21000KVA工業(yè)硅爐技術(shù)方案

新疆泰格硅業(yè)有限公司

21000KVA工業(yè)硅爐項(xiàng)目

技術(shù)資料

陜西合元冶金機(jī)電有限責(zé)任公司

二O一五年十月

根據(jù)目前工業(yè)硅冶煉工藝發(fā)展，結(jié)合當(dāng)?shù)剡�原劑儲備等情況，本方案還原劑以煤、石油焦為主。

2.1 主要原材料

硅石、碳質(zhì)還原劑是冶煉工業(yè)硅的主要原料。 （1） 硅石

要求在90%以上。

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2.1）石油焦

入爐總量的20%，過篩30mm以上的破碎。

（2.2）精洗煤

其中小于1mm的含量應(yīng)小于入爐總量的20%，煤高溫比電阻大，化學(xué)反應(yīng)性好，氣孔率高，粒度合格率在90%以上。

（2.3）木片

木片應(yīng)不含泥沙、鐵釘?shù)入s質(zhì)。

木片的物理狀態(tài)：10～150mm，小于30mm的含量不大于20%。

2.2 輔助材料：生產(chǎn)所需高品質(zhì)碳素電極，氧氣等輔助材料均由市TEL：029-86289031

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破碎 篩分

破碎

水洗篩分

包裝

精整 入庫

篩粉

合格粒度硅塊

稱量包裝

入庫 TEL：029-86289031

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工業(yè)硅是以還原劑（煤、石油焦、木片等）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。合格原料通過裝載機(jī)將原料裝入相應(yīng)配料料倉，配料料倉共6個，其中硅石、煤各2個，木片、石油焦各1個。各料倉下部裝震動給料機(jī)、稱量裝置等設(shè)備，通過PLC自動控制，將各種原料按工藝配比進(jìn)行稱量后落在下部的混料皮帶上，再通過運(yùn)輸機(jī)將配好的原料輸送至冶煉跨的暫存料倉。

加料車從暫存料倉中接到原料，視爐口料面情況不斷加到爐內(nèi)，爐心料消耗快要及時補(bǔ)加，使?fàn)t心料保持飽滿呈饅頭狀。裝入爐膛的原料通過撥料車將原料按工藝要求分布均勻。

工業(yè)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加熱到2000℃以上，在這一溫度下二氧化硅被碳還原生成了工業(yè)硅液體和一氧化碳（CO）氣體，CO氣體通過料層逸出，并將爐料預(yù)熱。

冶煉過程連續(xù)進(jìn)行，電極在爐內(nèi)有適當(dāng)?shù)墓ぷ魃疃龋�穩(wěn)定地插在爐料中，埋弧操作，隨料面的下降塌料時，用三臺搗爐機(jī)搗爐后立即加料，使料面保持一定高度的饅頭形狀時開始悶燒。

定時用燒穿器打開爐口放出工業(yè)硅，工業(yè)硅液體從爐口流入硅水包內(nèi)，在開始燒爐眼時，由硅水包底部通入氧氣、空氣混合氣體，以便除去硅水里面的鈣、鋁等、雜質(zhì)。在硅水流接近終斷時及時用電極糊和焦粉制成的泥球堵塞爐口，由電動包車將硅水包運(yùn)到澆鑄間澆鑄到錠模內(nèi)，迅速冷卻后成硅錠。本設(shè)計每3小時出一爐，每班出3～4爐。

硅錠冷卻后，由起重機(jī)吊出，按出爐編號堆放在澆鑄間。由小車運(yùn)TEL：029-86289031

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Q=H2Cosφ2Ps2k2k12k22k3÷W

=2430.9232100031.2530.983130.95÷12500

≈43.11t/d

年產(chǎn)量約12800t(按年生產(chǎn)330天)

式中：Q —— 電爐的日產(chǎn)量（t/ d）

H —— 每天生產(chǎn)時間 （24h/d）

Cosφ—電爐功率因數(shù)，取0.92（補(bǔ)償后）

PS ---- 電爐的額定功率（21000KVA）

K —— 電爐使用功率系數(shù)，取K=1.25，即長期超載25%運(yùn)行K1—— 電源波動系數(shù)（一次電壓），取K1=0.98

K2—— 變壓器功率利用系數(shù)，取K2=1

K3 —— 時間利用系數(shù)（作業(yè)率），取K3=0.95

W —— 工業(yè)硅冶煉電耗，約取W=12500 KWh/t

4.2生產(chǎn)規(guī)模：

根據(jù)業(yè)主介紹，已為該項(xiàng)目準(zhǔn)備的場地為5703930米的空曠場地，擬建24臺21000KVA工業(yè)硅爐，達(dá)到年產(chǎn)34萬噸工業(yè)硅生產(chǎn)能力。 TEL：029-86289031

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根據(jù)業(yè)主要求：該項(xiàng)目工業(yè)硅爐選三臺單相變壓器，每臺變壓器的功率為7000KVA。由業(yè)主考慮增加補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后的功率因數(shù)達(dá)到0.9～0.92，其有功功率將達(dá)到19320KVA。本方案將按此進(jìn)行設(shè)計。

考慮到工業(yè)硅的冶煉工藝，結(jié)合國內(nèi)工業(yè)硅爐生產(chǎn)和建設(shè)情況，業(yè)主決定爐型選擇半封閉中煙罩集煙箱旋轉(zhuǎn)式礦熱爐。

根據(jù)業(yè)主提供的場地情況，我們做了《工廠工藝平面布置圖》、《21000KVA工業(yè)硅爐立面圖》，隨附在后。

說明：隨附圖是以業(yè)主提供廠區(qū)尺寸為基礎(chǔ)，設(shè)計的24321000KVA工業(yè)硅爐平面布局示意圖及立面圖，僅供參考。具體布局經(jīng)業(yè)主確認(rèn)后再做相應(yīng)調(diào)整。

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2、變壓器基本參數(shù)

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根據(jù)項(xiàng)目要求，我們的設(shè)計本著規(guī)劃合理、使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則進(jìn)行設(shè)計。貴公司6臺規(guī)模21000KVA工業(yè)硅爐，可布置在一個車間，。設(shè)備的選型為：旋轉(zhuǎn)式中煙罩集煙罩式電爐。

配料、加料：采用自動配料、加料車加料、搗爐機(jī)搗爐的方式。 煙罩系統(tǒng)：由于工業(yè)硅冶煉溫度比較高，煙氣量較大，設(shè)計的煙罩采用中煙罩形式煙罩爐門采用液壓提升，中煙罩中心部分全部采用不銹鋼材質(zhì)，減少渦流。

短網(wǎng)系統(tǒng)：采用三臺單相變壓器，每根電極選用10塊鍛造銅瓦，導(dǎo)電銅管選用φ70310，其電流密度為2.08A/mm2，水冷電纜截面積

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把持器系統(tǒng)：升降采用油缸升降，電極的壓放全部采用液壓控制。其中電極系統(tǒng)壓力環(huán)選用波紋壓力環(huán)，環(huán)體材質(zhì)選用不銹鋼；水冷保護(hù)套分上保護(hù)套及下保護(hù)屏兩節(jié)，上保護(hù)套由四片組成，下保護(hù)屏由10片組成，材質(zhì)選用不銹鋼；壓放系統(tǒng)抱閘選用液壓抱閘，機(jī)械抱緊液壓放松。

出爐系統(tǒng)：采用燒穿器燒開爐眼，卷揚(yáng)機(jī)將硅水包從爐前運(yùn)至澆注間，行車起吊澆注，冷卻后從錠模夾出，人工精整破碎。

配套水冷系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、吹氧精煉系統(tǒng)等。

為了保證除塵效果，建議除塵設(shè)備每一臺礦熱爐配套一套除塵環(huán)保系統(tǒng)，采用較高標(biāo)準(zhǔn)配置的除塵系統(tǒng)。

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1.2 爐殼材質(zhì)：Q235A；

1.3、材料厚度：爐殼圈、豎加強(qiáng)筋、水平加強(qiáng)筋δ=16mm；出爐流槽、爐殼底板δ=25mm；

1.4、加強(qiáng)筋寬度、塊數(shù)、分布：豎筋46條、水平箍8道，筋寬150，圴勻分布；

1.5、在爐殼120°方向設(shè)置三條不銹鋼隔磁帶，在爐底板上設(shè)置一條不銹鋼隔磁帶，隔磁帶材質(zhì)0Cr18Ni9，寬度300mm。

1.6、爐殼圈豎焊縫應(yīng)避開出爐口位置；

1.7、爐殼安裝形式及尺寸：爐殼坐放于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輻射梁上。爐殼內(nèi)徑9米，高5.35米，五個出爐口，在圓周上均勻分布；

1.8、爐底冷卻方式：強(qiáng)制空冷。

1.9、爐底板安置3根熱電偶測溫點(diǎn)，掌握爐底溫度。

1.10、爐襯工作層使用自焙碳磚，規(guī)格400mm3400mm3400mm，爐墻側(cè)壁采用400mm3400mm31000mm的碳磚，爐底厚2450mm，爐壁厚1100mm；采用無縫砌筑，碳磚縫隙≤1 mm，填充料為冷搗糊(自焙后碳磚之間不能有縫隙)；與爐壁邊緣縫隙≤2mm，填充料為冷搗糊，要求填充完全，不能漏料。

保溫層選用新型隔熱耐火粘土磚及高鋁磚，爐壁位于碳磚層上方位置保溫材料選用高鋁磚（Al2O3≥65%）；規(guī)格55mm3113mm3230mm，其余

部位選用粘土磚，規(guī)格55mm3113mm3230mm。所有耐火磚之間用耐火泥填充，要求不能漏料。

搗平層使用粒度為3～8mm的細(xì)硅石與礦渣混合物，要求搗實(shí)、搗平。 TEL：029-86289031

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矮煙罩采用拱形設(shè)計，煙罩中心高度3200mm，邊緣高度2900mm。輻射梁為整體結(jié)構(gòu)，六邊臺體形，內(nèi)圈梁、輻射梁為φ219312.5鋼管，內(nèi)圈梁為不銹鋼材質(zhì)；輻射梁為20g；煙罩立柱和外圈梁采用φ300310的無縫鋼管制作，6件立柱分布在φ9700的圓上，安裝在二層操作平面上，立柱上下均進(jìn)行絕緣處理。

2.2、外圈梁使用φ300310無縫鋼管制作，設(shè)兩處隔磁段，長度約200mm。蓋板水腔高度60mm，下板厚度10mm，上板厚度8mm，中心區(qū)采用1Cr18Ni9Ti鋼板；邊緣蓋板采用20g。三塊不銹鋼蓋板之間、蓋板和骨架梁之間保證絕緣。

2.3、異形煙座上口矩形法蘭截面積不小于8m2，連接法蘭為14mm鋼板，異形煙座底部伸出煙罩最遠(yuǎn)處為800mm～1000mm，伸出部分下部做斜面圍板，但不得影響爐門提升。異形煙道材質(zhì)Q235，板厚10mm；煙罩部分煙座、內(nèi)外立板及蓋板材質(zhì)均為Q235，內(nèi)8mm,外6mm；煙罩部分設(shè)置9個絕緣吊掛。

2.4、爐門：電爐共計6個爐門。為水冷打結(jié)料液壓提升式結(jié)構(gòu)，水腔30mm；大爐門250031800mm。爐門材料 內(nèi)8mm,外6mm。

2.5、煙罩圍板為水冷打結(jié)結(jié)構(gòu)，材料為20g，厚度 內(nèi)8mm,外6mm。

3、 排煙系統(tǒng)

3.1 主煙道

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3.1.2 結(jié)構(gòu)：17.5米平臺以下為水冷結(jié)構(gòu)，其余為單層，煙道上端為液壓鐘罩閥；

3.1.3 厚度：水冷煙道內(nèi)側(cè)板δ=8，其余δ=5；

3.1.4直徑（內(nèi)徑）：φ=2600mm；

3.1.5材質(zhì)：Q235

3.2 爐前付煙道

3.2.1 結(jié)構(gòu)形式：集煙罩、付煙道，付煙道在6.0米平面以上適當(dāng)位置接入風(fēng)機(jī)，然后匯入除塵管道；

3.2.2 厚度：集煙罩δ=10，其余δ=5；

3.2.3 材質(zhì)：Q235；

4、短網(wǎng)系統(tǒng)

4.1、短網(wǎng)形式：采用三臺單相變壓器對稱布局，使短網(wǎng)各相阻抗相同，變壓器前端圍墻中心距電爐中心5000mm。

采用三臺單相變壓器，在變壓器下方裝有搗爐機(jī)，為保證搗爐機(jī)空間，變壓器層相對較高，造成短網(wǎng)長度加大；所以變壓器安裝就位后，去掉變壓器下部滾輪，這樣變壓器高度將下降300mm左右，從而達(dá)到減少短網(wǎng)長度的目的。

4.2、結(jié)構(gòu)形式：水冷補(bǔ)償器、短網(wǎng)銅管、水冷電纜、爐內(nèi)銅管、均電環(huán)、鍛造銅瓦、絕緣和吊掛材料等；

4.3、水冷補(bǔ)償器：銅絞線截面積2000mm2，長度800mm，共60根。

4.4、水冷電纜：銅絞線截面積2000mm2，長度2500mm，共60根。水冷電纜及水冷補(bǔ)償器的電流密度1.96A/mm2。

4.5、短網(wǎng)銅管、爐內(nèi)銅管選用φ70310，其電流密度為2.01 A/mm2。 TEL：029-86289031

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4.7、銅瓦：采用致密性良好的鍛造銅瓦，每根電極采用10塊銅瓦,間距30mm，銅瓦高度800mm，厚度85mm； 銅瓦上部與銅管連接處做成魚脊形，保證連接處銅瓦最薄處壁厚不小于20mm。

4.8、材質(zhì)：吊掛材料0Cr18Ni9，吊掛絕緣絕緣夾板3240，其它T2。

5、電極把持系統(tǒng)

5.1、電極選用高級碳素電極，直徑Φ1272mm，單相電極10塊銅瓦。

5.2、把持系統(tǒng)包括把持筒3套、油缸上下支座、波紋管壓力環(huán)3套、底部環(huán)3套、碟簧液壓抱閘6套、不銹鋼水冷上保護(hù)套3套、不銹鋼水冷下保護(hù)套3套兼做壓力環(huán)保護(hù)屏及各種吊桿。

5.3、把持筒內(nèi)徑φ1400mm，板厚12mm，下段不銹鋼部分長度約為2250mm，其余為Q235A材質(zhì)，把持筒底部有錐形筒導(dǎo)向，錐形筒與下把持筒絕緣可靠，長度不小于120mm；上下把持筒連接處安裝絕緣法蘭。

5.4、把持筒上部為支撐平臺，安裝一套碟簧式電極抱閘和電極升降油缸，上抱閘安裝在17.5m平面的承重鋼平臺上。上抱閘采用常開式，下抱閘采用常閉式。上下抱閘閘瓦均為四片結(jié)構(gòu)，硫化橡膠厚度不小于10mm。

5.6、把持筒升降采用液壓控制，單個把持筒安裝兩個升降油缸，安裝方式為活塞式吊缸。升降油缸缸徑約φ290，行程1200mm。

5.5、壓力環(huán)環(huán)體采用不銹鋼整體，選用波紋管式壓力環(huán)。壓力環(huán)底部安裝底部環(huán)，采用T2鑄銅，每個底部環(huán)獨(dú)立水冷，用于保護(hù)壓力環(huán)。 TEL：029-86289031

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6、液壓系統(tǒng)

6.1結(jié)構(gòu)形式：液壓站（含油泵、油箱、蓄能器、系統(tǒng)壓力流量控制閥、冷卻裝置）、電控?fù)Q向閥組、電極升降油缸6個、鐘罩閥油缸2個、爐門升降油缸6個、液壓管線及絕緣材料等；

6.2基本參數(shù)：液壓站原則上安放在17.5米平臺，每臺電爐配一個液壓站；在液壓站和配電操作室都能控制操作液壓系統(tǒng)；電極升降油缸：缸徑φ290mm、行程1200mm、升降速度0.5m/min；鐘罩閥油缸，缸徑φ110，行程800mm；爐門升降油缸采用動滑輪結(jié)構(gòu)，缸徑φ125，行程1700mm。

7、水冷系統(tǒng)

7.1、基本參數(shù)：單臺爐用水量約650t/h，進(jìn)水溫度≧30℃，出水溫度≧50℃，分水器進(jìn)水口表壓≦0.25MPa。

7.2、結(jié)構(gòu)形式：進(jìn)水分配器，進(jìn)水管，通水膠管，回水管，回水槽、分水器控制閥門及管件、水排支撐吊掛等。

7.3、分水器安裝在變壓器層，共分3組分水器，每個分水器均應(yīng)顯示壓力。冷卻水管為DN40的焊管，閥門選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼球閥，軟管為耐壓夾布膠管，主回水管布置在變壓器層下方。要求冷卻水分布合理，管線布置明晰有序，按功能分部分涂不同顏色的油漆，回水管集中回到回水槽，在11.5米操作面上便于觀察，回水槽的水直接回到主回水管；分水器應(yīng)設(shè)置永久性標(biāo)識以便維修和巡查。

7.4、本設(shè)備采用集中供水，初設(shè)為116路冷卻水，業(yè)主主供水管道安裝至分水器所在樓面以上，并提供閥門，其它管道材料及施工均由施工TEL：029-86289031

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