Способ выплавки кремния

 

Использование: металлургия, производство кремния в электропечах. Сущность изобретения: загрузка и проплавление шихты, состоящей из рудной и восстановительной части, в ванну печи, выполненной в виде усеченного конуса большим основанием вверх.

В качестве восстановительной части шихты используют смесь углеродистых восстановителей при следующем соотношении, масс.%: древесный уголь 25-35; каменный уголь 20-25; нефтяной кокс 30-40; древесная щепа 10-15. Угол наклона образующей усеченного конуса у вертикальной оси составляет 5-12 градусов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к производству кремния в электропечах.

В настоящее время кремний получают путем высокотемпературного восстановления кремнез ма с помощью углеродистых восстановителей в дуговых руднотермических электропечах, профиль ванны которой имеет цилиндрическую форму. В составе восстановительной композиции применяют древесный и каменный угли, нефтяной кокс и древесную щепу при следующем соотношении углерода восстановителей, мас.

древесный уголь 25-35, каменный уголь 40-50, нефтяной кокс 10-15, древесная щепа 10-15, (Варюшенков А.М. Исаева Е.П. Иванов В.П. Салтыков А.М. Новые углеродистые материалы для производства кремния. В сб. "Повышение эффективности производства и качества полуфабрикатов из алюминия, кремния и их сплавов." Л. ВАМИ, 1984 г. с. 84 88).

Недостатком данного способа является то, что при данном соотношении компонентов восстановительной композиции основная масса оксидов элементов, лимитирующих качество кремния (железо, алюминий), вносятся каменным углем. Повысить качество кремния без изменения реакционной способности восстановительной композиции за счет изменения соотношения углерода компонентов можно только за счет уменьшения количества каменного угля до 20 - 25 и увеличения доли нефтяного кокса до 30 40 Однако на практике этого сделать не удается из-за повышенной электропроводности восстановительной смеси (увеличение доли нефтяного кокса снижает общее сопротивление шихты) на участке электрод-угольная футеровка ванны печи: уменьшается заглубление электродов в ванну и резко падает производительность и качество кремния.

Увеличить расстояние от электрода до угольной футеровки можно за счет увеличения диаметра ванны печи, но это снижает теплонапряж нность на подине, что также ведет к снижению показателей работы печи уменьшению производительности и качества кремния.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества кремния, и производительности печи.

Поставленная цель достигается тем, что увеличивается доля углерода нефтяного кокса в восстановительной композиции до 30 40 за счет снижения доли каменного угля.

Отрицательное влияние проводящего промежутка электрод-угольная футеровка стен ванны ликвидируется тем, что увеличивается расстояние от электрода до футеровки стен ванны за счет выполнения профиля футеровки ванны в виде усеченного конуса большим основанием вверх. Размер подины, а следовательно, тепловые условия процесса остаются прежними, а общее увеличение объема ванны ведет к повышению производительности печи за счет более полного использования тепла отходящих газов, идущих на нагрев дополнительной шихты.

Выплавка кремния с повышенным содержанием доли углерода нефтяного кокса в восстановительной композиции в пределах 30 40 в ванне печи, имеющей профиль футеровки стен в виде усеченного конуса обуславливает новизну заявленного технического решения и отвечает критерию "существенное отличие".

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

В лабораторной печи мощностью 200 кВт, выплавляющей кремний, исследовалась зависимость качества кремния и производительности печи от доли нефтяного кокса в восстановительной композиции и угла наклона образующей конуса футеровки стен ванны печи.

Результаты исследований приведены в таблице и могут быть адаптированы на руднотермическую печь любой мощности.

Исследования показали, что при увеличении содержания углерода нефтяного кокса в восстановительной композиции до 15 30 ведет к незначительному повышению качества кремния (примеры шихт 8 10, 13 14, 17 19, 22 24), но при цилиндрической форме футеровки стен ванны приводит к снижению производительности.

Увеличение доли углерода нефтяного кокса более 40 несмотря на повышение качества кремния во всех случаях ведет к снижению производительности печи.

Производительность печи увеличивается при коническом выполнении футеровки стен при угле наклона образующей конуса 5 12 градусов.

Увеличение угла наклона более 12 градусов ведет к снижению качества кремния и производительности печи.

Оптимальным нужно считать содержание углерода нефтяного кокса в восстановительной композиции 30 40 и угла наклона образующей конуса футеровки стен ванны печи к вертикальной оси в пределах б 12 градусов. Ожидаемый экономический эффект составляет около 26 тысяч рублей на 1 тонну кремния.

Формула изобретения

1. Способ выплавки кремния, включающий загрузку и проплавление шихты, состоящей из рудной и восстановительной части, в ванну печи, выполненной в виде усеченного конуса большим основанием вверх, отличающийся тем, что в качестве восстановительной части шихты используют смесь углеродистых восстановителей при следующем соотношении доли углерода, вносимого восстановителями, мас.

Древесный уголь 25-35 Каменный уголь 20-25 Нефтяной кокс 30-40 Древесная щепа 10-15 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол наклона образующей усеченного конуса у вертикальной оси составляет 5-12^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2