浅析碳化硅冶炼尾气回收处理关键技术

王力绅

摘 要：随着科学技术的不断进步，我国碳化硅冶炼生产工艺和技术装备得到了突飞猛进的发展，碳化硅因其特有优势被广泛应用于电热元件、高级耐火材料、炼钢脱氧剂等产品中，具有较高的导热系数、较好的耐磨性能以及稳定的化学性能等特点，常被用作高质量的工业原材料或化学产品。在碳化硅冶炼过程中，会产生CO，SO2及CO2等废气，这不仅会危害职工的身体健康，而且会造成严重的环境污染。文章简要介绍了碳化硅冶炼尾气回收处理的重要性，重点分析了碳化硅冶炼尾气回收处理的难点及关键技术，以期提供借鉴和参考。

关键词：碳化硅冶炼;尾气回收;关键技术

现如今，大部分冶炼企业在处理碳化硅冶炼尾气时，都是在炉表面点燃CO，将有毒的CO转化为无毒的CO2进行无组织排放。出炉时，采用喷淋装置进行喷水降温、降尘，但由于喷水量和操作不当，降尘效果有限且不稳定。环保形势日益严峻，应用尾气处理装置能够实现将碳化硅冶炼尾气无组织排放变为有组织达标排放，落实污染防治措施，满足企业环保生产要求。

1    碳化硅冶炼尾气回收处理的背景

碳化硅冶炼生产的尾气回收和处理，一直是国内外重点关注的技术难题，通过多年的科学研究，目前，国外已经实现了尾气回收和资源化利用，主要用于发电。在生产过程中，碳化硅冶炼主要产生CO，SO2，CO2、烟尘、氮氧化物等有害物质，如果无组织排放，会对生态环境造成一定的污染，同时，影响企业职工的身体健康。

采用普通的除尘器处理烟尘即可，但是对尾气中CO的处理，目前，国内还没有成熟、可靠的方法。在碳化硅冶炼过程中，碳化硅结晶物与CO气体的质量比可以达到1∶1.4，而CO是一种有毒气体，如果不及时处理掉，就会引起车间内CO浓度升高，威胁操作人员的身体健康。另外，CO具有可燃性，受碳化硅冶炼过程中炉内高温的影响，如果不及时进行有效处理，就会存在燃气爆炸的危险。随着环保相关法律法规的不断完善，企业的环保意识不断增强，为落实污染防治措施，确保冶炼炉废气污染物有组织达标排放，对传统的冶炼车间冶炼尾气回收处理的改造工作势在必行。

2    碳化硅冶炼尾气回收处理的难点

欧美国家主要采用的炉型为山型炉和U型炉，我国的碳化硅冶炼、加工、制造以直型炉为主。在碳化硅冶炼生产的尾气回收和处理方面普遍采用直接点燃尾气法，这会使生产车间内温度过快升高，而且车间内的CO浓度得不到有效降低。在碳化硅冶炼尾气回收处理过程中，受技术水平的限制，仍存在众多技术难点，具体如下：

（1）尾气回收危险性高。化硅冶炼过程中会生成CO，属于有毒、易爆炸的气体，在回收过程中容易发生人员中毒和CO爆炸的危险。常温下，CO与空气混合的爆炸极限为 12.5%～74%，爆炸范围较宽，不安全系数较高。由于炉气中混有油焦的挥发份（碳氢化合物），回收时，炉内气体的温度高于室温，可能导致炉气的爆炸极限发生变化，危险系数进一步提高。

（2）事故处理难度较大。喷炉是碳化硅冶炼的正常现象，喷炉事故发生时往往没有前兆，很难预测，在不回收炉气的情况下发生喷炉，采取的措施是立即停止送电，用抓斗压料后送电冶炼;在回收炉气的情况下，喷出的炙热炉料很可能将炉罩烧穿，空气可能进入炉罩内，有发生爆炸的危险。炉罩的存在使压炉的可行性和及时性得不到保证。

（3）应急方案难以实施。应用新工艺发生事故时，应急系统应在甚至不到1 s时间内快速作出反应，且可靠性要求较高，防止事故造成重大损失。

3    碳化硅冶炼尾气回收处理关键技术

3.1  安全集气措施

在碳化硅冶炼过程中，炉内的温度很高，伴生气体又具有可燃、可爆的特点，再加上碳化硅冶炼过程中又可能发生喷炉事故，因而在集气过程中需要特别注意防范燃气爆炸。想要实现安全集气，需要注意以下几个方面：

（1）控制炉内温度。研究表明，CO，CH4和H2的燃爆极限与温度成直线关系，系统温度升高，燃气爆炸下限值变低、上限值变高，使燃爆极限范围扩大，燃气爆炸危险性提高。在生产过程中，可以通过加快集气罩内热风与外界冷风的换热速率来实现降温，缩小燃气爆炸的温度范围。

（2）控制可燃气体浓度。可燃物质与空气或氧气必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸。控制气体收集速度，使集气罩内的可燃气体浓度降至爆炸极限以下，可有效避免尾气发生爆炸事故，减少企业经济损失。

（3）降低喷炉发生率。研究和生產经验说明，降低送电功率可以有效降低喷炉事故发生。在生产过程中，应加强对操作人员的技能培训，合理控制冶炼送电功率，同时，在发生喷炉事故时，应立即停炉，并停止收集尾气。

3.2  集气罩结构和材料的选择

集气罩是直型炉尾气点燃后，再收集处理系统中的核心部件，在集气罩的结构和材料的选择方面，应全面考虑碳化硅冶炼的特点以及尾气处理的功能要求。

（1）结构方面：集气罩应结构稳、定可靠，最重要的是不得影响车间的工艺布局，并尽可能地降低对生产上的影响。在制作集气罩时，应充分结合冶炼车间的厂房布局情况，保证集气罩结构上的稳定性和使用上的安全性。

（2）材料方面：应考虑碳化硅冶炼过程中温度高、气体具有腐蚀性的特点，在保证材料可靠性的基础上，综合考虑经济因素，尽可能地避免出现“一炉一换”的现象。

4    结语

综上所述，在碳化硅冶炼尾气回收处理过程中，不仅要注意对集气的安全管控，而且要充分考虑集气罩的结构和材料选择，采取科学、有效的尾气回收处理方法，改变现有国内碳化硅企业仅将尾气在炉料表面点燃而不进行后处理的粗放式生产，使回收的尾气得到充分利用，减轻企业的环保压力，减少环境污染，保障职员的人身健康。

[参考文献]

[1]刘亮;赵新力.碳化硅冶炼尾气回收处理方法的探讨[J].建筑工程技术与设计，2017（22）：14-16.

[2]程坚平.管式炉加热红外吸收测定脱氧剂中碳化硅及游离碳[J].冶金分析，2007（8）：11-14.