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硅之純 技所長 業之巔 才先行 —— 來自西寧(國家級)經濟技術開發區蹲點報告(二)

來源:     發布時間:2019/5/29 15:57:53      瀏覽:

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“硅是大自然對人類的恩賜,是地殼中僅次于氧的第二豐富的元素。”亞洲硅業(青海)有限公司總經理王體虎說:“而我們的工作就是將純度為2個9(99%)的金屬硅加工成純度為10個9(99.99999999%)的多晶硅。”

這就是誕生在青海高原的亞洲硅業。在產品質量上精誠所至、金石為開,在技術創新中上下求索、推陳出新。

追求硅之純,亞洲硅業披荊斬棘勇開拓,建立中國第一個自主設計的千噸級現代化多晶硅工廠;探索技之長,亞洲硅業劈風斬浪再發力,先后攻克48對棒大型加壓還原爐、第三代還原爐余熱利用等核心關鍵技術。

這里是亞洲硅業,既可在行業方興未艾時積跬步以至千里,又能在山重水復時找到會當凌絕頂之路。

站在行業之巔,亞洲硅業居安思危抓發展,大力推進多晶硅智能制造技術研發,以智能制造促綠色發展。聚天下英才,亞洲硅業凝心聚力齊奮進,金字塔式結構人才梯隊保證技術創新從每個層面發起。

千里之行,亞硅決斷果敢、步履穩健。

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積跬步以至千里

“亞硅自成立以來,經歷了三個發展階段。在2007年起的起步階段,用自我設計的工藝流程,助推行業實現了我國現代化多晶硅制造的從無到有。2011-2012年我們與全行業一起經受了歐美對我國興起的光伏產業整體打壓。2013年后,步入從有到好的發展階段。”王體虎言簡意賅地概括出亞洲硅業的發展歷程。

2006年12月,亞洲硅業在青海省注冊成立并進入設計施工階段。2008年末,亞洲硅業千噸級多晶硅項目順利實現投產并生產出青藏高原第一爐多晶硅產品。亞洲硅業(青海)有限公司總工程師宗冰用最簡潔的語言介紹了多晶硅的誕生過程:“純度為2個9的金屬硅要通過化學過程變成液體即三氯氫硅,通過精餾塔提純后,在還原爐內與氫氣反應,在筷子粗的硅芯上不斷沉積生長為純度10個9的多晶硅硅棒。”

這是人類大規模生產純度最高的材料,具有極高的技術含量,技術長期被國外封鎖。當時,國內普遍采用整體購買生產技術和廠房設計的方式建廠。但亞洲硅業要建的,是中國第一個自主設計的千噸級現代化多晶硅工廠。

為此,在王體虎帶領下,宗冰、肖建忠、鄭連基、尹東林等核心團隊成員全程進行一期工程的設計與施工管理,在行業內率先完成了自主設計的全封閉閉路循環工廠。同時建立起第一代余熱利用系統,余熱利用率達到30%。

宗冰說:“我們是當時唯一一家自主設計的封閉式多晶硅工廠,雖然與當時國外技術相比還存在一定的差距,但卻為我們自主創新奠定了基礎。”

在質量技術部高級經理蔡延國看來,2008年的五分鐘就是一期建設和試車爬坡近兩年努力的縮影。當時正在洗澡的蔡延國聽到身邊的對講機里傳來的現場匯報,一處電極冷卻水管發生異常,急需處理。來不及沖洗,他擦干頭發穿上衣服便沖去現場,邊跑邊用對講機協調檢測人員前往現場。五分鐘的時間里,他從宿舍浴室來到現場,并在現場與王體虎等人共同解決問題。蔡延國說:“那時站著都能睡著,但是對于生產,我們毫不馬虎。”

在一期的基礎上,年產3000噸的二期工程擁有了更多的自主創新。在一期的還原廠房內,原來有多國生產型號不同的還原爐互相“比拼”。但在二期建設中,亞洲硅業順利實現了核心設備24對棒還原爐的國產化,并采用了當時世界上處理能力最大、自主研發的熱氫化爐。

擁有全國產能最大、技術最先進的還原爐,亞硅將余熱利用系統再升級。第二代余熱利用系統,利用溴化鋰機組技術,將還原爐的熱水變成蒸汽供精餾塔使用。升級后,余熱利用效率提高到48%,成為當時最先進的余熱利用系統。

就這樣,在多晶硅行業迅猛發展的時期,亞洲硅業完成了多晶硅制造技術的點滴積累,走過了自主創新的第一程。

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會當水擊三千里

走進亞洲硅業人引以為傲的三期還原廠房,16臺48對棒還原爐宛若巨人分兩列整齊地排列在廠房內。透過小小的視鏡口,芯棒在內部1000攝氏度的高溫下呈現出鮮艷的紅色。隨著還原爐的鐘罩開啟,還原爐的底盤上,銀灰色、整齊排布的48對多晶硅硅棒高高挺立。

這里本該與二期還原廠房一樣,全部采用24對棒還原爐。但是,2011年美國“雙反”調查和2013年歐盟“雙反”調查,讓國內多晶硅行業進入整體低迷期,產品現貨價格低至每噸1.8萬美元,亞洲硅業也停下腳步思索企業的未來。

一期建成,而亞洲硅業每噸產能投資成本僅為60萬元,低于同行業企業40萬元;二期建成,投資成本已低至每噸33萬元。擁有當時最先進工廠的亞洲硅業,即使在低迷期也能夠保持80%的產能利用率。但是,面對市場的當頭棒喝,亞洲硅業決定大跨步技改擴能。

“當時,36對棒還原爐還處在研發和小規模試用階段,但公司卻大膽提出,直接開展48對棒還原爐的研發工作。”站在三期還原廠房,宗冰驕傲地說:“從2015年7月投產到現在,這里依舊是行業內可以大規模穩定投產的最先進的生產線,足見公司決策的高瞻遠矚。”

2007年成立時,亞洲硅業即聘請了國內首屈一指的模擬仿真工程師,并積累了大量的技術基礎。在三期技改擴能的過程中,亞洲硅業采用數字化研發技術,通過計算機進行還原爐設計的模擬仿真。同時,用數字化3D建模技術進行廠房設計,在相同面積的還原廠房內,實現產能從3000噸提升到10000噸,空間利用達到最優化。

在產能提升的同時,投資成本與能源消耗也在大幅減少。亞洲硅業將提純工藝提升改造為熱耦合精餾技術,與傳統精餾提純工藝相比,在處理量相同的情況下可降低能耗約50%。同時,將余熱利用系統進一步提高至第三代,余熱利用率也從48%提高到了83%。

三氯氫硅進入還原爐后,只有部分通過還原反應變成多晶硅,除了沒有反應的三氯氫硅可直接回收使用,大量的四氯化硅、二氯二氫硅和氯化氫等中間產物必須重新轉化為三氯氫硅,再循環利用。為此,亞洲硅業完成了22萬噸三氯氫硅流化床冷氫化技術改造,對中間產物進行重新轉化,相較于二期的熱氫化裝置處理能力更大,電耗更低。

“這樣的技術改造,尤其是還原爐余熱高效利用,帶來了‘神奇效果’。”宗冰笑著說:“一期二期5000噸產能的天然氣總耗量,與三期建成后15000噸產能的耗量相同,電耗也大幅度降低。”

2018年底,亞洲硅業完成了對一期和二期項目的升級改造。先后將12/18對棒還原爐、熱氫化爐全部更換為36對棒還原爐,同時對還原爐冷卻水工藝系統進行優化升級,采用高效的第三代余熱利用系統。

如今,亞洲硅業產能已提升至2萬噸。但他們的擊水之行并未止步,宗冰說:“我們正在探索將中間產物開發成高附加值產品,四氯化硅就是其中的成功案例之一。將物料系統內不到總量1%的四氯化硅再進一步提純后,由管道直接供給一墻之隔的中利光纖,成為光纖預制棒的生產原料。同時進行的還有顆粒硅生產工藝及還原爐改進等技術創新的研發工作。”

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人才驅動決勝千里

隨著國內光伏市場的開拓和發展,多晶硅行業告別寒冬迎來新的春天。在多年的技術改造過程中,亞洲硅業也積累了豐富的技術力量和人才資源。

先后建立國家特聘專家王體虎專家工作站、浙江大學硅材料國家重點實驗室楊德仁院士工作站;累計申請專利242項,獲中國專利優秀獎2項,其中48對棒還原爐項目獲國際領先成果;2018年獲國家知識產權優勢企業稱號、青海省科學技術進步一等獎、青海省人才工作“伯樂獎”,2019年獲“全國五一勞動獎狀”……

這樣的榮譽屬于亞洲硅業,更屬于亞洲硅業人。宗冰說:“亞洲硅業的人才梯隊包括國際領軍人才、工程師和基層技術人員,這構成了金字塔式結構穩固的人才團隊。使得公司的創新既有高層直接發起的大型項目,也有來自工程師和基層技術人員提出的各種技改項目。”

32歲的董海濤2008年來到亞洲硅業,是這里的第一批大學應屆畢業生。10年的努力,他已經從一名操作工成為提純車間工藝主任、工藝設計室主要成員,并參與到了公司的多項技改項目之中。

“在拿到大學畢業證的第二天,我就正式在亞洲硅業報到上班了。”董海濤笑著說:“當時,我為自己定了個小目標:三年內當上班長。但是還不到3個月,我的目標就實現了。隨著生產的開展,我對自己的職業規劃出現了一些迷茫。”

堅信不能在日復一日的生活中虛度光陰的董海濤,給自己制定了多項學習計劃,利用業余時間自學多種制圖軟件、工藝模擬軟件。機會總是留給有準備的人,但董海濤沒想到機會來的如此之快。

2010年5月,正在車間進行生產的董海濤接到一個電話。“你會不會制圖軟件,二期工廠的設計工作正在進行,你能勝任嗎?”面對公司領導的詢問,董海濤堅定地說:“能!”

第二天,他被抽調至二期工廠的設計工作中。而在2013年開始的三期技改擴能項目中,董海濤已經獨立負責精餾裝置的設計工作。此裝置采用的熱耦合精餾技術,前期的工藝計算量極大。回憶起那時攻堅克難的情形,董海濤伸出自己的右手食指說:“長期使用鼠標使得食指疼痛,回到家后只有在閃現設計靈感時,才會打開電腦并工作到深夜。”

董海濤說:“公司給予的發展平臺超出了自己的想象。”而在質量技術部分析中心工段長曹巖德的講述中,則可以看到,員工也為企業帶來了超出預期的技改紅利。

今年,公司用來檢測原料金屬與非金屬元素的設備因為長期使用及相關設計缺陷,發生器運行溫度過高導致中間部分零件脫焊。這是一臺進口設備,返回廠家修理需要費用15萬元。于是,曹巖德找來機修車間的同事一起商量,希望對脫焊點進行重新焊接。他們將設備原有的普通焊接技術改為無鉛焊錫,可承受溫度提升到400℃,遠高于設備運行的220℃,成功避免了脫焊現象的再次發生。

而星盛煜、馮占輝、毛建偉研發的蒸汽凝液回收利用裝置每年可節約生產成本約200萬元。這一設備采用雙級深層過濾,一級為主處理設備,采用鈦燒結濾芯,精度高,可以通過超聲波清洗反復利用。二級為保障處理設備,防止微量鐵的泄漏,采用超微深層過濾。如此,可以有效地去除流體中的懸浮物、微粒、鐵銹等雜物。通過兩級過濾后的蒸汽凝液可直接作為鍋爐上水進行使用。

目前,亞洲硅業已初步形成“行業綠色關鍵點突破+全產線優化集成+標準化引領全面提升”的“綠色制造點線面集成”模式。2018年,通過國家級“綠色工廠”評價。宗冰說:“未來,我們的目標是利用智能制造技術促進綠色發展。進一步提升品質、降低消耗,趕超國際一流競爭對手,為人類提供清潔能源,為我國半導體行業崛起添磚助力!”

原文鏈接:青海日報


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