способ плавки кристаллического кремния или высококремнистых сортов ферросилиция во вращающихся руднотермических электропечах

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЛАВКИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ИЛИ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ СОРТОВ ФЕРРОСИЛИЦИЯ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ, включающий дозирование, загрузку и непрерывное проплавление шихты из кварцита, нефтяного кокса, древесного и каменного углей и древесной щепы, выпуск продукта, отличающийся тем, что кварцит перед введением в шихту делят на две части, после чего одну часть смешивают с равным объемом древесной щепы и загружают со сбегающей стороны электрода, другую часть с нефтяным коксом, древесным и каменным углями, щепой и загружают поверх первой части со стороны набегающей части электрода, при этом восстановители, смешиваемые с второй частью шихты, берут в количестве, необходимом для восстановления всего кварцита из обеих частей навески.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первую часть навески кварцита берут его 25 50 мас. и во вторую часть 50 75 мас. от количества кварцита, подаваемого на плавку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве кристаллического кремния в цветной и высококремнистых ферросплавов в черной металлургии.

Кремний и высококремнистые ферросплавы находят все большее применение в технике. Без их использования невозможно современное производство полупроводников, силуминов и кремнийорганических соединений, силикокальция и других крайне необходимых материалов. Поэтому кремний и его сплавы важнейшая основа технического прогресса в авиации, моторостроении, электронной и электротехнической промышленности, металлургии и других отраслях народного хозяйства. Однако современное производство кремния и сплавов с высоким его содержанием сопровождается очень большими его потерями.

Наиболее близким к заявляемому является способ производства, в котором шихта перед загрузкой на колошник печи смешивается с рыхлителем, например щепой или лигнином, а плавка осуществляется в печах с вращением ванны вокруг вертикальной оси (см. например М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин. Теория и технология производства ферросплавов. М. Металлургия, 1988, с.108). При таком способе плавки газы распределяются по шихте более равномерно, а ее спекание в верхних горизонтах печи уменьшается. Это создает возможность выплавки кремния и высококремнистых сплавов в мощных электропечах, часть дефицитного восстановителя древесного угля заменить нефтяным коксом и каменным углем.

Однако и при подобном способе плавки избежать замедленного схода шихты в среднетемпературной зоне не удается. Это приводит к тому, что углерод шихты реагирует с кварцитом по схеме SiO_2т__ SiO_газ+1/2O₂ (1) C+1/2O₂__ CO (2) SiO_газ+2C __ SiC_т+CO (3)

В результате значительная часть углерода шихты расходуется в среднетемпературной зоне на образование карбида, что уменьшает возможность улавливания SiO_газ, отходящего из высокотемпературной зоны печи и является главной причиной понижения извлечения кремния и образования при плавке этих сплавов огромного количества (до 1100 кг на 1 т кремния) технологической пыли.

Задачей изобретения является повышение извлечения кремния за счет более быстрого схода части кварцита в горн печи.

Поставленные цели достигаются тем, что с восстановителем и рыхлителем смешивается и загружается на колошник только часть кварцита. Другая часть кварцита смешивается с рыхлителем в соотношении 1:1 по объему и загружается порциями к электродам со стороны сбегающей их части.

При таком способе загрузки шихты кварцит через зазор, образующийся между электродом и сбегающей частью шихты, непосредственно из низкотемпературной колошниковой зоны попадает в горновую высокотемпературную зону печи. В результате реакция (1) развивается только с участием той части кварцита, которая загружается на колошник с обычной шихтой и углерод бесполезно по реакциям (2) и (3) не расходуется. Это увеличивает количество углерода, который может улавливать SiO_газ, остающегося от реакции (4) разрушения карбида SiO_газ + SiC_т 2Si_ж + CO (4) происходящей в горне печи. При температуре 2200 К, как известно, в равновесии с кремнием по реакции (4) находится газовая фаза, содержащая 50% SiO_газ. Поэтому даже небольшое уменьшение развития реакций (1) (3) увеличивает как количество монооксида, образующегося в горне и участвующего в реакции (4), так и степень его улавливания в зоне колошника. Это уменьшает спекание колошника и вынос пыли и увеличивает извлечение кремния.

На поверхности кварцита естественно может происходить конденсация SiO_газ. Это может привести к его спеканию. Введение кварцита в смеси со щепой, не препятствуя конденсации SiO_газ, уменьшает спекание кварцита и улучшает условия его схода в горн печи. Однако добавка рыхлителя не может быть большой, так как при этом падает насыпной вес смеси и скорость схода кварцита. Поэтому объем рыхлителя в этой части шихты примерно равен объему кварцита. При этом основная часть рыхлителя заполняет полости между кусками кварцита мало изменяя и насыпной вес смеси, и скорость ее схода.

Извлечение кремния в металл в предлагаемом способе плавки повышается и вследствие увеличения рыхлости основной шихты. В результате растет ее газопроницаемость, уменьшается спекание и улучшается улавливание SiO_газ.

П р и м е р 1. Для оценки возможных показателей плавки кремния для реальных условий плавки (Т 2200 К; SiO_равн 50%) построили физико-химические модели, в которых предлагаемым способом загружалось в горн печи 0, 25 и 50% кварцита соответственно. В результате моделирования получили следующие показатели плавки.

Как видно из приведенных данных загрузка кварцита порциями со сбегающей стороны в количестве 25-50% от его расхода на плавку позволяет на 8-16,5% повысить извлечение кремния, уменьшить расход кварцита и более чем в 1,5-2 раза уменьшить вынос пыли.

П р и м е р 2. В условиях промышленной плавки в печи 16,5-25 МВА способ реализуется следующим образом. Шихта для плавки загружается колошами из расчета 300 кг кварцита. Она состоит из кварцита, древесного и каменного углей, нефтяного кокса и щепы, при этом расход восстановителя в 2 раза превышает стехиометрический. Колоша другой шихты состоит из 300 кг кварцита и равного его объему объема щепы. Загрузка шихты осуществляется следующим образом. Включается механизм вращения печи. Затем сначала со сбегающей стороны электрода загружается конусом к электроду тяжелая колоша, после чего поверх нее и с набегающей части электрода загружается колоша из кварцита, смеси восстановителей и щепы. В дальнейшем по мере проплавления шихты и ее схода операции повторяются. Загрузка при этом может осуществляться как порциями, так и целыми колошами. Металл из печи выпускается по мере его накопления как правило 2-4 раза в смену.

Предлагаемый способ плавки позволяет получить следующие преимущества:

повысить извлечение кремния в металл на 8-16%

в 1,5-2 раза уменьшить выход технологической пыли;

уменьшить затраты сырья (кварцита на 350-750 кг/т; восстановителей на 200--300 кг/т) и электродов.