ИЗЛОЖНИЦА ДЛЯ РАЗЛИВКИ КРЕМНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к металлургии, конкретно к оборудованию для разливки кремния и может быть использована для разливки технического кремния, кремнистых, хромистых, марганцевых ферросплавов.
Уровень техники
Получаемый в рудовосстановительных электрических печах расплав технического кремния выпускается в ковш и разливается в изложницы.
Известны изложницы, представляющие из себя чугунные отливки монолитной или составной конструкции (Снитко Ю.П. и др. «Производство ферросилиция», Справочник, Новокузнецк, 2000, с. 238-241). Недостатком данных изложниц является низкая эксплуатационная стойкость, связанная с разрушением рабочей поверхности под воздействия высоких температур.
Известна изложница из чугуна (Кохан Л.С.и др. Механическое оборудование заводов цветной металлургии, М. «Металлургия», 1988, ч. 2, с. 256). Недостатком изложницы подобной конструкции является ухудшение качества кремния, так как железо является основной нежелательной примесью, за счет перехода железа изложницы в кремний на границе кристаллизации кремния, т.е. на границе кремний-изложница, содержание железа в кремнии увеличивается, что снижает потребительские свойства кремния.
2
Известен способ получения слитков кремния (патент RU 2077969, B22D 3/00, опубл. 27.04.1997 г.). Сущность изобретения: на поверхность подины изложницы, выполненной из угольных блоков, периодически, перед размещением на ней слоя из мелочи кремния, наносят кислородсодержащее соединение бора при температуре поверхности подины, превышающей температуру плавления данного соединения, например борного ангидрида, борной кислоты или буры, не менее чем на 50-250°С, по 0,5-5 кг/м площади подины. При этом целостность футеровки сохраняется на более длительный срок за счет предотвращения приварки слитка к подине и окисления поверхности подины при высоких температурах. Недостатком данного способа является снижение качества кремния за счет перехода бора в кремний.
Известна изложница для разливки кремния (патент RU 2085324, B22D 3/00, опубл. 27.07.1997 г.), включающая металлический кожух и футеровку из огнеупоров, перегородки, расположенные внутри металлического кожуха для образования между ними и кожухом замкнутых полостей, заполненных порошкообразным огнеупорным теплоизоляционным материалом, рабочим слоем, выполненным из угольных блоков. Недостатком данной изложницы является недостаточная износостойкость рабочего слоя и невысокий срок службы изложницы.
По технической сущности, по наличию общих признаков, данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.
Раскрытие полезной модели
В основу технического решения положена задача, направленная на повышение качества кремния.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эксплуатационной стойкости и срока службы изложниц с сохранением качества разливаемого кремния.
Поставленная цель достигается тем, что рабочая часть изложницы, ранее выполняемая из угольных блоков, выполняется из высокоглиноземистого жаропрочного бетона.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан общий вид изложницы. Изложница состоит из металлического кожуха (1), имеющего форму параллелепипеда, чугунных бортов (2), рабочего основания (3) из высокоглиноземистого жаропрочного бетона, огнеупорной кладки из огнеупорного кирпича (4), теплоизоляционного слоя (5).
Осуществление полезной модели
Формирование рабочего слоя выполняется следующим образом: металлический кожух (1) изложницы обклеивается теплоизоляционным материалом с образованием теплоизоляционного слоя (5), на днище кожуха укладывается огнеупорный кирпич (4), по периметру устанавливаются чугунные борта (2), затем укладывается слой высокоглиноземистого жаропрочного бетона рабочего основания (3). Проводят сушку и обжиг бетона, после этого изложницу вводят в работу. Проведены испытания различных марок жаропрочного бетона.
2
3
Пример 1. Бетонная смесь содержала AlO 65, мас. %. После сушки и обжига изложница эксплуатировалась на разливке кремния в течение 4 месяцев и была выведена из работы из-за разрушения бетонного основания.
2
3
Пример 2. Содержание AlO в бетонной смеси составило 80, мас. %. После обжига изложница находилась в эксплуатации на разливке кремния 6 месяцев, после чего произошло разрушение бетонного основания.
2
3
Пример 3. В бетонной смеси содержание AlO составляло 85, мас. %. Обожженная изложница эксплуатировалась с течение 10 месяцев и была выведена на незначительный ремонт основания. После восстановления основания эксплуатировалась в течение 8 месяцев, после этого времени потребовалась полная замена бетонного основания.
2
3
Пример 4. Содержание AlO в бетонной смеси составило 90, мас. %. Эксплуатация изложницы до ремонта продолжалась 14 месяцев.
Испытания изложницы с бетонным основанием показали ее более высокую стойкость по сравнению с изложницами, изготовленными из чугуна. Во время испытаний контролировалось содержание железа в кремнии. Если при разливке кремния в чугунные изложницы содержание и железа увеличивалось на 0,02-0,04%, что на границе сорта переводило его в более низкую категорию, связанную с потерями в цене, то при разливке кремния в изложницу с бетонным основанием, увеличение содержания железа в кремния не происходило, так как чугунный борт изложницы находится в зоне температур, где кремний уже кристаллизуется и взаимодействия между железом и кремнием не происходит.
2
3
2
3
Срок службы изложниц, при проведении испытаний, с рабочей поверхностью, выполненной из высокоглиноземистого жаропрочного бетона с содержанием AlO более 85, мас. % составил от 10 до 14 месяцев (примеры 3-4), тогда как срок службы изложниц с рабочим слоем, выполненным из угольных блоков, не превышал 6 месяцев. Невысокую стойкость, сравнимую с изложницами из угольных блоков (6 месяцев), показали изложницы с содержанием в бетоне AlO 80, мас. % и менее (примеры 1-2).
Сравнивая существующие конструкции изложниц для разливки кремния с предложенным техническим решением, необходимо отметить, что они имеют как общие признаки:
- кожух изложницы выполняется из стального листа в форме параллелепипеда;
- теплоизоляционный слой выполняется из огнеупорного кирпича;
так и отличие от имеющихся конструктивных решений:
- рабочая поверхность изложницы выполнена из высокоглиноземистого жаропрочного бетона;
- боковая поверхность изложницы в виде рамы выполнена из чугуна.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна. Признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не выялены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».