PT94696A - Processo para o fabrico de briquetes de materia-prima - Google Patents

Description

Este invento diz respeito a um processo para o fabrico de moldes de matéria-prima, sobretudo para a produção de silicio ou ligas de silício em forno electrico de cuba baixa, misturando-se areia de quartzo, um porta-carbono não aglutinante, de preferência coque de petróleo, e um agente aglutinante contendo pez, ao mesmo tempo que esta mistura básica é briquetada em prê-moldes e os moldes de matéria--prima sao formados a partir dos pré-moldes por meio de um tratamento térmico de compactação. - No fabrico destes moldes de materia-prima, trabalha-se, geralmente, com areia de quart2o j na gama de granulação de 0,05 a 0,2 mm e nomeadamente com di-| ferentes cintas de granulação nesta gama. Isto significa que, | quando da produção de silicio de ferro, também se podem juntar í # adlcionalmente aos moldes de materia-prima finas partículas j de ferro ou finae particulas de óxido de ferro. No entanto, o ferro ou o óxido de ferro também podem ser adicionados ao leito de fusão do forno electrico de cuba baixa, de preferência em forma de peças ou peletes. Aliás, os moldes de materia-prima e o quartzo pertencem ao leito de fusão. - 0 invento refere--se ainda aos moldes de materia-prima fabricados de acordo com o processo.

Aos moldes de matéria-prima para a finalidade indicada são colocadas exigências especiais dos pontos de vista quimico e físico. Assim, sob o ponto de vista químico, quando se produz silicio, deve ter-se em conta (GB-PS 20 84 122) que, quando da passagem dos moldes de matéria-prima através do forno electrico de cuba baixa, primeiramente na parte superior, pode formar-se carboneto de silicio de acordo com a equação

Si02 + 3 C - SiC + 2 C0 4-

Para isso» o teor total de carbono em cada um dos moldes de materia-príma devera ser ajustado era conformidade.

Era geral» o ajustamento faz-se "supra -estequiometricamente" (GB-PS 21 50 128). Sob o ponto de vista fisico» tem de garantir-se que os moldes de matéria-prima» na sua passagem através do forno electrico de cuba baixa e especialmente quando da redução a SiC» nao se degradam» para» na parte inferior do forno electrico de cuba baixa» continuarem a reagir com o quartzo fundido» de acordo com a equação

Si02 + SiC - 3 Si + 2 C0

Isto quer dizer que no forno electrico de cuba baixa ainda se verificam outras reaeções. Entre outros, com as elevadas temperaturas do forno, de acordo com a equação

SiOg + C « SiO + C0 forma-se monoxido de silicio volátil que» influenciando o rendimento e o equilibrio térmico, se perde, em parte. ί \

No processo conhecido, do qual deriva o invento (DE-OS 37 24 541), trabalha-se com pré-moldes isentos de carvão aglutinante, assim como também é feita uma brl-quetagem de agentes aglutinantes, 0 tratamento térmico ê efec-tuado num forno tubular rotativo aquecido que, na sua parte inferior está de tal modo cheio de areia de quartzo que o tratamento térmico ê efectuado num leito de imersão de areia de quartzo. Este sistema resultou bem.

Nomêadamente na passagem dos moldes de matéria-prima fabricados deste modo através do forno elec-trico de cuba baixa, eles satisfazem todas as exigências e há uma garantia de que os processos químicos atrás referidos se realizam de forma bem definida. Em relação ao comportamento a longo prazo* antes da utilização, os moldes de materia-prima fabricados pelo processo conhecido carecem, no entanto, de aper feiçoamento. Com o tempo, a sua resistência mecânica durante o armazenamento diminui, por vezes, de forma incómoda* Isto é devido ao facto de ser difundido ar para dentro dos moldes de matéria-prima e, especialmente quando do armazenamento ao ar livre* também entrar água, o que vai influenciar as forças de ligação da ligação interior. Não é este o caso dos moldes de matéria-prima destinados ao mesmo fim, que são fabricados pelo processo da briquetagem a quente (PE-OS 30 09 808), no entanto, a briquetagem a quente é relativamente dispendiosa» A tarefa básica do invento é indicar um processo para o fabrico de moldes de matéria-prima, nomeadamente para a produção de siliclo ou ligas de silicio em forno electrico de cuba baixa, que dê origem a moldes de matéria-pri ma que, nao só na sua passagem através do forno electrico de cuba baixa, satisfaçam todas as exigências sob o ponto de vista físico e químico* mas além disso também se distingam pelo -6-

seu excelente comportamènto a longo prazo, nao perdendo a sua resistência, especialmente também durante o transporte e armazenagem ao ar livre.

Para solucionar esta questão, o invento ensina que, como agente aglutinante contendo pez, seja utilizada uma mistura de agentes aglutinantes de pez e carvão aglutinante, que apresente uma temperatura de mais de 100°G até 200°C; que a areia de quartzo e o porta-carbono não agluti. nante sejam misturados com a mistura de agentes aglutinantes Í a uma temperatura de mistura, que se situa na mesma gamá de temperaturas, e os pré-moldes sejam briquetados fora desta temperatura de mistura e sejam submetidos a um tratamento térmico, que apresenta uma temperatura final de mais de 450°C.

No processo de acordo com o invento, a briquetagem com a qual os moldes de matéria-prima sao produzidos a partir dos pré-moldes é uma briquetagem de agentes aglutinantes, tal como é habitual na produção de briquetes de carvão de pedra. Neste ponto, apesar do elevado teor de areia de quartzo dos pré-moldes, a tecnologia pode ser aplicada ã conhecida briquetagem de agentes aglutinantes. Em geral, trabalha-se com as habituais prensas de briquetagem e pressões * de compressão de 1 a 2 t/cm*.

Estranhamente, quando se utiliza a referida mistura de a$0íttfce aglutinantes referida e se observam os parâmetros indicados, os moldes de matéria-prima fabricados satisfazem todas as exigências, também no que diz respeito ao comportamento a longo prazo. Isto acontece especialmente, quando se trabalha com uma mistura de agentes aglutinantes sob a forma de liga de pez/carvão. Assim, no âmbito do invento, fala-

-se de uma liga pez/carvao, quando o pez e o carvão aglutinante como que se dissolveram um no outro e, deste modo, deu-se uma integração dos dois componentes num novo agente aglutinante ligado* Isto ê especialmente fãcil de conseguir, quando se trabalha com carvão de partículas bastante finas, Nos moldes de matéria-prima fabricados de acordo com o invento, a liga de pez/carvao ê, estranhamente, insensivel ao ar que se difunde e ã humidade.

No âmbito do invento, existem várias possibilidades de outros desenvolvimentos. Assim, obtêm-se resultados particularmente bons, sempre que, aquando da mistura, a areia de quartzo, o porta-carbono não aglutinante e a mistura de agentes aglutinantes, apresentam a mesma temperatura e se trabalha de preferência com uma temperatura de cerca de 160°C.

Enquanto que no processo conhecido, descrito na introdução (BE-OS 37 24 541), no tratamento termi-! co de compactaçio tem de se trabalhar com um forno tubular rotativo, de acordo com o invento, o tratamento térmico pode ser efectuado de outro modo, por exemplo numa grelha movei, que se desloca num forno ou numa câmara apropriada e ê coberta com os pré-moldes, formando uma ou várias camadas. Também de acor-| do com o invento, uma forma de execução preferida caracteriza--se pelo facto dos pré-moldes serem sujeitos ao tratamento térmico de compactação num forno tubular rotativo. Um tratamento térmico muito favorável e resistências finais elevadas são conseguidos quando se fabricam pré-moldes, cujo peso especifico, por ajustamento da proporção de mistura e da compactação, é maior do que o peso aparente da areia de quartzo, e quando estes pré-moldes, com vista ao tratamento térmico, são introduzidos num forno tubular rotativo aquecido, de tal modo cheio 1 1 3-

de ateia de quartzo que o tratamento térmico dos pre-moldes e feito num leito de imersão de areia de quartzo. A areia de quartzo tem, de preferência, uma temperatura de cerca de 500 a 530ÔC e concretamente, pelo menos na área da extremidade de salda do forno tubular rotativo. Neste caso, o forno tubular rotativo ê convenientemente cheio de areia de quartzo, de tal modo que o volume da areia de quartzo é maior do que o volume correspondente ao volume intersticial duplo dos pre-moldes a granel. De resto, neste aspecto, de acordo com o invento, pode recorrer-se a tecnologia revelada no DE-OS 3? 24 541.

Tendo em vista uma optimização, o invento recomenda que se trabalhe com uma mistura de agentes aglutinantes que, relativamente â mistura básica, a partir da qual os pré-moldes são briquetados, foi constituída, pelo menos, por 7% do peso de pez, sob a forma de pez proveniente de carvão e petróleo, especialmente pez de electrodos, e pelo menos por 12% do peso de carvão aglutinante de granulação fina. De preferência, trabalha-se com uma mistura de agentes aglutinantes que apresenta 7 a 12% do peso de pez e 12 a 14% do peso de carvão aglutinantes de granulação fina. Alem disso, trabalha-se com uma mistura básica que apresenta 20 a 40% do peso de areia de quartzo, a mistura de agentes aglutinantes e, no resto, coque de petróleo.

Trabalha-se, de preferência, com areis de quartzo com a granulação de 0,05 a 0,2 mm e com coque de petróleo com uma granulação inferior a 2 mm, em que, pelo menos 60%, é inferior a 0,5 mm.

Os moldes de materia-prima fabricados de acordo com o invento distinguem-se pelo seu comportamento a longo prazo e pelo seu comportamento no forno electrico de cuba baixa* No âmbito do invento, cabe á mistura básica misturar substâncias minerais de particulas finas. Deste modo, pode conseguir-se uma activaçao dos moldes de matéria-prima que se torna eficaz a uma temperatura superior a 1500°C. Os moldes de matéria-prima produzidos de acordo com o invento também podem ser utilizados no forno de cupula aquando da produção de ferro fundido e, concretamente, como porta-silicio e porta-car bono. 0 invento é, a seguir, descrito mais pormenorizadamente através de um exemplo de execução. Faz parte do exemplo de execução uma representação gráfica. Esta representação gráfica tem um eixo das ordenadas que indica a resistência dos moldes de materia-prima á pressão e um eixo das abcissas no qual está registado o tempo. 1) Para fabricar moldes de matéria-prima para a produção de silicio ou ligas de silicio no forno electrico de cuba baixa, misturaraj*-se infimamente, num primeiro ensaio, 38% do peso de areia de quartzo cora a granulação de 0,08 a 0,25 mm 50% do peso de coque de petróleo com a granulação de 2 mm e 12% do peso pez de electrodos, a uma temperatura de 160°C, 0 ponto de amolecimento do pez de electrodoa era de 90°C segundo Kaines. Apõe conclusão do proces so de mistura, a mistura básica preparada como atris se disse apresentava uma temperatura de 145°C. A partir desta mistura basica e apos arrefecimento da mesma para 105°C, com uma prensa de briqueta-gem fabricaram-se pré-moldes, sobretudo de forma esférica, com um diâmetro de cerca de 2 cm e, nomeadamente, com uma pressão de compressão de 1,5 t/cmâ. Os pré-moldes foram submetidos a um tratamento térmico de endurecimento num forno tubular rotativo, tal cõrao descrito, em pormenor, no BE-OS 37 24 541. Os moldes de matéria-prima fabricados, após armazenagem ao ar livre, mostravam, no que diz respeito á resistência â pressão, um comportamento a longo prazo, tal como se pode ver pela repre sentação gráfica na curva a).

No campo da resistência à pressão, antes da descida da curva a), no forno electrico de cuba baixa, eles satisfaziam todas as exigências sob o ponto de vista físico e quimico. 2) Num segundo ensaio» fundiram-se numa liga de pez/ /carvão, primeiramente uma parte do peso do pez de electrodos indicado no ensaio 1) e 1,8 partes do peso do carvão aglutinante, granulação 80% entre 0,1 a 0,2 mm, a uma temperatura de cerca de 160°C. Com 18% desta liga de pez/carvão - em vez do pez de electrodos utilizado no primeiro ensaio, no entanto nas mesmas condições - foi repetido o primeiro ensaio, concretamente até aos moldes de matéria-prima já prontos. A seguir ao armazenamento ao ar livre, estes apresentavam um comportamento a longo prazo, relativaraente à resistência ã pressão, I tal como ilustrado na curva b) da representação gráfica. 3) Num terceiro ensaio, o ensaio 2) foi repetido até ao fabrico dos pré-moldes que, no entanto, foram endurecidos numa grelha movei no mesmo tempo de tratamento e temperatura. A curva c) mostra a resistência i pressão dos moldes de matéria-prima fabricados deste modo.

Uma comparação das curvas a) b) e c) apresenta, de forma impressionante, os aperfeiçoamentos con, seguidos através do processo de acordo com o invento.

Claims (1)

1. REIVIHDICACdES Ia. - Processo para o fabrico de moldes de matéria-prima, sobretudo para a produção de àilicio ou ligas de silicio em forno electrico de cuba baixa, pelo qual são misturados areia de quartzo* um porta-carbono não aglutinante, de preferência coque de petróleo, e um agente agiu tinante contendo pez, ao mesmo tempo que esta mistura básica é brlquetada em pre-moldes, a partir dos quais são formados os moldes de matéria-prima, através de um tratamento térmico de compactação, caracterizado pelo facto de, como agente aglutinante contendo pez, ser utilizada uma mistura de agentes agiu tinantes de pez e carvão aglutinante que apresenta uma mistura de mais de 100°G a 200°C, sendo a areia de quartzo e o porta-carbono não aglutinante misturados com a mistura de agentes aglutinantes a uma temperatura de mistura que se situa na mesma gama de temperatura e os pré-moldes são briquetados fora desta temperatura de mistura e submetidos a um tratamento térmico que apresenta uma temperatura final superior a 450°C, 2a, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se trabalhar com uma mistura de agentes aglutinantes sob a forma de uma liga de pez/carvão.

   3*. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2 earacterizado pelo facto de a areia de quartzo, o porta-carbono nao aglutinnate e a mistura de agen tes aglutinantes apresentarem a mesma temperatura aquando da mistura* 4*, - Processo de acordo com uma das reivindicações X a 3, earacterizado pelo facto de se tra balhar com uma temperatura de cerca de 160°C, 5a. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, earacterizado pelo facto de os pré--moldes serem num forno tubular rotativo submetidos ao tratamento târmico de compactação. 6a. - Processo de acordo com a reivindicação 5, earacterizado pelo facto de serem produzidos pre--moldes cujo peso especifico, por ajustamento da proporção de mistura e da compressão, ê maior do que o peso aparente da areja de quartzo e estes pré-moldes com vista a um tratamento térmico serem introduzidos nua forno tubular rotativo que estã de tal modo cheio de areia de quartzo que o tratamento térmico dos pré-moldes é feito num leito de imersão de areia de quartzo.

   7», - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de o forno tubular rotativo estar de tal modo cheio de areia de quartzo que o volume da areia de quartzo é maior do que o que corresponde ao volume intersticial duplo dos pre-moldes a granel. 8*. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de se trabalhar com uma mistura de agentes aglutinantes que, relativamente ã mistura bãsica, a partir da qual os pré-moldes são briquetados, foi formada, pelo menos, por 7% do peso de pez, sob a forma de pez proveniente de carvão ou de petróleo, especialmente pez de electrodos, e pelo menos, por 12% do peso de carvão aglutinante de granulação fina* 9a. - Processo de acordo com a rei-! vindicação 8, caracterizado pelo facto de se trabalhar com uma mistura inicial que apresenta 20 a 40% do peso de areia de quer. tzo, a mistura dos agentes aglutinantes e, no residuo, coque de petróleo assim como, eventualmente activadores. 10*. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de se trabalhar com areie de quartzo com uma granulação de 0,05 a 0,2 mm e com coque de petróleo com uma granulação inferior a 2 mm, sendo, pelo menos 15- ,>C ·' 60%, inferior a 0,5 ora* 11*. - Briquetes de matêria-prima caracterisado por serem fabicados pelo processo, de acordo cora uma das reivindicações de 1 a 10. Lisboa, 13 de Julho de 1990

   Aganta OfíGisi da Prepiiedade Ináustrial bua victgh co«d©n, io-a, i.· 1200 LISBOA