DOC《废弃碳材料对工业硅冶炼的影响研究》

1 试验 1.1试验过程 本试验与云南某硅业公司合作,在8MVA埋弧式电炉上进行,该炉长期运行正常,采用的原料是硅石(SiO2>

99%),石油焦、煤、木片、该废弃碳材料、电极,吨硅消耗电能13MWh左右,工业硅产量15吨左右,产品以4字头的硅为主.为了保证正常生产,本试验用这一废弃碳材料替代20%左右还原剂,整个数据采集9天分为三个阶段试验前期(3天),试验中期(3天),试验后期(3天),以下简写为P

1、P

2、P3.试验前中后期原料配比变化以及原料成分变化分析如下表1和表2,每班次投料35-65批次,试验共使用废弃碳材料近16吨,连续生产三天.观察试验现象看出,炉表温度明显降低,便于工人捣炉加料操作,反应高温区下移,有效地抑制了炉底上涨,起到了强化冶炼的作用. 由表1原料配比表的变化看出,每批次投入的这一废弃碳材料替代了25%的石油焦,18.6%的煤,50%的木片.表3看出,主要是K,Ca含量明显高,而碱金属及碱土金属普遍认为可以在较低温度下获得较高反应速率的最有效的气化催化[17].Yan et al.[18]提出废弃碳材料中富含碱金属,对废弃碳材料和煤共同气化是一种便宜可行的煤炭催化方法.故带入的K、Ca在生产中起到石灰石的活化作用.然而Al、Ca的氧化物会增加还原剂和电能的消耗,故需要更高的反应温度,降低了元素的回收率.其他元素如Fe、Al、Ni含量明显低于石油焦和煤中的Fe、Al、Ni含量,挥发分中P含量偏高S含量偏低,这些原料带入的杂质元素尤其是金属杂质元素是影响工业硅生产的重要因素.预想在试验期间产品工业硅中Fe、Al、Ti、Ni、S(本试验未做此项检测工作)含量有降低趋势. 表1 原料配比变化(kg) Table

1 Ratio of raw material(kg) 时间/原料 (每批) 硅石 石油焦 煤 木片 废弃碳材料 P1

200 60

43 73 P2

200 45

35 37 22.5 P3

200 62

43 72 表2 碳质还原剂化学成分分析(%) Table

2 Chemical composition analyzing of carbonaceous reducing agents(%) 碳 还原剂 Fe2O3 Al2O3 CaO P2O5 TiO2 K2O NiO SiO2 SO3 C 石油焦 0.07 0.044

0 0

0 0 0.035 0.923 15.052 83.712 煤0.167 0.514

0 0 0.03 0.017 0.006 0.866 0.529 97.664 废弃碳材料 0.02

0 2.263 0.253

0 1.15 0.008 1.495 0.136 93.907 废弃碳材料-石油焦 -0.05 -0.044 2.263 0.253

0 1.15 -0.027 0.572 -14.916 10.195 废弃碳材料-煤-0.147 -0.514 2.263 0.253 -0.03 1.133 0.002 0.629 -0.393 -3.757 1.2 试验数据收集和计算 基于分析需求,收集的生产数据,计算了每吨硅的电力和原料消耗量,并剔除了试验前期和后期的因停电,设备维护和异常炉况的生产数据.故以生产一吨工业硅所消耗原料为标准,试验周期以每班(1/3Day,8h)为单位,即,试验前中后期三个阶段各分成9个时段,共27个时段.

2 结果与讨论 2.1 废弃碳材料替代部分碳质还原剂对产量和电耗的影响 理论硅产量是由每班(1/3Day,8h)生产一吨工业硅消耗硅石的量根据理论反应式(SiO2 + C = Si + CO2)计算得到.工业硅回收率是根据下式(1)计算.从表3中可以看出试验前中后期工业硅的产量、回收率及电耗基本保持一致,试验期间工业硅平均回收率达到了实验前期和后期都没有达到的0.945,吨硅的电耗也得到小幅降低,说明如果没有停电的影响,试验中替代还原剂促进反应充分发生,工业硅回收率可以提高,电耗降低的效果明显. 式(1) 表3试验前中后期实际和理论工业硅产量和电耗的变化 Table