PL129470B1 - Method of manufacture of mouldings from silicon and carbon containing raw material - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia wyprasek surowca zawierajacych krzem i we¬ giel, do produkcji krzemu lub stopów krzemu, zwlaszcza stopów zelaza i krzemu, w piecach elek¬ trycznych, polegajacy na zmieszaniu drohnoziar- • nistego nosnika krzemu z drobnoziarnistym weg¬ lem i nastepujacym po tym brykietowaniu mie¬ szaniny. .^ Okreslenie nosnik krzemu obejmuje, w ramach sposobu wedlug wynalazku, nosnik Si02, taki jak piasek, zmielony kwarcyt i tym podobne. Piece elektryczne, w których nastepuje produkcja krze¬ mu lub stopów krzemu, sa na ogól niskoszybowy- mi piecami elektrycznymi, choc mozna tez stoso¬ wac inne piece elektryczne.W znanych sposobach tego rodzaju do miesza-, niny dodaje sie dodatkowo bitumiczny srodek wiazacy, taki jak na przyklad pak ze smoly we¬ glowej. Brykietowanie nastepuje wiec przy uzy¬ ciu srodka wiazacego. Tak wytworzone wypraski rozplywaja sie w piecu elektrycznym, w którym prowadzi sie produkcje krzemu lub stopów krze¬ mu. Znane sa tez sposoby, w których brykieto¬ wanie prowadzi sie bez srodka wiazacego, na zim¬ no, pod wysokim cisnieniem. Tak wytworzone .wypraski surowca rozpadaja sie w piecu elek¬ trycznym. W praktyce nie stosuje sie wiec wy¬ prasek surowca, wytwarzanych w wyzej opisany sposób, do produkcji krzemu lub stopów krzemu w piecach elektrycznych. 10 15 20 25 33 Produkcja krzemu i stopów krzemu z Si02, wprowadzonego w postaci piasku lub obrobionych kwarcytów, nastepuje glównie w piecach elek¬ trycznych i przy zastosowaniu dodanego nosnika wegla takiego jak koks, koks naftowy, wegiel, wegiel drzewny, maczka drzewna i tym podobne.W praktyce istnieje duza ilosc receptur, które utrzymywane sa przez poszczególnych producen¬ tów w tajemnicy. Jest to dowód na to, ze pra¬ cuje sie wedlug danych empirycznych i wstepna obróbka wsadu do pieców elektrycznych nie jest opracowana z punktu widzenia fizyko-chemiczne¬ go. Jezeli rozpatruje sie reakcje Si02 weglem najpierw jako reakcje cialo stale /cialo stale, to mozna uznac dyfuzje -za . reakcje okreslajaca predkosc pierwszego etapu, czyli redukcji do Si02.W nastepnym etapie gazowy SiO reaguje z we¬ glem w blizszym otoczeniu, moze jednak tez uchodzic przez luki w usypie przybitki pieca i kondensowac w zimniejszych czesciach pieca.W kazdym wypadku oba etapy reakcji wymagaja scislego kontaktu miedzy S102 i srodkiem redu¬ kujacym. Dlatego oba surowce drobno zmielone miesza sie w sposób jednorodny. Jednak w piecu elektrycznym trudno jest manipulowac substan¬ cjami pylowymi tak, ze po zmieleniu i homoge¬ nizacji nastepuje sprasowywanie. Przynosi to opi¬ sane wyzej problemy. Na ogól próbowano przek- ksztalcac mieszanine w odpowiedni koks w kla¬ sycznym piecu komorowym. To nie wystarczalo, 129 4703 poniewaz zdolnosc spiekania najlepszego wegla tlustego takze przy dodatku paku nie wystarcza¬ la do mocnego polaczenia wiecej niz 20% nosnika krzemu w- siatce weglowej koksu. Ze wzgledów stechiometrycznych potrzebne jest natomiast 60— —70% nosnika krzemu.Zadaniem wynalazku jest dostarczenie sposobu wytwarzania wyprasek surowca, które spelnialy¬ by wszystkie warunki wymagane w piecu elek¬ trycznym, pod wzgledem trwalosci stanu, warun¬ ków przeplywu, warunków redukcji i stechiome¬ trii.Zadanie to zostalo rozwiazane wedlug wynalaz¬ ku w ten sposób, ze miesza sie 60—70% wago¬ wych nosnika krzemu, 20—30% wagowych spie¬ kajacego sie wegla i 10—2.0% wagowych dodatko¬ wego nosnika wegla, takiego jak spiekajacy sie wegiel i/lub niespiekajacy sie wegiel i/lub koks i/lub koks naftowy i/lub zwiazki organiczne i mieszanine brykietuje sie na goraco w tempe¬ raturze 350—550°C. Mieszanine komponuje sie tak, ze zawartosc wegla ze wszystkich nosników we¬ gla stanowi okolo 40% wagowych Si02 zawarte¬ go w nosniku krzemu. W ramach wynalazku daja sie uwzglednic bez- problemu wymagania stechio- metryczne, które rzadza redukcja.Niespodziewanie okazalo sie, ze sposobem we¬ dlug wynalazku brykietuje sie nosnik krzemu i spiekajacy sie wegiel tak, ze potrzebny do re¬ dukcji wegiel znajduje sie w brykietach. Pocho¬ dzi on ze spiekajacego se wegla i jesli to nie wy¬ starcza do zaspokojenia potrzeb, z innych nosni¬ ków wegla, które dobrane sa wedlug potrzeb.Wytwarzane brykiety maja mase 10—100- g, ko¬ rzystnie 20^60 g. Przy obliczaniu skladu brykie¬ tów wychodzi sie z równania stechiometrycznego Si02+2C-*Si+CO 60+24 = 28+56 lub 1000 kg *Si02 wymaga 400 kg C albo 71,4 kg Si02 wymaga 28,6 kg C albo 1,5 kg Si02 wymaga 1,0 kg C Znane jest, ze przy brykietowaniu, ze wzgledu na wiazanie srodka wiazacego, zasadnicza role od¬ grywa zewnetrzna powierzchnia brykietowanych materialów. Powierzchnia ta zalezy w calosci od struktury ziaren i mikrostruktury powierzchni ziarna. Wewnetrzna powierzchnia ziaren moze byc w wiekszosci przypadków pominieta. Wynika z tego, ze przy podobnym uziarniemu i strukturze powierzchni dla róznych materialów brykieto wa¬ rtych potrzebne sa takie same objetosci srodka wiazacego. Jezeli liczy sie materialy masowe, udzial srodka wiazacego w mieszaninie spada ze wzrastajaca masa wlasciwa brykietowanego mate¬ rialu. Jesli nosnik wegla w brykietach goracych, zwanych tez koksem formowanym , zastepowany jest kwarcem wzrasta masa wlasciwa brykietowa¬ nego materailu z 1,2—1,5 do 2,65 g/cm2. Prowadzi to do tego, ze potrzebny udzial srodka wiazacego moze byc obnizony z 30+3% do 22±3%.W zaleznos¬ ci od obciazenia i zawartosci skladników lotnych w stosowanym weglu wiazacym, po brykletowa- Zakl. Graf. Rad »470 4 niu na goraco pozostaje zawartosc wegla okolo 16,5+2%.Z obliczen stechiometrycznych wynika, ze ta za¬ wartosc wegla jest zbyt mala. Wzrost moze nas- 5 tepowac przez podwyzszenie udzialu wegla wiaza¬ cego lub przez dodanie dalszych nie spiekajacych sie nosników wegla, takich jak antracyt, koks naftowy, pólkoks lub koks wysokotemperaturowy, które wprowadzano sa do mieszaniny zamiast 13 kwarcu. Jesli wprowadza sie nosniki wegla, musi byc równiez przeprowadzone, z wyzej wymienio¬ nych powodów, odpowiednie podwyzszenie ilosci wegla wiazacego. ( Przyklad I. Sporzadza sie mieszanine 6.3,5% 15 wagowych piasku i 36,5% wagowych spiekajacego sie wegla, nie stosujac innych nosników wegla.Przy 70%-owej wydajnosci wegla pierwiastkowe¬ go, z wegla otrzymuje sie stosunek 63,5% wago¬ wych piasku i 25,55% wagowych wejgla lub 1000 20 kg piasku do 402 kg wegla. Wynik -odpowiada obliczeniom stechiometrycznym. W stosowanej praktyce, uwzglednia sie w pozadanym stosunku, ze popiól weglowy zawiera okolo 50% SiC2, któ¬ ry jest równiez redukowany i wymaga odpowied- -5 niej ilosci wegla. Otrzymana mieszanine brykie¬ tuje sie na goraco w temperaturze 350—5-50°C.Przyklad *II. Sporzadza sie mieszanine 66% wagowych piasku, 12% wagowych koksu naftowe¬ go i 22% wagowych spiekajacego sie wegla. Wy- "30 dajnosc wegla z koksu naftowego wynosi 80%, a ze spiekajacego sie wegla 70%. Otrzymuje sie stosunek 66% wagowych piasku do (10,8+15,4) % wagowych wegla albo 1000 kg piasku do 39.7 kg C.•Wynik jest bliski obliczeniom stechiometrycznym. '5 Równiez tu trzeba wziac poprawke uwzgledniaja¬ ca popiól z wegla spiekajacego sie. Otrzymana mieszanine brykietuje sie w temperaturze 350— —550°C.Przyklady wykazuja, ze brykiety dostarczaja 40 wystarczajacej ilosci wegla tak, ze nie ma -przesz-: kody przy zastosowaniu brykietów sprasowywa- nych na goraco do produkcji krzemu i stopów i krzemu w piecu elektrycznym. 45 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania wyprasek surowca za¬ wierajacych krzem i wegiel do produkcji krzemu lub stopów krzemu, zwlaszcza- stopów zelaza 5fl i krzemu w piecach elektrycznych, polegajacy na zmieszaniu drobnoziarnistego nosnika krzemu z drobnoziarnistym weglem i nastepnym brykie¬ towaniu mieszaniny, znamienny tym, ze miesza sie 60—70% wagowych nosnika krzemu, 20—30% 55 wagowych spiekajacego sie wegl# i 10^20% wa¬ gowych dodatkowego nosnika wegla, takiego jak spiekajacy sie wegiel i/lub niespiekajacy'sie we¬ giel i/lub _koks i/lub koks naftowy i/lub zwiazki organiczne i mieszanine te brykietuje sie na go- 60 raco w temperaturze 350—550°C. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w mieszaninie zawartosc wegla pochodzacego ze wszystkich nosników wegla stanowi 40% wago¬ wych Si02 zawartego w nosniku krzemu. n — 816/85 85 egz.A4 ( lam mm PL PL PL

Claims (2)

1.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania wyprasek surowca za¬ wierajacych krzem i wegiel do produkcji krzemu lub stopów krzemu, zwlaszcza- stopów zelaza 5fl i krzemu w piecach elektrycznych, polegajacy na zmieszaniu drobnoziarnistego nosnika krzemu z drobnoziarnistym weglem i nastepnym brykie¬ towaniu mieszaniny, znamienny tym, ze miesza sie 60—70% wagowych nosnika krzemu, 20—30% 55 wagowych spiekajacego sie wegl# i 10^20% wa¬ gowych dodatkowego nosnika wegla, takiego jak spiekajacy sie wegiel i/lub niespiekajacy'sie we¬ giel i/lub _koks i/lub koks naftowy i/lub zwiazki organiczne i mieszanine te brykietuje sie na go- 60 raco w temperaturze 350—550°C.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w mieszaninie zawartosc wegla pochodzacego ze wszystkich nosników wegla stanowi 40% wago¬ wych Si02 zawartego w nosniku krzemu. n — 816/85 85 egz.A4 ( lam mm PL PL PL