СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ТЕХНИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ИЛИ ВЫСОКОПРОЦЕНТНЫХ МАРОК ФЕРРОСИЛИЦИЯ
METHOD FOR MELTING TECHNICAL SILICON OR HIGH PERCENTAGE BRANDS FERROSILITION

Область техники
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано получению кремния и высокопроцентных марок кремнистых ферросплавов восстановительной плавкой в рудовосстановительных электрических печах.
Уровень техники
Техническое решение относится к области металлургии, а именно, к получению металлов и сплавов восстановительной плавкой в рудовосстановительных электрических печах, и может быть использовано в производстве технического кремния и высокопроцентных марок кремнистого ферросилиция.
Производство технического кремния и высококремнистых марок ферросилиция ведется в рудовосстановительных дуговых электрических печах непрерывным способом, при котором шихта загружается в печь непрерывно, выпуск расплава сплава из печи - периодический.
В качестве сырья применяют кварцит, углеродистые восстановители - нефтяной кокс, древесный и каменный угли, рыхлители - древесная щепа.
В процессе восстановительной плавки образуются газообразные продукты, в том числе и газообразный оксид кремния SiO, который в верхних горизонтах ванны печи диспропорционирует с образованием кремния и кремнезема по реакции:
Данная реакция экзотермична и при ее протекании происходит перегрев колошника, следствием которого происходит спекание шихты на колошнике, при этом уменьшается газопроницаемость колошника, снижается массообмен и производительность печи, увеличивается расход электроэнергии на 1 т продукции (удельный расход). Для сохранения достигнутых показателей предпринимаются технические решения для удаления спекшейся шихты на колошнике: химический подачей добавок восстановителя или механическим путем с помощью различных механизмов.
При выплавке высокопроцентного ферросилиция для предотвращения спекания шихты на колошнике проводят периодическую прошивку шихты и непрерывную загрузку шихты на колошник (Рысс М.А., Производство ферросплавов, М., Металлургия, 1985, С. 71).
Из области техники известен способ получения кремния (SU №1808811, С01В 33/02, опубл. 15.04.1993), включающий смешение кварцита с углеродсодержащим восстановителем, подачу шихты на колошник электродуговой печи и восстановительную плавку и периодически через каждые 1,5-2,0 часа на поверхность колошника между электродами дополнительно подают углеродсодержащий восстановитель в количестве 200-600 кг. Недостатком данного способа является то, что подачей восстановителя между электродами не решается проблема спекания шихты на всей поверхности колошника.
Наиболее близким по технической сути является способ выплавки технического кремния, включающий дозирование шихты, состоящей из кварцита и углеродистых восстановителей, загрузку шихты на колошник, с одновременной обработкой колошника машинами обработки колошника, ведение восстановительной плавки в рудовосстановительной электрической печи, выпуск расплава из печи (Крючков В.К., Елкин К.С., Зельберг Б.И. и др. Производство кремния, С-Пб, МАНЭБ, 2013, С. 83-86).
Недостатки данного технического решения - высокий расход электроэнергии и недостаточная производительность печи связанный с тем, что при одновременной загрузке шихты и обработке колошника при раскрытии колошника механизмами обработки колошника раскрываются реакционные зоны, что приводит к удалению газообразных продуктов, в том числе и монооксида кремния SiO, с поверхности колошника печи с отходящими газами, а это увеличивает потери кремния и уменьшает степень извлечения кремния в конечную продукции. При этом снижается производительность печи и увеличивается удельный расход электроэнергии.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача, направленная на повышение технико-экономической эффективности процесса производства технического кремния.
Техническими результатами являются снижение удельного расхода электроэнергии на 1 т продукции и повышение производительности печи.
Технические результаты достигаются тем, что в способе выплавки технического кремния, включающего дозирование шихты, состоящей из кварцита и углеродистых восстановителей, одновременную загрузку шихты на колошник и обработку колошника, ведение восстановительной плавки в рудовосстановительной электрической печи, загрузка шихты на колошник и обработка колошника производится в следующей последовательности: в начале проводится загрузка шихты на колошник печи и только после этого проводится обработка колошника. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 600-800 мм (максимальная, и достаточная, глубина определенная конструктивными особенностями машин обработки колошника). В этом случае реакционные газы проходят через слой свежей шихты и монооксид кремния вступает во взаимодействие с углеродом с образованием карбида кремния. Периодичность загрузки шихты и обработки колошника 2-3 раза в час. Тем самым повышается степень извлечения кремния в расплав, увеличивается производительность печи и снижается расход удельный расход электроэнергии.
Осуществление изобретения
Испытания способа выплавки технического кремния проводили в промышленной рудовосстановительной электрической печи мощностью 25 MBA, производящей технический кремний. Регистрировались периодичность загрузки шихты на колошник и глубина обработки колошника печи.
Пример 1. Проводили загрузку расчетного (необходимого) количества свежей шихты на колошник печи, по прототипу, и одновременно проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машиной.
Производительность печи составила 1480 кг/час, удельный расход электроэнергии - 15200 квтч/т.
Пример 2. Проводили загрузку необходимого количества свежей шихты на колошник печи и после каждой загрузки шихты проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машиной. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 200 мм. Периодичность загрузки шихты составила пять раз в час. Производительность печи составила 1502 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14980 квтч/т.
Пример 3. Необходимое количество свежей шихты загружали на колошник печи четыре раза в час, после загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 400 мм. Производительность печи составила 1510 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14895 квтч/т.
Пример 4. Проводили загрузку расчетного количества свежей шихты на колошник печи четыре раза в час, после загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 600 мм. Производительность печи составила 1520 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14800 квтч/т.
Пример 5. Необходимое количеств шихты на колошник печи загружали три раза в час и после загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 600 мм. Производительность печи составила 1625 кг/час, удельный расход электроэнергии - 13840 квтч/т.
Пример 6. Проводили загрузку необходимого количества свежей шихты на колошник печи два раза в час и после каждой загрузки шихты проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машин по всей поверхности колошника на глубину 600 мм. Производительность печи составила 1650 кг/час, удельный расход электроэнергии - 13630 квтч/т.
Пример 7. Загрузку свежей шихты на колошник печи проводили два раза в час и после каждой загрузки проводили обработку колошника по всей поверхности на глубину 400 мм. Производительность печи составила 1525 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14750 квтч/т.
Пример 8. Проводили загрузку свежей шихты на колошник печи и после загрузки шихты проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машин. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 800 мм. Периодичность загрузки шихты составила четыре раза в час. Производительность печи составила 1535 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14655 квтч/т.
Пример 9. Необходимое количество свежей шихты загружали на колошник печи два раза в час и после каждой загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 800 мм. Производительность печи составила 1670 кг/час, удельный расход электроэнергии - 13470 квтч/т.
Пример 10. Загрузку свежей шихты на колошник печи проводили один раз за час и с этой же периодичностью, после загрузки шихты, проводили обработку колошника. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 800 мм. Производительность печи составила 1545 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14560 квтч/т.
Анализ проведенных испытаний предложенного способа показывает, что оптимальным являются загрузка свежей шихты на колошник с последующей обработкой колошника 2-3 раза в час, с глубиной обработки колошника на 600 - 800 мм (примеры 5,6,9); при этих режимах достигается максимальная производительность печи и минимальный удельный расход электроэнергии.
Более частые обработки колошника (примеры 2, 3, 4, 8), или более редкие (пример 10) и незначительная глубина обработки колошника (примеры 2, 3, 7) не приводят к существенному увеличению производительности печи и снижению удельного расхода электроэнергии, так как частая обработка колошника печи увеличивает время, при котором печь работает с раскрытыми реакционными зонами, а это увеличивает улет с газами монооксида кремния; при малой глубине обработки колошника печи лишь незначительно увеличиваются реакционные зоны и массообмен в ванне печи.