--電爐作業(yè)時(shí)間利用系數(shù)，0.98；W--產(chǎn)品冶煉電耗，12500kWh/t。Q=24_____340_____12500_____0.98_____1_____0.98_____0.88/12500=6896.4t/a實(shí)際日產(chǎn)量可以達(dá)到22t/d以上，實(shí)際年產(chǎn)量一臺(tái)可以達(dá)到7500t/a。2臺(tái)爐子可達(dá)15000t。6．爐型的選型及其參數(shù)2.4.1爐型及主要技術(shù)參數(shù)12500kVA金屬硅爐的主體設(shè)備采用矮煙罩半封閉固定式爐型。Aa12500kVA金屬硅爐主要技術(shù)參數(shù)見表2-4。單臺(tái)12500kVA金屬硅爐主要技術(shù)參數(shù)表2-4序號(hào)名名稱單單位參參數(shù)備備注1.變壓器額定容量kVA12500過載202.變壓器一次電壓kV353.變壓器二次額定電壓V1444.變壓器二次額定電流kA501175.電極直徑mmφ800石墨電極6.爐膛直徑mmφ55007.爐膛深度mm24008.爐殼直徑mmφ720__9.爐殼高度mm450010.電極極心圓直徑mmφ2400±50可調(diào)式11.出鐵口數(shù)量個(gè)212.電極工作行程mm120__13.電極升降速度m/min0.514.電極檢修過程mm20_15.電極銅瓦數(shù)塊/根616.爐襯材質(zhì)碳質(zhì)17.冷卻水用水量t/h250Aa7.工藝流程7.1生產(chǎn)工藝流程圖金屬硅生產(chǎn)是在礦熱爐內(nèi)采用連續(xù)作業(yè)法進(jìn)行的，其主要的生產(chǎn)工藝流程如下：硅石煤石油焦木塊破碎篩分破碎水洗篩分水原(lt;8mm棄掉)料準(zhǔn)8～80mm0～30mm0～30mm合格料（50-150mm）備合格料合格料合格料稱量稱量稱量稱量配料配料水熔電電爐熔煉煉電極出氧氣液體硅爐取樣分析^p定級(jí)精鑄錠清整抬包渣煉固體硅破碎產(chǎn)品挑渣篩分破碎合格粒度硅塊（6～20__mm）包裝稱量包裝入庫Aa金屬硅的生產(chǎn)工藝流程圖7.2工藝流程簡(jiǎn)述工藝流程簡(jiǎn)述：金屬硅是以還原劑（木炭，無煙煤、石油焦、玉米芯）和硅石為原料在電爐內(nèi)通過電熱法冶煉的。硅石經(jīng)過水洗去泥土等雜質(zhì)；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稱量，由上料提升機(jī)輸送至5.0m平臺(tái)，按三爐門指定地點(diǎn)，順煙罩墻倒下。由加料工將爐料混合均勻后，視爐口料面情況不斷加到爐內(nèi)，爐心料消耗快要及時(shí)補(bǔ)加，爐心料要保持飽滿呈饅頭狀。金屬硅是在半封閉式電爐內(nèi)連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)的，由變壓器導(dǎo)入的電流，通過石墨電極進(jìn)入裝滿爐料的爐膛內(nèi)部。冶煉過程中電流通過電極及爐料電阻產(chǎn)生的熱量和電極端的電弧熱將爐料