실리콘 메탈 411을 생산하는 데 필요한 에너지량은 얼마입니까?

태양광 패널 앞을 지나가거나 고급 스마트폰을 들고 있거나 경량 알루미늄 엔진 부품이 장착된 자동차를 운전해 본 적이 있다면 Silicon Metal 411을 사용하여 만든 제품을 사용한 것입니다. 그러나 대부분의 사람들은 원시 암석을 임계 등급의 실리콘으로 바꾸는 것이 에너지를 가장 많이 사용하는 산업 공정 중 하나라는 사실을 깨닫지 못합니다. 지난 10년 동안 이 재료를 다루는 공급업체로서 저는 항상 다음과 같은 질문을 받습니다. "Silicon Metal 411을 만드는 데 얼마나 많은 에너지가 필요합니까?" 이는 단순한 숫자가 아닙니다. 다양한 변수에 따라 달라지지만 대부분의 교과서에서 건너뛰는 실제 분석을 얻었습니다.

먼저 Silicon Metal 411이 실제로 무엇인지에 대해 살펴보겠습니다. 왜냐하면 에너지 요구 사항에 대해 이야기할 때 그것은 절반의 전투이기 때문입니다. 반도체에 사용되는 초고순도 실리콘과 달리우수한 품질의 고순도 실리콘 금속링크, 411은 훨씬 덜 순수하지만) 411 등급은 주로 알루미늄 합금에 사용됩니다. 약 98.5%의 실리콘과 소량의 철, 알루미늄, 칼슘이 포함되어 있으므로 이러한 주요 불순물은 4, 1, 1로 지정됩니다. 야금 분야에서 일하기 때문에 여기에 오신 분이라면 주로 알루미늄 잉곳에 사용되는 553과 같은 다른 일반적인 등급에도 익숙하실 것입니다. 자세한 내용은알루미늄 잉곳 광물 야금용 실리콘 금속 553링크도요. 411의 불순물 수준은 무작위가 아닙니다. 실제로 알루미늄 제련 시 에너지 비용을 낮추기 위해 맞춤화되었습니다. 왜냐하면 이를 용융 알루미늄에 혼합할 때 추가 처리가 필요하지 않기 때문입니다. 하지만 그 재봉은 모든 에너지 마법이 일어나는 용광로에 도착하기 훨씬 전에 시작됩니다.

Silicon Metal 411의 기반은 해변의 규소 모래가 아니라 특정 지역에서 채굴된 주로 SiO2로 만들어진 규암처럼 단단한 결정질 암석입니다. 우리는 광석의 순도가 에너지 사용에도 영향을 미치기 때문에 금속 실리콘이 어디서 나오는지에 대해 종종 이야기합니다.실리콘 금속 원산지자세한 내용은. 그러나 올바른 규암이 있더라도 SiO2를 원소 실리콘으로 바꾸는 것은 탄소열 환원 반응입니다. 즉, 산소를 제거하기 위해 매우 뜨거운 거대 아크로에서 탄소 공급원(석탄, 코크스 또는 우드 칩과 같은)으로 규암을 가열한다는 의미입니다. 이것이 최초의 대규모 에너지 싱크이며 Silicon Metal 411의 전체 에너지 대부분이 사용되는 곳입니다.

숫자를 계산해 보겠습니다. 하지만 전문 용어가 많이 사용되지 않는 실제 내용을 유지하겠다고 약속합니다. 411~553 등급을 만드는 대부분의 1차 실리콘 제련소는 생산된 실리콘 금속 1톤당 11,000~13,000kWh의 전기를 사용합니다. 잠깐만요, 그것은 엄청난 숫자입니다. 1톤의 재료는 미국의 평균 가정에 1년 넘게 전력을 공급하기에 충분합니다(참고로 평균 가정은 연간 약 10,700kWh를 사용합니다). 하지만 문제는 이렇습니다. 그것은 에너지의 총량입니다.어느실리콘 금속 맞죠? 411등급은 거기에 큰 차이는 없지만 불순물 스펙 때문에 약간의 차이가 있습니다.

왜 범위인가? 이는 모두 공정 효율성과 원자재 품질에 달려 있습니다. 규암의 철 또는 알루미늄 함량이 이미 더 높은 경우 나중에 411의 1% 불순물 한계에 도달하기 위해 이러한 원소를 많이 추가할 필요가 없으므로 추가 가열 단계가 줄어듭니다. 일부 제련소에서는 반응의 부산물인 일산화탄소 가스를 낭비하는 대신 포착하고 연소하여 열을 발생시키는 "폐쇄로" 기술을 사용하기도 합니다. 이는 톤당 500~1,000kWh를 줄일 수 있으며, 이는 비용과 탄소 배출량 모두에서 엄청난 양입니다. 반대로, 용광로에 들어가기 전에 더 많은 처리가 필요한 저급 규암을 사용하거나 단열재가 덜한 오래된 용광로를 사용하는 경우 11,000~13,000kWh 범위의 더 높은 수준에 도달할 수 있습니다.

잠깐만요, 전기뿐만 아니라 다른 에너지 입력은 어떻습니까? 많은 사람들은 탄소원(코크스, 석탄)도 에너지라는 사실을 망각하고 있지만, 그 대부분은 전기 에너지가 아닌 공정 연료로 간주됩니다. 모든 에너지에 전기, 전처리, 용광로 작동 및 폐열을 위한 연료를 합산하면 Silicon Metal 411 톤당 약 14,000~16,000kWh가 됩니다. 그러나 공급업체는 실리콘 금속의 에너지 요구 사항에 대해 이야기할 때 거의 항상 전기에 중점을 둡니다. 이는 시설마다 달라지는 큰 변수이기 때문입니다. 411 최종 가격에서 전기요금이 큰 부분을 차지하기 때문에 고객에게 가장 큰 영향을 미치는 부분이기도 합니다.

제가 항상 혼란스러워하는 또 다른 점은 Silicon Metal 411과 다른 등급의 차이입니다. 스테인레스 스틸에 사용되는 고순도 합금 등급인 2202가 있는데, 일반적으로 톤당 12,000-14,000kWh에 가까운 약간 더 많은 에너지를 사용합니다. 더 낮은 불순물 수준을 얻으려면 더 정확한 반응이 필요하기 때문입니다. 앞서 언급한 알루미늄 잉곳 등급인 553은 불순물 한도가 조금 더 넓기 때문에 실제로 톤당 약 10,500~12,000kWh로 가장 낮은 수준입니다. 553의 사양에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다.553 금속 실리콘의 물리적 특성더 자세히 알고 싶다면 링크를 클릭하세요. 하지만 411은 일꾼이기 때문에 저와 같은 공급업체에게는 에너지 수요가 가장 안정적입니다. 왜냐하면 우리가 특정 불순물 요구 사항에 맞는 공정을 완성했기 때문입니다.

이제 에너지 사용에 영향을 미치는 실제 요인에 대해 이야기해 보겠습니다. 이는 단지 페이지에 나오는 숫자가 아니기 때문입니다. 캐나다나 노르웨이처럼 저렴하고 재생 가능한 수력 전력이 있는 곳에서 제련소를 운영한다고 가정해 보겠습니다. Silicon Metal 411의 에너지 비용은 서유럽처럼 전기 비용이 많이 드는 지역의 제련소보다 훨씬 저렴합니다. 그러나 그럼에도 불구하고 핵심 에너지 요구 사항은 그다지 많이 변하지 않습니다. 여전히 동일한 반응이므로 전력이 더 저렴하다고 해서 10,000kWh에서 15,000kWh로 갈 수는 없습니다. 변화하는 것은 공급업체가 해당 에너지를 최적화하는 방법입니다. 우리 중 많은 사람들(나 자신 포함)은 더 효율적인 용광로로 전환하고, 폐열 회수 시스템을 추가하고, 심지어 재활용된 실리콘 스크랩을 사용하여 총 생산 에너지를 줄이고 있습니다. 잠깐만요, 올바르게 재활용된 실리콘 금속은 원시 규암을 녹일 필요가 없기 때문에 1차 생산에 필요한 에너지의 10-15%와 같이 훨씬 적은 에너지를 사용합니다. 그러나 재활용 스크랩은 불순물 수준이 다양할 수 있기 때문에 411 등급은 대부분 1차 등급입니다. 따라서 대부분의 공급업체는 알루미늄 제련소의 일관성을 유지하기 위해 해당 등급에 1차 등급만을 사용합니다.

제가 받는 또 다른 일반적인 질문: Silicon Metal 411의 에너지 사용량이 다른 금속에 비해 왜 그렇게 높은가요? 사람들이 역시 에너지가 많이 든다고 생각하는 알루미늄과 비교해 보겠습니다. 알루미늄은 1톤당 약 15,000kWh 정도 소모하는데요? 잠깐, 그것은 1차 실리콘과 거의 동일합니다. 하지만 실리콘 금속의 공정은 규암에서 매우 강한 화학 결합을 깨뜨리기 때문에 재료 단위당 훨씬 더 에너지 집약적입니다. SiO2의 Si-O 결합은 자연에서 가장 강한 결합 중 하나이므로 이를 분리하려면 엄청난 양의 열이 필요합니다. 이것이 바로 금속 실리콘용 아크로가 제련소에서 얻는 용융 알루미늄보다 훨씬 더 높은 약 2,000°C의 초고온에서 작동하는 이유입니다. 그것은 단지 임의의 높은 숫자가 아닙니다. 그것은 화학에 의해 요구됩니다.

이제 실제로 Silicon Metal 411을 사용하는 사람들에게 가장 중요한 부분인 이 에너지 요구 사항이 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.당신의사업? 금속 주조 회사이거나 알루미늄 생산업체인 경우 411 등급의 에너지 사용은 비용과 직접적인 관련이 있습니다. 에너지 가격이 오르면 Silicon Metal 411의 가격도 오르는데, 이는 나와 같은 공급업체에게 가장 큰 단일 투입 비용이기 때문입니다. 그렇기 때문에 우리는 보다 효율적인 용광로 사용, 청정 전력 공급, 폐기물 감소를 위한 원자재 혼합 최적화 등 에너지 사용을 줄이는 방법을 항상 연구하고 있습니다. 예를 들어, 일부 공급업체는 용광로에 탄소 포집 시스템을 추가하여 배출을 줄이고 일부 부산물을 재사용하여 추가 연료의 필요성을 줄입니다. 우리는 지난 2년 동안 우리 시설에서 소규모 폐열 회수를 테스트해 왔으며 411 톤당 에너지 사용량을 약 8% 절감했습니다. 특히 한 달에 수천 톤을 생산하는 경우에는 작은 승리가 아닙니다.

잠시만요. 하지만 명확히 해야겠습니다. Silicon Metal 411에는 "일률적인" 에너지 수치가 없습니다. 매우 효율적인 폐쇄형 용광로의 경우 톤당 10,800kWh만큼 낮은 수치를 보았고, 오래되고 덜 최적화된 용광로의 경우 13,500kWh만큼 높은 수치를 보았습니다. 전기 에너지만 이야기한다면 업계 평균은 톤당 약 12,000kWh입니다. 다른 모든 에너지 투입량(전처리용 연료, 원자재 운송 등)을 포함하면 톤당 약 14,500kWh로 증가합니다. 그러나 새로운 기술이 등장하고 전력망이 더 깨끗해짐에 따라 그 평균은 매년 변화합니다. 몇 년 전만 해도 평균 전력량이 13,000kWh였기 때문에 점점 나아지고 있습니다.

또한 일반적인 신화를 깨뜨려 보겠습니다. 일부 사람들은 고순도 실리콘이 411보다 훨씬 더 많은 에너지를 사용한다고 생각합니다. 이는 사실이지만 생각만큼 많지는 않습니다. 반도체용 고순도 실리콘우수한 품질의 고순도 실리콘 금속, 훨씬 더 많은 총 에너지를 사용하지만 먼저 411 또는 2202 등급을 만든 후에만 가능합니다. 정제 공정(Siemens 공정과 같은 방법 사용)은 톤당 100,000kWh 이상 추가됩니다. 왜냐하면 모든 불순물을 제거하기 위해 실리콘을 계속해서 녹이고 재결정화해야 하기 때문입니다. 하지만 그것은 411 이후이기 때문에 우리가 말하는 411 생산 에너지에 포함되지 않습니다.

그렇다면 Silicon Metal 411 시장에 있다면 이것이 무엇을 의미합니까? 첫째, 공급업체에 에너지 효율성에 대해 문의하는 것이 좋습니다. 오래되고 단열되지 않은 용광로를 운영하는 공급업체는 전체 비용이 더 높을 것이며, 이는 귀하에게 전가될 수 있으며 탄소 배출량도 더 커집니다. 파트너를 찾고 있다면 프로세스 효율성(예: 폐쇄형 용광로 사용, 폐열 회수, 최적화된 원자재 소싱 등)을 우선시하는 사람이 더 일관된 411 등급을 제공할 뿐만 아니라 더 적은 에너지를 낭비하므로 더 나은 가격을 제공할 것입니다. 또한 필요한 정확한 등급을 얻고 있는지 확인하십시오. 필요한 것보다 더 높은 순도 등급에 대해 비용을 지불하지 마십시오. 그렇게 하면 가격에 더 높은 에너지 비용이 포함되기 때문입니다.

결국 Silicon Metal 411은 수많은 산업 분야에서 중요한 소재이며, 에너지 요구 사항은 그 이야기의 큰 부분을 차지합니다. 공급업체로서 저는 항상 품질, 비용, 에너지 사용의 균형을 맞추는 데 중점을 두고 있습니다. 그것이 고객이 필요로 하는 것이기 때문입니다. 소규모 금속 제조업체이든 대규모 알루미늄 생산업체이든 411을 만드는 데 에너지가 어떻게 사용되는지 이해하면 보다 현명한 구매 결정을 내리는 데 도움이 됩니다. 411 등급이나 553과 같은 기타 실리콘 금속 제품에 대해 자세히 알아보려면 다음 링크를 확인하세요.3303 등급 실리콘 금속 합금 산업또는 앞서 언급한 것, 또는 귀하의 구체적인 요구 사항에 대해 이야기하기 위해 당사에 연락하십시오.

주저하지 말고 당사 팀에 연락하여 Silicon Metal 411 요구 사항에 대해 논의하고, 생산 공정에 대한 질문에 답변하거나, 프로젝트 요구 사항에 맞는 맞춤형 견적을 받으세요.

참고자료:

1. 국제에너지기구. (2022). 산업 금속 생산의 에너지 집약도.
2. 실리콘금속공업협회. (2023). 상업용 실리콘 등급의 등급 사양 및 공정 효율성.
3. 미국 에너지부. (2021). 금속 생산 시 에너지 절감을 위한 첨단 산업용로 기술.
4. 유럽 ​​알루미늄 협회. (2022). 알루미늄 합금화 및 에너지 영향에 있어 실리콘 금속의 역할.