BR112020003606B1 - Coifa para um orifício de derivação e um bocal de derivação e processo para a produção de silício em um forno a arco submerso - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a uma coifa (1) para um orifício de derivação (4) e um bocal de derivação (2) em um forno a arco submerso na produção de silício, em que a coifa (1) tem pelo menos dois dutos de sucção (3) que são posicionados em cada lado da coifa (1). A presente invenção se refere ainda a um processo para a produção de silício em um forno a arco submerso, em que silício líquido e gás de refino escapam de um orifício de derivação (4) de um cadinho (7), em que o silício líquido flui em um bocal de derivação (2) para dentro de uma panela (5), em que o gás de refino é sugado para dentro de uma coifa (1) que tem pelo menos dois dutos de sucção (3) que são posicionados em cada lado da coifa (1).

Description

[001] A presente invenção se refere a uma coifa para um orifício de derivação e o bocal de derivação em um forno a arco submerso na produção de silício, e a um processo para a produção de silício.

[002] Durante a produção de silício de grau metalúrgico, o metal derretido sai do forno através de um orifício no fundo do cadinho (orifício de derivação) durante um processo chamado “derivação”. O silício líquido flui para um canal chamado “bocal de derivação” e para dentro de um recipiente chamado “panela”. Fumaça gasosa da fornalha do forno, composta principalmente por SiO e CO, também sai pelo bocal de derivação juntamente com o silício líquido. Ao mesmo tempo, ar e/ou oxigênio é soprado através do fundo da panela e sobe através do silício fundido. Esse processo, chamado “refinação”, também produz uma fumaça gasosa contendo SiO. Essas duas correntes de gases residuais reagem com o ar ambiente em partículas de microssílica, dióxido de carbono e calor, criando, assim, um gás de exaustão quente (chamado gás/fumaça de derivação e/ou de refino) que é carregado de pó de microssílica e precisa ser ventilado para longe do ambiente de trabalho. Para esse fim, uma pequena coifa (chamada “casinha”) é colocada acima e ao redor do orifício de derivação e do bocal de derivação. A casinha é conectada ou adjacente a um duto de exaustão, e a sucção é fornecida por um ventilador exclusivo. A eficiência da sucção depende muito do desenho geométrico da casinha e do duto de exaustão.

[003] Ao mesmo tempo, alguns aspectos técnicos representam limitações ao desenho da casinha. Uma dessas limitações é que a casinha é montada sobre o cadinho, que está em constante movimento de rotação, e a sucção deve ser fornecida independentemente da posição atual da casinha. Outra limitação é que diferentes peças do equipamento (chamado “equipamento de derivação”) precisam acessar o(s) orifício(s) de derivação do cadinho para fazer uma abertura por perfuração, remendá-los etc. A casinha não deve impedir a passagem para esse equipamento. Uma terceira limitação é que, durante a derivação, a panela precisa estar acessível a partir de cima, para introduzir determinados aditivos ao metal derretido. A casinha, portanto, não pode cobrir totalmente a superfície superior da panela, o que poderia deixar uma parte da fumaça emitida pela panela escapar para dentro do ambiente.

[004] Os desenhos atuais de casinhas do estado da técnica não conseguem fornecer sucção suficiente, assim deixando uma quantidade significativa do gás de derivação escapar para dentro do ambiente de trabalho.

[005] Um exemplo de um desenho de casinha do estado da técnica é conhecido a partir de “Mehdi Kadkhodabeigi: Modeling of Tapping Processes in Submerged Arc Furnaces”, tese para Doutorado em Filosofia, Maio de 2011, Norwegian University, Trondheim; p. 108-142.

[006] Os desenhos das casinhas do estado da técnica incluem um único duto de sucção, que pode ser posicionado em frente à casinha ou na lateral da casinha. Se o tubo de sucção for colocado em uma posição fixa em frente à casinha, a sucção só será suficiente se a casinha e o duto de sucção estiverem alinhados. No entanto, devido ao constante movimento de rotação do cadinho, frequentemente haverá um desalinhamento entre a casinha e o duto de sucção. Isso levará a uma ventilação do ar ambiente em sua maioria, em vez da fumaça de derivação, que conseguirá escapar para dentro do ambiente de trabalho. Portanto, é vantajoso colocar o duto de sucção na casinha, caso em que o sistema de sucção precisa girar juntamente com a casinha e o cadinho. Mesmo nesse desenho, o uso de um único duto é insuficiente para ventilar tanto a fumaça emitida pelo orifício de derivação quanto a fumaça que vem da panela devido à distância entre eles. Se o duto de sucção for colocado sobre a panela, então a fumaça do orifício de derivação pode escapar. Se o duto de sucção for colocado próximo ao orifício de derivação, então a fumaça da panela não será ventilada. Além disso, geralmente as casinhas são construídas usando painéis que são horizontais ou verticais, criando, assim, regiões de estagnação de volume, nas quais o gás de derivação pode se acumular e escapar.

[007] A presente invenção se refere a uma coifa (1) para um orifício de derivação (4) e um bocal de derivação (2) em um forno a arco submerso na produção de silício, em que a coifa (1) tem pelo menos dois dutos de sucção (3) que são posicionados em cada lado da coifa (1).

[008] A presente invenção se refere ainda a um processo para a produção de silício em um forno a arco submerso, em que silício líquido e gás de refino escapam de um orifício de derivação (4) de um cadinho (7), em que o silício líquido flui em um bocal de derivação (2) para dentro de uma panela (5), em que o gás de refino é sugado para dentro de uma coifa (1) que tem pelo menos dois dutos de sucção (3) que são posicionados em cada lado da coifa (1).

[009] A coifa de acordo com a invenção usa pelo menos dois dutos de sucção (3), em vez do usual único duto de sucção (3) e, portanto, oferece maior sucção do gás emitido do orifício de derivação (4) quando comparada aos desenhos convencionais, ao mesmo tempo em que consegue atender as restrições indicadas acima.

[010] Se os dutos (3) forem posicionados no mesmo lado da coifa (1), então a sucção não será uniforme e o gás pode escapar do outro lado da coifa (1).

[011] De preferência, a coifa (1) caracteriza um sistema de sucção que gira juntamente com a coifa (1) e o cadinho (7).

[012] De preferência, a coifa (1) tem dois dutos de sucção (3) que são colocados de forma assimétrica em cada lado da coifa (1).

[013] A posição assimétrica evita que o fluxo de gás tenha um ponto de estagnação no caminho entre os dois dutos (3), e que a sucção seja inadequada.

[014] No entanto, se os dutos (3) forem posicionados assimetricamente opostos um ao outro, então não haverá nenhum ponto de estagnação, melhorando, assim, a sucção.

[015] De preferência, um duto de sucção (3) é colocado próximo ao orifício de derivação (4), assim ventilando o gás emitido do cadinho (7), e o outro duto de sucção (3) é colocado sobre a panela (5) para a qual flui o silício líquido para captar a fumaça emitida pelo processo de refino.

[016] De preferência, o gás de refino ou o gás de derivação é sugado por tubos (6), que são conectados aos dutos de sucção (3).

[017] De preferência, ambos os tubos de sucção (6) são orientados verticalmente, imediatamente após seu ponto de conexão com a coifa (1). Isso leva o gás a fluir para baixo assim que ele entra no duto (3). Dessa forma, as partículas de microssílica contidas no gás não podem sedimentar e grudar nas paredes internas dos tubos (6), e o risco de entupimento dos tubos (3) é, portanto, reduzido.

[018] Em uma forma de modalidade preferida, os tubos (6) têm aberturas de acesso que facilitam a limpeza da coifa (1) e dos tubos (6).

[019] Em uma forma de realização preferida, a fim de minimizar ainda mais a quantidade de fumaça que pode escapar, as paredes da coifa (1) são inclinadas sempre que possível, em vez de serem horizontais ou verticais. Isso minimiza o volume interno da coifa e elimina as regiões de estagnação de volume, em que a sucção é insuficiente e a fumaça pode se acumular. De preferência, as paredes laterais da coifa (1) são inclinadas.

[020] A coifa diminui a quantidade de gases de combustão que consegue escapar do sistema de ventilação e entrar no ambiente de trabalho. Isso resulta em melhores condições de trabalho para as pessoas que operam o equipamento de derivação, melhorando a qualidade do ar e reduzindo o acúmulo de pó na área da derivação.

[021] Em uma modalidade preferida, o material da coifa é o aço.

[022] As figuras 1 a 3 mostram a coifa (1) de acordo com a invenção colocada acima da panela (5), a partir de diferentes pontos de vista. A Figura 1 é uma vista frontal, a Figura 2 é uma vista em perspectiva e a Figura 3 é uma vista superior.

[023] As figuras 1 a 3 mostram a coifa (1), que abrange o bocal de derivação (2) onde silício líquido está fluindo para dentro da panela (5). Dois dutos de sucção (3) são usados para capturar os gases da derivação e do refino a partir do orifício de derivação (4) e do bocal de derivação (2) que são conectados ao cadinho (7). O gás é sugado pelos tubos (6), que são conectados aos dutos de sucção (3).

[024] Além disso, os dois dutos (3) estão localizados em lados opostos da coifa (1) de uma forma assimétrica. Os dois tubos de sucção (6) são orientados verticalmente, após seu ponto de conexão com a coifa (1). A coifa (1) tem superfícies inclinadas.

Claims (10)

1. Coifa (1) para um orifício de derivação (4) e um bocal de derivação (2) em um forno a arco submerso na produção de silício, caracterizada pelo fato de que a coifa (1) tem pelo menos dois dutos de sucção (3) que são posicionados assimetricamente em cada lado da coifa (1).

2. Coifa (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um duto de sucção (3) é posicionado próximo ao orifício de derivação (4), assim ventilando o gás emitido do cadinho (7), e o outro duto de sucção (3) é posicionado sobre a panela (5) para dentro da qual flui o silício líquido, para captar a fumaça emitida pelo processo de refino.

3. Coifa (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o gás de refino ou de derivação é sugado pelos tubos (6), que são conectados aos dutos de sucção (3), que são orientados verticalmente imediatamente após seu ponto de conexão em cada lado da coifa (1).

4. Coifa (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os dutos (3) têm aberturas de acesso.

5. Coifa (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que as paredes da coifa (1) são inclinadas.

6. Processo para a produção de silício em um forno a arco submerso, caracterizado pelo fato que silício líquido e gás de refino escapam de um orifício de derivação (4) de um cadinho (7), em que o silício líquido flui em um bocal de derivação (2) para dentro de uma panela (5), em que o gás de refino é sugado para dentro de uma coifa (1) que tem pelo menos dois dutos de sucção (3) que são posicionados assimetricamente em cada lado da coifa (1).

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um duto de sucção (3) é posicionado próximo ao orifício de derivação (4), assim ventilando o gás emitido do cadinho (7), e o outro duto de sucção (3) é posicionado sobre a panela (5) para dentro da qual flui o silício líquido, para captar a fumaça emitida pelo processo de refino.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o gás de refino ou de derivação é sugado pelos tubos (6), que são conectados aos dutos de sucção (3), que são orientados verticalmente imediatamente após seu ponto de conexão em cada lado da coifa (1).

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que os dutos (3) têm aberturas de acesso.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que as paredes da coifa (1) são inclinadas.

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