КОЛПАК, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ПРИ ВЫПУСКЕ РАСПЛАВА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ИЗ ПЕЧИ, И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТАКОГО КОЛПАКА
CAP USED AT DISCHARGE OF MOLTEN SILICON METAL FROM FURNACE, AND METHOD OF PRODUCING SILICON USING SUCH CAP

Настоящее изобретение относится к колпаку для летки и выпускного желоба в печи с погруженной дугой, используемой для производства кремния, и к способу производства кремния.
В процессе производства кремния металлургического качества выпуск (слив) расплавленного металла из печи осуществляется через отверстие (летку) в днище плавильного тигля в ходе операции, называемой вскрытием летки.
Жидкий кремний вытекает по выпускному лотку, или желобу, в резервуар, называемый разливочным ковшом. Кроме того, вместе с жидким кремнием через летку выходит дымовой газ, поступающий от пода печи и состоящий в основном из SiO и СО. Одновременно с этим выполняется продувка воздуха и/или кислорода через днище разливочного ковша, который движется вверх сквозь расплавленный кремний. В ходе этого процесса, называемого рафинированием, также образуется дымовой газ, содержащий SiO. Эти два потока дымового газа вступают в реакцию с окружающим воздухом с образованием частиц микрокремнезема и двуокиси углерода и выделением тепла, в результате чего образуется горячий отходящий газ (называемый газом/дымом при выпуске и/или рафинировании расплава), который содержит микрокремнеземную пыль и должен быть удален путем вентиляции из атмосферы рабочего пространства. Для этого предусматривают небольшой кожух, или вытяжной колпак (называемый "собачьей конурой"), размещаемый над леткой и выпускным желобом и окружающий их. Вытяжной колпак подсоединяется или примыкает к вытяжному газоходу, а отсасывание обеспечивается предназначенным для этого вентилятором. Эффективность отсасывания в значительной степени зависит от геометрии конструктивного исполнения вытяжного колпака и вытяжного газохода.
Вместе с тем, конструктивное исполнение вытяжного колпака ограничено рядом технических аспектов. Одно из таких ограничений состоит в том, что вытяжной колпак монтируется на плавильном тигле, который совершает непрерывное вращательное движение, а отсасывание должно осуществляться независимо от текущего положения вытяжного колпака. Другое ограничение состоит в том, что необходимо обеспечить доступ разных компонентов оборудования (называемого оборудованием для вскрытия летки) к летке(-ам) тигля при просверливании ее (их) с целью вскрытия, при закрытии отверстия и т.д. Вытяжной колпак не должен создавать препятствие для такого оборудования. Третье ограничение состоит в том, что в процессе вскрытия летки должен быть обеспечен доступ сверху к разливочному ковшу для внесения определенных добавок в расплавленный металл. Поэтому вытяжной колпак не может полностью покрывать верхнюю поверхность разливочного ковша, вследствие чего часть дымового газа, поступающего из разливочного ковша, получает возможность выхода в окружающее пространство.
Существующие и соответствующие уровню техники конструкции вытяжного колпака не обеспечивают достаточного отсасывания, что приводит к выходу значительного количества газа, отходящего при выпуске расплава, в атмосферу рабочего пространства.
Пример конструкции вытяжного колпака, соответствующей уровню техники, представлен в публикации Мехди Кадходабеиги (Mehdi Kadkhodabeigi) "Моделирование процессов выпуска расплава в печах с погруженной дугой. Тезисы диссертации на соискание ученой степени доктора философии, май 2011, Норвежский университет, Тронхейм, стр. 108-142".
Конструкции вытяжного колпака, соответствующие уровню техники, включают единственный отсасывающий газоход, который может быть расположен либо напротив вытяжного колпака, либо сбоку от него. Если отсасывающий газоход размещен в фиксированном положении напротив вытяжного колпака, то надлежащее отсасывание будет обеспечено только в случае соосной установки вытяжного колпака и отсасывающего газохода. Однако из-за непрерывного вращательного движения плавильного тигля соосность вытяжного колпака и отсасывающего газохода часто нарушается. Это приводит к засасыванию, в основном, окружающего воздуха вместо газа, отходящего при выпуске расплава и могущего выйти в атмосферу рабочего пространства. Поэтому представляется целесообразным разместить отсасывающий газоход на вытяжном колпаке, и в этом случае система отсасывания должна вращаться вместе с вытяжным колпаком и плавильным тиглем. Однако даже в этой конструкции использование единственного газохода не обеспечивает эффективное удаление путем вентиляции и дымового газа, поступающего из летки, и дымового газа, выходящего из разливочного ковша, вследствие удаленности этих компонентов друг от друга. Если отсасывающий газоход расположен над разливочным ковшом, то появляется возможность улетучивания дымового газа из летки. Если отсасывающий газоход расположен близко к летке, то не удаляется дымовой газ из разливочного ковша. Кроме того, конструкции вытяжных колпаков обычно предусматривают использование либо горизонтальных, либо вертикальных панелей, вследствие чего образуются застойные зоны скопления и перетока отходящего газа.
Настоящее изобретение относится к колпаку 1 для летки 4 и выпускного желоба 2 в печи с погруженной дугой, используемой для производства кремния, причем колпак 1 имеет по меньшей мере два отсасывающих газохода 3, которые расположены по обе стороны колпака 1.
Настоящее изобретение также относится к способу производства кремния в печи с погруженной дугой, в котором жидкий кремний и газ, отходящий при рафинировании расплава, выходят из летки 4 плавильного тигля 7, причем жидкий кремний стекает по выпускному желобу 2 в разливочный ковш 5, а газ, отходящий при рафинировании расплава, засасывается в колпак 1, содержащий по меньшей мере два отсасывающих газохода 3, которые расположены по обе стороны колпака 1.
В колпаке, предлагаемом в изобретении, используются по меньшей мере два отсасывающих газохода 3 вместо обычно используемого единственного отсасывающего газохода 3, благодаря чему обеспечивается более эффективное, по сравнению с существующими конструкциями, отсасывание газа, выходящего из летки 4, причем предлагаемая конструкция позволяет соблюсти вышеупомянутые ограничения.
Если газоходы 3 расположены на одной и той же стороне колпака 1, то отсасывание не будет равномерным, и газ может выйти на другой стороне колпака 1.
Колпак 1 предпочтительно содержит систему отсасывания, вращающуюся вместе с этим колпаком и плавильным тиглем 7.
Колпак 1 предпочтительно содержит два отсасывающих газохода 3, расположенных асимметрично по обе стороны колпака 1.
Асимметричное расположение позволяет избежать образования застойной зоны в потоке газа на полпути между двумя газоходами 3 и недостаточно эффективного отсасывания.
Однако если газоходы 3 расположены асимметрично друг напротив друга, то застойная зона не образуется, благодаря чему улучшается отсасывание.
Один отсасывающий газоход 3 предпочтительно располагается близко к летке 4, благодаря чему осуществляется удаление путем вентиляции газа, выходящего из плавильного тигля 7, а другой отсасывающий газоход 3 располагается над разливочным ковшом 5, в который стекает жидкий кремний, для улавливания дымового газа, отходящего в процессе рафинирования.
Газ, отходящий при рафинировании или выпуске расплава, предпочтительно отсасывается посредством труб 6, соединенных с отсасывающими газоходами 3.
Обе отсасывающие трубы 6 имеют предпочтительно вертикальную ориентацию непосредственно после мест их соединения с колпаком 1. Это обусловливает движение потока газа вниз сразу после его попадания в газоход 3. Благодаря этому не происходит осаждение и налипание частиц микрокремнезема, содержащихся в газе, на внутренних стенках труб 6 и снижается риск закупоривания газоходов 3.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения трубы 6 содержат смотровые отверстия для проведения очистки этих труб и колпака 1.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения стенки колпака 1 выполняются по возможности наклонными, а не горизонтальными или вертикальными, для предельного сведения к минимуму количества улетучивающегося дымового газа. Это сводит к минимуму внутренний объем колпака и исключает образование застойных зон, характеризующихся слабым отсасыванием и скапливанием дымового газа.
Боковые стенки колпака 1 предпочтительно выполняются наклонными.
Колпак уменьшает количество дымового топочного газа, не попадающего в вентиляционную систему и выходящего в атмосферу рабочего пространства. Это улучшает условия труда персонала, обслуживающего оборудование для вскрытия летки, благодаря повышению качества воздуха и снижению содержания пыли в зоне выпуска расплава.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения материалом для изготовления колпака является сталь.
На фиг. 1-3 представлены разные виды варианта выполнения предлагаемого в изобретении колпака 1, расположенного над разливочным ковшом 5:
фиг. 1 - вид спереди,
фиг. 2 - перспективное изображение,
фиг. 3 - вид сверху.
На фиг. 1-3 показан колпак 1, покрывающий выпускной желоб 2, по которому жидкий кремний стекает в разливочный ковш 5. Два отсасывающих газохода 3 используются для улавливания газа, отходящего при выпуске расплава и рафинировании из летки 4 и выпускного желоба 2, соединенных с плавильным тиглем 7. Газ отсасывается посредством труб 6, соединенных с отсасывающими газоходами 3.
Два газохода 3 расположены, далее, асимметричным образом на противоположных сторонах колпака 1. Две трубы 6 имеют вертикальную ориентацию после мест их соединения с колпаком 1. Колпак 1 содержит наклонные поверхности.