DOC《废弃碳材料对工业硅冶炼的影响研究》

废弃碳材料对工业硅冶炼的影响研究 刘俊汝1,2,马文会1,2,陈正杰1,2(*,魏奎先1,2,丁卫民3 昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093;

2.

复杂有色金属资源清洁利用实验室,云南 昆明 650093;

3. 怒江宏盛锦盟硅业有限公司,云南 怒江 673201) 摘要:以一种废弃碳材料替代部分还原剂,在8MVA埋弧炉进行工业化试验.依行业经验对比实际生产现状及试验的前中后期的变化进行评估.结果表明,试验中期电耗降低,产品中Al、Ca、Cr、Ni含量明显降低,Fe、P、Ti 未得到改善.在碳排放方面,通过废弃碳材料的替代使用使得每吨工业硅生产过程的CO2排放较少了0.805t. 关键词:废弃碳材料;

埋弧式电弧炉;

工业硅;

碳质还原剂 中图分类号:TF645 文献标志码: A INVESTIGATION ON THE EFFECT OF WASTE CARBON MATERIALS ON THE SILICON SMELTING PROCESS LIU Jun-ru1,2, MA Wen-hui1,2, CHEN Zheng-jie1,2*, WEI Kui-xian1,2, DING Wei-min3 (1.Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China;

2.State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Cleaning Utilization in Yunnan Province, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China;

3.Nujiang Hongsheng Kam Silicon Limited, Nujiang 673201, China) ABSTRAT: In this study, an industrial experiment was carried out on an

8 MVA submerged arc furnace with a waste carbon material instead of partial reducing agents. In order to evaluate the silicon furnace, the combination of the actual production status and the pre-mid and late stage of the experiment are compared by the industry experience. The results show that the power consumption in the middle stage of the test is reduced, and the contents of Al, Ca, Cr and Ni in the product decreased obviously, and the contents of Fe, P and Ti were not improved. In the case of carbon emissions, the CO2 emission is decreased to 0.805t per tone of silicon. KEY WORDS: Waste carbon material;

Submerged arc furnace;

Silicon;

Carbonaceous reducing agent 化石能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗,使其正逐渐走向枯竭;

IPCC(政府间气候变化专门委员会)的气候变化预估报告指出,约90%以上的人为温室气体CO2排放是化石能源消费活动产生的.故如何使用废弃能源达到节能减排的目的就备受关注.作为过程消耗超过40%能源来自化石燃料的钢铁行业[1]占世界二氧化碳排放总量5%的钢铁部门,生产吨钢碳排放量约为1.9吨,归因于这一部门[2].生物质引入钢铁生产被认为是减少环境影响、温室气体排放、一次能源需求和提高能源效率的最好选择[3,4].工业硅同属于能量密集行业,随着我国工业硅产量占世界总额的增加[5],研究碳质还原剂[6-9]是节能减排的重要途径[10]. 目前冶炼工业硅主要是将三相电极插入按一定比例混合的硅石和碳质还原剂中进行埋弧操作,由电弧产生高温(>

1800°C)通过碳热还原熔炼金属制备得到[11,12].能量的输入主要是硅石、碳质还原剂、石墨电极、电力、少量的活化剂石灰石,能量的输出主要是产品工业硅,废气、微硅粉、硅渣,冷却水、硅液及工业炉热辐射等损失的热量.同时国外有诸多关于工业硅的研究[13,14].但对于目前,国外大多数生产一吨工业硅需要使用11-13MWh的电能,而国内平均电耗高达13MWh.Gajic et al.[15]通过在原料中配比不同含量的杂质元素,通过利用模型预测不同杂质对炼钢生产过程电耗的影响.我们探索和研究工业硅生产各种原料对埋弧炉熔化过程参数的影响[16].然而工业硅生产中炉况易波动,难控制,并且由于原料利用率低,电耗高,产品质量难提高,大量烟气CO2排放等特点,对于废弃碳材料应用于工业硅的研究有极少有经验可以借鉴,造成研究困难. 鉴于此,本次试验以一种废弃碳材料替代20%左右原有还原剂的方法进行工业试验,分析在替代还原剂前中后期对工业硅生产电耗,产量,产品质量,碳排放的影响.研究结果为在大型埋弧炉工业硅冶炼中应用废弃碳材料,以及埋弧炉的熔化性能评估奠定基础.