FI76056B - Foerfarande foer framstaellning av silicium ur raoaemneskvarts i en elektrisk laogschaktugn. - Google Patents

Description

76056

Menetelmä piin valmistamiseksi kvartsiraaka-aineesta sähköisessä matalakuilu-uunissa - Förfarande för fram-ställning av silicium ur räämneskvarts i en elektrisk lägschaktugn 5 Tämä keksintö kohdistuu menetelmään piin valmistamiseksi kvartsiraaka-aineesta matalakuilusähköuunissa, jolloin matalakuilusähköuuniin tuodaan kvartsiraaka-aine raemuodossa ja sen lisäksi kvartsista ja hiilestä muodostuvia pelkistysainebrikettejä, joissa on reaktioon SiC>2 + 3C = 10 SiC + 2CO nähden ylimäärä hiiltä, jolloin matalakuilu-sähköuunin yläosassa ensin muutetaan alle 1600°C:een lämpötilassa pelkistysainebriketeissä oleva kvartsi SiC:ksi, ja jolloin sen jälkeen matalakuilusähköuunin alaosassa yli 1600°C:een lämpötilassa, edullisesti 15 1800-2000°C:ssa, pelkistetään nestemäinen kvartsiraaka- aine. Pelkistysainebriketit valmistetaan suositeltavasti kuumabriketointimenetelmällä. - Kvartsiraaka-aineella tarkoitetaan tässä kaikkia piin valmistuksessa käytettyjä piidioksidipitoisia aineita, erityisesti kvartsiittia ja 20 kvartsihiekkaa. Pelkistysainebrikettien valmistukseen käytetään yleensä kvartsihiekkaa. Kuumabriketoinnilla tarkoitetaan sideaineetonta briketointia, jossa lähtöaineet kuumennetaan 430-540°C:seen ja muodostetaan briketeiksi painetta käyttämällä (vrt. DE-patentti-25 julkaisu 19 15 905). Keksinnön puitteissa voidaan kuitenkin käyttää myös pelkistysainebrikettejä, jotka on valmistettu muulla tavalla.

Tämän tyyppisessä tunnetussa menetelmässä (DE-patentti-julkaisu 30 32 720) käytetään pelkistysainebrikettejä, 30 joissa on reaktioon SiC>2 + 3C = SiC + 2CO nähden korkeintaan vähäinen ylimäärä hiiltä. Itse asiassa pyrkimyksenä on sanotun reaktion aikana reaktanttien mahdollisimman täydellinen muuttaminen pelkistysainebriketeissä, 76056 nimittäin SiCsksi ja COrksi, tarkoituksena sen jälkeen suorittaa nestemäinen kvartsiraakai-aineen pelkistys matalakuilu-uunin alaosassa annetussa korkeassa lämpötilassa SiC pelkistysaineena. Hiiliylimäärä on läsnä 5 ainoastaan, koska hiili reagoi piidioksidin pelkistymisessä pelkistysainebriketeissä myös hapen kanssa ja sikäli menetetään piidioksidin pelkistyksestä. Tunnettujen menettelyjen puitteissa muodostuvat pelkistysainebriketit piidioksidin pelkistyksen jälkeen kuitenkin käytännölli-10 sesti piikarbidista eivätkä enää hiilestä. Tunnetut menetelmät ovat osoittautuneet käyttökelpoisiksi, mutta vaativat kuitenkin parannuksia piisaantoon ja sen ohessa energiantarpeeseen nähden.

Keksinnön tarkoituksena on suorittaa sanotunlainen mene-15 telmä siten, että pienemmällä energiamäärällä saadaan korkea piisaanto.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että käytetään pelkistysainebrikettejä, joissa on reaktioon S1O2 + 3C = SiC + 2CO nähden yli 50 paino%:ia oleva 20 ylimäärä hiiltä, että matalakuilusähköuunin yläosassa muodostetaan pelkistysainebriketeissä alle 1600°C:een lämpötilassa SiC:n lisäksi aktivoitua hiiltä, jolloin pelkistysainebriketit saavat koksimaisen rakenteen, ja että yhtäältä tällä aktivoidulla hiilellä ja toisaalta 25 muodostuneella SiC:11a pelkistetään matalakuilusähköuunin alaosassa lisätty kvartsiraaka-aine. Keksinnön puitteissa käytetään pelkistysainebriketeissä suositelta-vasti alle 90 paino% olevaa hiiliylimäärää, suositelta-vasti noin 80 paino%. Tällöin voidaan optimi lisäksi 30 aikaansaada siten, että reaktio kokonaisuudessaan suoritetaan siten, että matalakuilusähköuunin alaosassa pelkistetään aktivoidulla hiilellä vähintään 50 paino% lisätystä kvartsiraaka-aineesta. - Kokonaisuudessaan malmiseos 11 3 76056 säädetään siten, että aineiden tasapaino on oikea. Siten ei ole välttämätöntä käyttää yksinomaan koostumukseltaan kuvatunlaisia pelkistysainebrikettejä. Pikemminkin voidaan tietyissä rajoissa lisätä klassillista malmi-5 seosta (esim käsittäen 3 t kvartsia / 0,4 t puuhiiltä / 0,4 t turvekoksia / 0,3 t raakaöljykoksia / 0,5 t vähä-tuhkaista hiiltä), kunhan vain varmistetaan, että pelkis-tysainebriketeistä saadaan käyttöön riittävä määrä aktivoitua hiiltä.

10 Kuten jo mainittiin, voidaan keksinnön mukaisessa menetelmässä vapaasti valita pelkistysainebrikettien valmistustapa ja -välineet. On kuitenkin varmistuttava siitä, että pelkistysainebriketit vastaavasti ovat stabiileja, niin että ne voidaan lisätä kuvatulla tavalla tavallaan 15 malmiseoksena yhdessä kvartsiraaka-aineen kanssa matala-kuilusähköuuniin ja antaa reagoida siellä kuvatulla tavalla. Keksinnön suositellun suoritusmuodon mukaisesti menetellään tällöin siten, että käytetään pelkistysainebrikettejä, jotka on valmistettu kuumabriketoinnilla 20 nyrkkibriketeiksi tai brikettityynyiksi, jolloin niiden 3 koko on 15 - 60 cm . Tässä yhteydessä on keksinnön mukaisesti suositeltava lisäksi, että käytetään pelkistysainebrikettejä, joiden hiilisisältö, niin pitkälle kuin se on kuumabriketoinnille tarpeellista, muodostuu 25 paakkuuntuvasta hiilestä, ja muuten inerteistä hiili- materiaaleista, kuten raakaöljykoksista, antrasiitista, grafiitista, rusko- ja kivihiilikokseista. - On selvää, että keksinnön mukaista menetelmää voidaan jatkaa ferro-piihin ja piimetalliin lisäämällä matalakuilusähköuuniin 30 kvartsiraaka-aineen lisäksi sopivia aineita, esim. rautalastuja tai rakeista rautaa.

Keksintö perustuu siihen havaintoon, että piidioksidin pelkistyksessä hiilen kanssa tapahtuu pelkistysainebrike- Λ 76056 4 teissä piikarbidin muodostumisen lisäksi myös aktiivisen hiilen muodostumista, jota voidaan käyttää piikarbidin lisäksi matalakuilusähköuunin alaosassa tavallaan neitsythii-lenä piidioksidin pelkistykseen, mikä johtaa saannon parantumiseen ja energiantarpeen vähenemiseen. Tätä havainnollistetaan seuraavaksi yksityiskohtaisesti suoritusesimerkeillä.

Esimerkki 1

Noin 600 t:n piitä saamiseksi panostettiin 1200 t brikette-jä, joiden koostumus oli 30 % paakkuuntuvaa hiiltä 32 % raakaöljykoksia ja 38 % kvartsihiekkaa (99,8 % S1O2) sähköuuniin yhdessä lähes yhtä suuren määrän kanssa pala-kvartsia. Ensimmäsessä vaiheessa ylhäällä sähkömatalakuilu-uunissa suoritettiin reaktio 1500-1600°C:n lämpötilassa ja toisessa vaiheessa 1800-1900°C:n lämpötilassa, jolloin ensimmäsessä vaiheessa briketeissä oli yli kaksi kertaa enemmän hiiltä kuin mitä reaktio

Si02 + 3C - SiC + 2CO

edellytti. Tämä selviää yksinkertaisen stökiömetrisen lasku-toimenpiteen avulla. Tämän osoittamiseksi käytetään edellä mainitussa reaktioyhtälössä gmooleja.

30(SiC>2> + 18(30 * 20(SiC) + 28(2CO)

Ensimmäisessä reaktiovaiheessa briketit eivät hajoa. Muodostuu koksimainen, siis huokoinen konglomeraatti jossa on SiC: ta ja jäljelle jäänyttä hiiltä. Sähköuunin alaosassa yli 1600°C:n lämpötiloissa jäljelle jäävä hiili reagoi edelleen, seuraavan reaktiokaavan mukaisesti S1O2 + C * SiO + CO.

SiO on sähköuunin alaosan lämpötiloissa kaasumaisena, CO myös. Sähköuunin alaosassa esiintyy lisäksi myös reaktio 2SiC + S1O2 - 3Si + 2CO.

Il 5 76056

Kaasumainen SiO nousee sähköuunissa. Siellä vaikuttavat kok-simaiset konglomeraatit ensin fysikaalisesti: Niiden suuren pinnan vuoksi ne sitovat S1O2 ahneesti. Sähköuunin alaosassa ne toimivat myös kemiallisesti, seuraavasti 2SiO + 3C * SiC + 2CO

Sähköuunin alaosassa konglomeraattien jäljelle jäävä hiili reagoi edelleen, kuten edellä on mainittu.

Yhteyksien termodynamiikka saadaan reaktioiden tunnetuista lämpömääristä. Edellä mainitun suoritusesimerkin yhteydessä saadaan seuraavat tulokset: Sähkönkulutus väheni noin 14%:11a ja Si-saanto kasvoi yli 20%:11a. Lisäksi elektrodien kulutus laski puolella, se laski siis 128 kg:sta/t Si:ta arvoon 59 kg/t Si. Elektrodien liikkuminen väheni minimiin.

Sähkökulutuksen lasku sekä Si-saannon kasvu riippuvat toisistaan: Koska SiO:ta ei enää mene hukkaan ei myöskään energiaa mene hukkaan jota aikaisemmin on käytetty poistuvan SiO:n valmistamiseksi seuraavan kaavion S1O2 + 2C = SiO + CO mukaisesti.

Esimerkki 2:

Ferropiin valmistuksessa on tilanne edullisempi. Tällöin häviöt ovat SiO:n muodostumisesta johtuen vähäisempiä.

Jos menetellään edellä kuvatulla tavalla siten, että pala-kvartsi- ja brikettilisäyksen suhde toisiinsa pysyy 50:50:nä, ja romurautaa lisätään sellainen määrä, että syntyy 75-le-jeerinki, ovat brikettien edut vielä selvästi tunnistettavissa, ts. virrankulutus laskee 8% ja piisaanto nousee 12%.

Claims (3)

6 76056 Patenttivaatimukset s

1. Menetelmä piin valmistamiseksi kvartsiraaka-aineesta mata-lakuilusähköuunnissa, jolloin matalakuilusähköuuniin tuodaan kvartsiraaka-aine rakeisessa muodossa ja lisäksi kvartsia ja hiiltä olevia pelkistysainebrikettejä, joissa on reaktioon S1O2 + 3C * SiC + 2CO nähden ylimäärä hiiltä, jolloin matalakuilusähköuunin yläosassa ensin alle 1600°C:n lämpötilassa muutetaan kvartsi pelkistysainebriketeissä SiCsksi, ja jolloin sen jälkeen matalakuilusähköuunin alaosassa yli 1600°C:n lämpötilassa, edullisesti 1800-2000°C:ssa, pelkistetään nestemäinen kvartsiraaka-aine, tunnettu siitä, että käytetään pelkistysainebrikettejä, joissa reaktioon Si02 + 3C SiC + 2CO nähden on ylimäärä hiiltä, joka on yli 50 paino-%, mutta vähemmän kuin 90 paino-%, edullisesti noin 80 paino-%, että matalakuilusähköuunin yläosassa pelkistysainebriketeissä alle 1600°C:n lämpötilassa SiC:n lisäksi muodostetaan aktivoitua hiiltä, jolloin pelkistysainebriketit saavat koksi-maisen rakenteen, ja että tällä aktivoidulla hiilellä yhtäältä ja SiC:11a toisaalta pelkistetään vähintään 50 paino-% lisätystä kvartsiraaka-aineesta matalakuilusähköuunin alaosassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pelkistysainebrikettejä, jotka on valmistettu kuumabriketointimenetelmällä nyrkkibrikettien tai brikettityynyjen muotoon*

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään pelkistysainebrikettejä, joiden hiili-sisältö muodostuu, siinä määrin kun se on kuumabriketoinnil-le tarpeellista, paakkuuntuvasta hiilestä, ja muuten inerteis-tä hiilimateriaaleista, kuten raakaöljykoksista, antrasii-tista, grafiitista, rusko- ja kivihiilikokseista. Il