引言

工业硅是指以含二氧化硅为主的硅矿石和碳质还原剂等为原料，在矿热炉内经高温熔炼而得到的产品，伴随国家对工业硅烟气处理相关政策的出台，我国工业硅企业相继配套建设烟气脱硫系统，现阶段工业硅矿热炉烟气处理系统虽然能够实现除尘和脱硫效果，但仍存在工艺设备复杂不利于系统稳定运行的问题，以及无法实现对排放烟气中的NOx排放的控制而造成大气污染。因此，如何找出工业硅先进的冶炼技术是关键问题，也是对环境保护的重要措施。

1.工业硅冶炼中烟气脱硫技术的现状

近年来，随着我国工业的不断发展，在我国许多工厂的生产过程中都配套了烟气脱硫工艺，使工厂所在区域的大气污染得到了不同程度的改善。而不同地区不同工厂中的烟气脱硫技术也有所不同，最常用的是湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫以及半干法烟气脱硫。我国工业硅冶炼烟气脱硫技术起步较晚，工业硅工厂大多于2018年开始投入烟气脱硫建设，致使我国工业硅冶炼烟气治理过程因选择的工业、装备等条件不同，导致脱硫效率各不相同、烟气净化不理想等问题。现阶段下我国工业硅冶炼烟气主要以湿法脱硫技术为主，湿法脱硫包含石灰石/石灰—石膏法、双碱法、钠碱法等，其中石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术是当前工业硅冶炼应用范围最广的烟气脱硫技术之一^[1]。

2.工业硅的冶炼技术

2.1电渣熔铸技术

电渣熔体因其组织致密、纯度高、成分均一，可用于高综合性能的毛坯制作。美国、德国、瑞典等国家的电渣重熔设备和技术较为成熟，在航空航天、军工、核电等领域得到了广泛应用。在热平衡计算、渣系开发等理论中，国内已有许多原创性研究，将电渣熔铸技术应用于工业硅的生产，其杂质元素含量低、组织致密、材料利用率高，使其塑韧性、抗疲劳、抗空化等性能得到明显改善。以电渣连铸、可控气氛及液态电渣浇注为代表的电渣重熔冶金新技术，与工业硅冶炼过程密切融合，具有广泛的应用前景。

2.2消失模铸造技术

消失模铸造技术以其近无余量、精确成形等特点，在形状复杂的管状、箱体和缸体类等得到广泛应用，多用于耐磨、耐热和耐腐蚀等工业硅的生产。在此基础上，提出了一种适用于熔融状态下熔融金属液体与泡沫模具之间的气体扩散、传热、熔融的数学模型，为充型凝固提供了理论依据。为了解决冶炼过程中的碳化问题，在降低泡沫模型中碳含量的同时，也逐渐普及使用了一些新的消失模铸造技术，如富氧燃烧技术、负压燃烧空壳铸造、排碳法以及无膜密封。由于对中大型化、高综合性能的工业硅产品需求的日益增长，使得该技术进入了高速发展阶段，并将在先进工艺、新型泡沫模具材料、材料组分设计、合成涂层、废气环保净化及智能制造等领域开展深入研究^[2]。

3.工业硅施工工艺

3.1优选收尘布袋的质量

在整个收尘布袋室内，布袋质量不仅直接影响了烟气中的粉尘收集效果，而且直接决定了布袋的使用寿命，也是整个工业硅生产工艺烟气治理最关键的环节。若在运行过程出现破损现象，将直接导致粉尘进入脱硫系统，从而引起脱硫后烟气粉尘含量高，故在选择布袋时，应选择耐高温、抗断裂、抗撕破等质量较好的布袋，以提高布袋的使用寿命。

3.2做好防腐材料选择和替换

虽然我国大部分工业硅工厂已投入使用脱硫系统，但运行一段时间会出现因防腐质量差而引起侵蚀现象。故在检修期间，检查防腐材料是否出现侵蚀现象或已出现侵蚀需进行检修时，应结合生产实际和脱硫情况选择适宜的防腐材料；同时对于新建脱硫系统工厂，应重点考虑耐酸碱、防腐性能好的材料，以保障其使用寿命。

3.3高温摄像头成像技术的广泛应用

工业硅的冶炼实现集中操作，有很大部分是依托跟踪技术。主要实现手段为摄像跟踪、视频远传、人工判断、一键操作。利用能够适应工况条件的各类检测仪表代替人眼，结合操作员工经验判断和各生产数据的连锁完成独立工序的智能化控制。矿热炉烟罩内的高温环境是人工肉眼经验判断的主要区域，通过观察炉口处火焰、料面情况，电极外露段状态，炉内刺火现象，烟气流动情况等判断应该进行的炉口操作。耐高温高清摄像头的发展为矿热炉炉内真实信息的实时外传提供了基础。这种摄像头为针孔式，摄像头本体有保护罩，外围有清洁装置。有鱼眼、强光抑制、广角等功能，清晰成像效果有保证。目前在RH炉炉盖顶部和转炉外部的应用效果良好。能适应RH炉精炼过程炉内的高温、高尘、高烟状态^[3]。

3.4脱硫方案选择

脱硫原理。来自工业硅矿热炉烟管出口的高温烟气首先进入余热回收系统回收利用后，并设置余热锅炉故障状态时的空冷器旁路系统，然后经布袋除尘，收集微硅粉回收利用。再进入脱硫塔装置，进入干法脱硫反应区后，脱硫剂在脱硫塔内受热激活，与烟气中的ＳＯ２等酸性物质发生化学反应，ＳＯ２被吸收净化。喷射采用ＳＤＳ喷射系统，采用压缩空气将ＮａＨＣＯ３粉末输送至脱硫塔，与烟气混合喷射系统采用特制的喷管设计。为了使吸收剂与烟气能充分的混合均匀，吸收剂采用多点喷射的方式，喷入的颗粒对烟气要有较大的相对流速，夹带小苏打粉末的空气经分配器等分成多路喷入烟气系统。粉末以一定的相对流速喷入烟气中，使得喷入的颗粒分布均匀。（2）主要性能指标。脱硫塔为脱硫剂与烟气提供充足反应空间，形成合理的流场以确保脱硫剂与烟气充分混合和接触，并提供充分的反应区域，保证脱硫剂在脱硫塔内有足够的滞留时间。

4.工业硅矿热炉自动化控制发展方向

基于以上工业硅生产线智能化配置的初步方案，未来工业硅矿热炉智能化控制系统仍需进一步完善独立工序内完整的、科学的模型控制系统。如:(1)炉料方面。采用图像识别技术，对料面在径向方向上的分布形状进行仿真，更真实地反应实际布料效果。建立矿热炉炉口料面跟踪模型，炉料粒径检测模型，真正实现自动地补加料、修正料比、调整供料周期、加料、捣炉及拨料。(2)炉型方面。根据智能控制数据模拟生产关键工艺参数建立冶炼过程仿真模型，动态模拟展示炉内物料变化过程、热流变化过程和能源变化过程，为炉况判断，上下工序联动、联产操作提供可靠的直观指导。(3)流程方面。以炉料、炉型的智能化控制为基础，将生产线原料系统、炉前浇铸工艺、环保系统、余热利用系统及其他公辅设施的智能化控制系统全线整合，同时强化模型间的通讯控制系统设计。最终建立工业硅生产线全流程的动态化、智能化冶炼模型和专家系统。

结束语

我国硅资源极其匮乏，随着我国对海外硅金属的开发，实现硅金属资源的高效回收利用有重要意义。熔炼方面，在保证金属回收率的前提下，综合考虑原料适应性、投资运营成本、工艺成熟度、规模效益等方面的影响，科学合理选择冶炼工艺技术，使工业硅冶炼技术更进一步，为生态环境保护提供重要技术支持。

参考文献：

[1] 左鹏.工业硅电炉烟气脱硫方案的选取[J].冶金动力，2019（03）.

[2] 王忠顺，吕钧，乐绍明.工业硅冶炼烟气脱硫生产实践[J].有色冶金节能，2021,37（04）.

[3]刘斌.烟气脱硫技术的发展现状与趋势[J].施工技术，2014，4（25）.