RU107579U1 - SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION - Google Patents

SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION Download PDF

Info

Publication number
RU107579U1
RU107579U1 RU2010137425/02U RU2010137425U RU107579U1 RU 107579 U1 RU107579 U1 RU 107579U1 RU 2010137425/02 U RU2010137425/02 U RU 2010137425/02U RU 2010137425 U RU2010137425 U RU 2010137425U RU 107579 U1 RU107579 U1 RU 107579U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
lining
carbon
silicon
heat
Prior art date
Application number
RU2010137425/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Владимирович Черняховский
Павел Григорьевич Паткин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Сибинженерпроект" (ООО "СибИП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Сибинженерпроект" (ООО "СибИП") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Сибинженерпроект" (ООО "СибИП")
Priority to RU2010137425/02U priority Critical patent/RU107579U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU107579U1 publication Critical patent/RU107579U1/en

Links

Landscapes

  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)

Abstract

Футеровка электродуговой печи для производства кремния, содержащая металлический кожух, слой теплоизоляционного материала, кирпичную кладку, слой заполнителя из углеродистого материала, боковые и подовые углеродные блоки, отличающаяся тем, что слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста, кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича, а слой углеродистого материала между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из слоя сажи толщиной не менее 1,4 толщины бокового углеродного блока. Lining of an electric arc furnace for the production of silicon, containing a metal casing, a layer of heat-insulating material, brickwork, a filler layer of carbon material, side and hearth carbon blocks, characterized in that the layer of heat-insulating material is made of asbestos sheet, the brickwork is made of layers of heat-insulating and refractory brick, and a layer of carbon material between the layer of refractory brick and carbon blocks is made of a soot layer with a thickness of not less than 1.4 the thickness of the side angle native block.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к металлургии и может быть использовано при производстве кремния карботермическим восстановлением в электродуговых печах.The proposed technical solution relates to metallurgy and can be used in the production of silicon by carbothermic reduction in electric arc furnaces.

Футеровка печи является одним из определяющих факторов технологического процесса получения кремния, обеспечивающих высокое качество получаемого продукта и длительную безаварийную эксплуатацию оборудования.The lining of the furnace is one of the determining factors in the technological process for producing silicon, which ensures the high quality of the product and long-term trouble-free operation of the equipment.

Известна футеровка ванны руднотермической электропечи, включающая в себя металлический корпус, теплоизоляционный слой из сыпучего материала, огнеупорную кладку стен из кирпичей и угольных блоков, в которой вертикальные швы между угольными блоками и кирпичной кладкой по всему периметру стен выполнены из мелкодисперсного глинозема (патент РФ №2115874, F27D 1/00, 1998 г., [1]). Использование слоя мелкодисперсного глинозема предотвращает окисление угольных блоков, повышает срок службы футеровки. Однако, данное конструктивное выполнение футеровки не обеспечивает в полной мере теплоизоляционных свойств и требований по технике безопасности эксплуатации печи, в частности - температуру на наружной поверхности металлического кожуха не более 60°С.A known lining of a bath of an ore-thermal electric furnace, which includes a metal case, a heat-insulating layer of granular material, refractory masonry of walls made of bricks and coal blocks, in which the vertical seams between the coal blocks and brickwork along the entire perimeter of the walls are made of finely divided alumina (RF patent No. 21115874 , F27D 1/00, 1998, [1]). The use of a layer of finely dispersed alumina prevents the oxidation of coal blocks and increases the service life of the lining. However, this structural design of the lining does not fully provide the heat-insulating properties and safety requirements for the operation of the furnace, in particular, the temperature on the outer surface of the metal casing is not more than 60 ° C.

Известна футеровка рудовосстановительной печи, содержащая металлический кожух, теплоизоляционную засыпку, кирпичную кладку, угольные боковые и подовые блоки, которая дополнительно снабжена вертикальными слоями - заполнителями из углеродистой массы и кокса крупностью 15-25 мм, размещенными между кирпичной кладкой и боковыми угольными блоками (А.с. СССР №1504476, F27D 1/00, 1989 г., [2]).A lining of an ore reduction furnace is known, comprising a metal casing, a heat-insulating backfill, brickwork, coal side and hearth blocks, which is additionally provided with vertical layers of fillers of carbon mass and coke with a grain size of 15-25 mm, placed between the brickwork and the side coal blocks (A. S. USSR No. 1504476, F27D 1/00, 1989, [2]).

По назначению, технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.By purpose, technical nature, the presence of similar features, this solution is selected as the closest analogue.

Недостаток известного решения - нестабильность состава заполнителей при высокотемпературных нагрузках, обеспечение не в полной мере теплоизоляционных свойств, предотвращение проникновения в расплав примесей из футеровки и требований техники безопасности по температуре наружной поверхности кожуха.A disadvantage of the known solution is the instability of the composition of the aggregates at high temperature loads, the provision of incompletely insulating properties, the prevention of the penetration of impurities from the lining into the melt and the safety requirements for the temperature of the outer surface of the casing.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества получаемого кремния, повышение срока службы футеровки печи и соответствие требованиям техники безопасности по температуре наружной поверхности металлического кожуха.The objective of the proposed technical solution is to improve the quality of the obtained silicon, increase the service life of the furnace lining and comply with safety requirements for the temperature of the outer surface of the metal casing.

Техническими результатами являются повышение теплоизоляционных свойств футеровки, предотвращение диффузии примесей элементов из футеровки в жидкий кремний, предохранение нарушение целостности угольных блоков.Technical results include increasing the insulating properties of the lining, preventing the diffusion of impurities of elements from the lining into liquid silicon, and preventing the violation of the integrity of coal blocks.

Технические результаты достигаются тем, что в футеровке электродуговой печи для производства кремния, содержащей металлический кожух, слой теплоизоляционного материала, кирпичную кладку, слой заполнителя из углеродистого материала, боковые и подовые углеродные блоки, слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста, кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича, а слой углеродистого материала между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из слоя сажи толщиной не менее 1,4 толщины бокового углеродного блока.Technical results are achieved in that in the lining of an electric arc furnace for the production of silicon, containing a metal casing, a layer of heat-insulating material, brickwork, a filler layer of carbon material, side and hearth carbon blocks, a layer of heat-insulating material is made of asbestos sheet, brickwork is made of layers heat-insulating and refractory bricks, and the layer of carbon material between the layer of refractory bricks and carbon blocks is made of a soot layer not less than e 1.4 thickness of the side carbon block.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.A comparative analysis of the proposed technical solution with the solution selected as the closest analogue shows the following.

Предлагаемая футеровка и футеровка по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:The proposed lining and lining according to the closest analogue are characterized by similar features:

- металлический кожух;- metal casing;

- слой теплоизоляционного материала;- a layer of insulating material;

- кирпичная кладка;- brickwork;

- слой заполнителя из углеродистого материала;- a filler layer of carbon material;

- боковые и подовые углеродные блоки.- side and hearth carbon blocks.

Предлагаемая футеровка также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих футеровку по ближайшему аналогу:The proposed lining is also characterized by signs that are different from the signs characterizing the lining according to the closest analogue:

- слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста;- a layer of thermal insulation material is made of sheet asbestos;

- кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича;- brickwork is made of layers of heat-insulating and refractory bricks;

- слой углеродистого материала между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из слоя сажи;- a layer of carbon material between the layer of refractory bricks and carbon blocks is made of a layer of soot;

- слой сажи выполнен толщиной не менее 1,4 толщины бокового углеродного блока.- the carbon black layer is made with a thickness of at least 1.4 thicknesses of the side carbon block.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности полезной модели «новизна».The presence in the proposed solution of signs that are different from the signs that characterize the solution according to the closest analogue allows us to conclude that it meets the condition of patentability of the useful model of "novelty."

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.The technical essence of the proposed solution is as follows.

При производстве кремния высокого качества, например для солнечных батарей, карботермическим способом возникает вопрос защиты восстановленного продукта (Si) от влияния футеровки печи. Процесс восстановления ведут при условии, когда температура внутренняя стенка шахты печи из углеродных блоков достигает 2000°С. При этом из огнеупорной футеровки в кремний активно диффундирует бор. Установлено, что при снижении температуры шамотной футеровки до температуры не более 800°С, диффузия бора прекращается (г.Грабмайер, фирма Сименс, Черняховский Л.В., Россия). Цель достигается путем создания теплоизоляционного слоя между графитовыми блоками и шамотом, предотвращающего диффузию бора из футеровки в расплав. Таким материалом может служить сажа, графитовый войлок и другие углеродистые материалы. В предлагаемом решении используется слой сажи, как материал, имеющий высокое термическое сопротивление и более технологичный при монтаже футеровки.In the production of high-quality silicon, for example for solar cells, in a carbothermic manner, the question arises of protecting the reduced product (Si) from the influence of the furnace lining. The recovery process is carried out under the condition that the temperature of the inner wall of the shaft of the furnace from carbon blocks reaches 2000 ° C. In this case, boron actively diffuses from the refractory lining to silicon. It has been established that when the temperature of the fireclay lining is reduced to a temperature of not more than 800 ° C, boron diffusion ceases (Grabmeier, Siemens, Chernyakhovsky LV, Russia). The goal is achieved by creating a heat-insulating layer between graphite blocks and chamotte, which prevents the diffusion of boron from the lining into the melt. Such material may be carbon black, graphite felt and other carbon materials. The proposed solution uses a soot layer as a material having a high thermal resistance and is more technologically advanced when installing the lining.

Толщина этого слоя определяется расчетным путем и зависит от толщины углеродной футеровки, мощности печи, технологической температуры процесса. Варьирование толщиной слоя сажи позволяет изменять как вид материалов, используемых для изготовления футеровки, так и регламентировать их расход, в зависимости от конструктивных особенностей печи, от технологических потребностей и с учетом снижения стоимости футеровки, упрощения и сокращения времени монтажа и повышения срока эффективной эксплуатации футеровки. Кроме того, при использовании слоя сажи необходимой толщины позволяет выполнить требование безопасного ведения процесса по температуре наружной поверхности металлического кожуха - не более 60°С.The thickness of this layer is determined by calculation and depends on the thickness of the carbon lining, furnace power, process temperature. Varying the thickness of the soot layer allows you to change both the type of materials used to manufacture the lining, and to regulate their consumption, depending on the design features of the furnace, on technological needs and taking into account the reduction in the cost of the lining, simplification and reduction of installation time and increase the effective life of the lining. In addition, when using a soot layer of the required thickness, the requirement to safely conduct the process according to the temperature of the outer surface of the metal casing is not more than 60 ° C.

Результаты экспериментов по определению необходимой и достаточной толщины слоя сажи приведены в таблице 1.The results of experiments to determine the necessary and sufficient thickness of the soot layer are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 №п\п№p \ p Толщина бокового углеродного блока, мм.The thickness of the side carbon block, mm Толщина слоя сажи, мм Soot layer thickness, mm Температура внутренней поверхности шамота, °СThe temperature of the inner surface of the fireclay, ° C Содержание бора в кремнии, ppm.The boron content in silicon, ppm. Температура наружной поверхности. °СOutside temperature. ° C 1one 50fifty 6565 826826 1,301.30 6868 22 50fifty 7070 800,6800.6 1,0051.005 6060 33 50fifty 7878 780780 1,00031,0003 5858 4four 50fifty 100one hundred 732,0732.0 1,00031,0003 5757 55 50fifty 120120 700,0700,0 1,00021,0002 56,356.3 66 50fifty 150150 650650 следыtraces 53.453.4

Для печей большой мощности с технологической температурой ≈2000°С толщина слоя сажи должна быть не менее 1,4 толщины бокового углеродного блока. При толщине слоя менее 1,4 толщины бокового углеродного блока не обеспечивается предотвращения диффузии бора в жидкий кремний. Использование слоя сажи более 1,4 толщины бокового углеродного блока обеспечивает необходимую степень чистоты получаемого кремния по примесям, но повышение толщины слоя сажи более чем в два раза толщины бокового углеродного блока целесообразно при конструктивном изменении футеровки: изменение толщины слоев материалов, применение других материалов. При этом требуется проводить дополнительный тепловой расчет с учетом теплофизических свойств материалов.For high-power furnaces with a technological temperature of ≈2000 ° С, the thickness of the soot layer should be at least 1.4 of the thickness of the side carbon block. When the layer thickness is less than 1.4 of the thickness of the side carbon block, it is not possible to prevent the diffusion of boron into liquid silicon. The use of a carbon black layer of more than 1.4 thicknesses of the side carbon block provides the necessary degree of purity of the obtained silicon by impurities, but increasing the thickness of the carbon black layer by more than two times the thickness of the carbon side block is advisable for constructive changes in the lining: changing the thickness of the layers of materials, the use of other materials. In this case, an additional thermal calculation is required taking into account the thermophysical properties of the materials.

Футеровка электродуговой печи содержит (фиг.1) металлический кожух, 1, толщиной 5 мм, слой теплоизоляционного материала из листового асбеста, 2, толщиной 5 мм, кирпичную кладку из слоя диатомитового кирпича, 3, толщиной 130 мм, из слоя огнеупорного кирпича, 4, толщиной 130 мм, слой заполнителя из сажи, 5, толщиной 78 мм, боковые углеродные блоки, 6, толщиной 50 мм, и подовые углеродные блоки, 7.The lining of the electric arc furnace contains (Fig. 1) a metal casing, 1, 5 mm thick, a layer of heat-insulating material from sheet asbestos, 2, 5 mm thick, brickwork from a layer of diatomaceous brick, 3, 130 mm thick, from a layer of refractory brick, 4 , 130 mm thick, carbon black filler layer, 5, 78 mm thick, side carbon blocks, 6, 50 mm thick, and hearth carbon blocks, 7.

Футеровка электродуговой печи работает следующим образом. Тепловой поток из рабочего пространства печи через образующийся в процессе работы печи гарнисаж (не показан), через углеродные блоки 6, проходит через слой пористого углеродистого заполнителя из сажи 5, а затем через слои огнеупорного кирпича 4, диатомитового кирпича 3, слой теплоизоляционного материала из листового асбеста 2 и достигает металлического кожуха 1. При этом, при нагреве слоев футеровки происходит диффузия элементов из материалов футеровки в сторону расплава кремния в печи. Наличие слоя углеродистого заполнителя из сажи, 5, толщиной 78 мм (1,56 толщины бокового углеродного блока), обеспечивает температуру на внутренней поверхности шамотной футеровки ~780°С, что предотвращает диффузионный процесс. Расчет толщин слоев кирпичной кладки (огнеупорного и теплоизоляционного), толщины слоя из листового асбеста, обеспечивает также температуру на наружной поверхности металлического кожуха ~58°С (по требованиям ТБ не более 60°С), что обеспечивает требования техники безопасности эксплуатации печи.The lining of the electric arc furnace operates as follows. The heat flow from the working space of the furnace through the skull (not shown) formed during the operation of the furnace, through the carbon blocks 6, passes through a layer of porous carbon filler from soot 5, and then through layers of refractory brick 4, diatomite brick 3, a layer of heat-insulating material made of sheet asbestos 2 and reaches the metal casing 1. In this case, when the layers of the lining are heated, elements from the lining materials diffuse towards the silicon melt in the furnace. The presence of a layer of carbon filler from carbon black 5, 78 mm thick (1.56 thickness of the side carbon block), provides a temperature on the inner surface of the fireclay lining of ~ 780 ° C, which prevents the diffusion process. The calculation of the thicknesses of the layers of brickwork (refractory and heat-insulating), the thickness of the layer of sheet asbestos, also provides a temperature on the outer surface of the metal casing of ~ 58 ° C (according to the requirements of TB no more than 60 ° C), which ensures the safety requirements for the operation of the furnace.

ИНФОРМАЦИЯINFORMATION

1. Патент РФ №2115874, F27D 1/00, 1998 г.1. RF patent №2115874, F27D 1/00, 1998

2. А.с. СССР №1504476, F27D 1/00, 1989 г.2. A.S. USSR No. 1504476, F27D 1/00, 1989

Claims (1)

Футеровка электродуговой печи для производства кремния, содержащая металлический кожух, слой теплоизоляционного материала, кирпичную кладку, слой заполнителя из углеродистого материала, боковые и подовые углеродные блоки, отличающаяся тем, что слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста, кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича, а слой углеродистого материала между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из слоя сажи толщиной не менее 1,4 толщины бокового углеродного блока.
Figure 00000001
Lining of an electric arc furnace for the production of silicon, containing a metal casing, a layer of heat-insulating material, brickwork, a filler layer of carbon material, side and hearth carbon blocks, characterized in that the layer of heat-insulating material is made of sheet asbestos, the brickwork is made of layers of heat-insulating and refractory brick, and a layer of carbon material between the layer of refractory brick and carbon blocks is made of a soot layer with a thickness of not less than 1.4 the thickness of the side angle native block.
Figure 00000001
RU2010137425/02U 2010-09-08 2010-09-08 SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION RU107579U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137425/02U RU107579U1 (en) 2010-09-08 2010-09-08 SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010137425/02U RU107579U1 (en) 2010-09-08 2010-09-08 SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU107579U1 true RU107579U1 (en) 2011-08-20

Family

ID=44756086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010137425/02U RU107579U1 (en) 2010-09-08 2010-09-08 SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU107579U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100457681C (en) High conductive high strength graphite brick for ultralarge blast furnace, its production technology and application
CN107973610B (en) Silicon carbide ramming mass taking waste silicon carbide saggar as main raw material
US8163230B2 (en) Rotary hearth furnace for treating metal oxide materials
CN201273767Y (en) Multifunctional industrial furnace and continuous smelting system comprising the industrial furnace
CN109913662A (en) The method for improving high-titanium blast furnace slag carbonization electric furnace liner service life
CN102992805B (en) High-thermal conductivity ultramicropore carbon brick and preparation method thereof
CN111349732A (en) Blast furnace hearth structure differentiation processing method
CN201520775U (en) Direct reduction process pot furnace device
CN103979981B (en) A kind of big specification semi-graphite carborundum carbon brick and production technology thereof
RU107579U1 (en) SILICON FURNACE LINING FOR SILICON PRODUCTION
RU98063U1 (en) ORE-THERMAL FURNACE LINING
CN217025359U (en) Ladle device for blowing air outside silicon furnace
US2385333A (en) Furnace
CN113716945B (en) Low-thermal-conductivity lightweight silica brick and preparation method thereof
US2265284A (en) Melting copper
Lindstad et al. Monolithic furnace linings for production of ferro-alloys
CN206997760U (en) A kind of ladle with vacuum layer
JP2016180043A (en) Vertical pyrolysis furnace for manufacturing ferrocoke
CN205316988U (en) Combination formula furnace wall of hot stove in long -life ore deposit
JP6315037B2 (en) Lined refractories for continuous casting tundish
CN105777145A (en) Environment-friendly low-carbon injection mix
CN204944220U (en) A kind of cast stone fusing waste heat of cupola furnace utilizes device
JP2014185267A (en) Vertical dry distillation furnace
CN216864292U (en) Composite furnace lining structure of pre-vacuumized high-temperature carburizing multipurpose furnace
CN203021627U (en) Furnace bottom structure of ferro-nickel furnace with power of more than 16500 KW

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20110909