由于工业硅的广泛应用以及工业硅冶炼过程的高能耗,针对工业硅的冶炼工艺进行研究以提高工业硅的质量和降低生产耗能是十分必要的。本文分三部分对工业硅生产过程进行节能模拟,以期达到对工业硅生产节能操作提供有意义的指导。第一部分利用热力学计算软件,基于吉布斯最小自由能法,建立工业硅生产过程的热力学模型。研究在传统碳热还原法的物料中加入SiC对工业硅生产的影响以及不同还原剂替代碳质还原剂的可能性,还分析了温度及压强对工业硅生产的影响。模拟结果表明：在原始物料内加入碳化硅后生成的硅明显增多,化学反应的反应速度加快。通过对不同物料配比时对应生成硅的量分析,确定了最佳物料配比；用CH4和CO以及H2代替碳做还原剂时,只有CH4会生成微量的硅；研究压强、温度对工业硅生产的影响时,发现随着压力的增大硅产出率减小,而随着温度的增大生成物硅的产出率也随之增大。第二部分利用有限元计算软件对等离子电弧的二维轴对称磁流体动力学模型进行了求解,分析了电弧的物理形态及其传热机理,研究不同电流值及电弧弧长对电弧形态的影响。并将数值模拟结果与已发表文献的实验数据进行了对比。通过对电弧形态的了解,研究电弧向阳极表面传热效率的影响因素,模拟结果表明：对比不同电流、弧长条件下,电弧向熔池表面传热的效率的大小,发现在弧长越长时,向熔池表面传热的效率越低,电流越大,向熔池表面传热的效率越高。以此模拟结果为基础,据工业硅冶炼原理,确定工业硅的生产宜采用长电弧低电流高电压的冶炼模式。第三部分利用有限元软件COMSOL4.3a,对工业硅出硅过程的三维模型进行了求解,分析不同因素对工业硅出硅过程的影响,这些因素包括炉内压力、液态硅累积高度、炉底死料孔隙率,其中将第二部分电弧压力的模拟结果作为炉内压力。模拟结果表明：随着给定压力的越大,出硅速率越高。增加金属高度亦会提高出硅速率,但变化微小,而低孔隙率也造成了出硅速率的下降,对比三者的影响,压力对出硅速率的影响最大,金属高度和底部死料孔隙率的影响相对较小。