RU2057710C1

RU2057710C1 - Method of smelting of crystalline silicon or high- silicon grades of ferrosilicon in rotating ore-smelting electric furnaces

Info

Publication number: RU2057710C1
Application number: RU94010068A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Толстогузов; К.С. Елкин; Р.В. Пак; В.Н. Ильин; Д.К. Елкин
Original assignee: Братский алюминиевый завод
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: different parts of quartzite weighed portion are mixed separately with reducer and separately with expander and charged onto the furnace top. Quartzite is mixed with expander in volume proportion 1:1 and charged to the electrodes on the side of their running-down part. Quartzite mixed with reducer is charged over quartzite with expander on the side of the electrode running-up part. EFFECT: facilitated procedure. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве кристаллического кремния в цветной и высококремнистых ферросплавов в черной металлургии. The invention relates to metallurgy and can be used in the production of crystalline silicon in non-ferrous and high-silicon ferroalloys in ferrous metallurgy.

Кремний и высококремнистые ферросплавы находят все большее применение в технике. Без их использования невозможно современное производство полупроводников, силуминов и кремнийорганических соединений, силикокальция и других крайне необходимых материалов. Поэтому кремний и его сплавы важнейшая основа технического прогресса в авиации, моторостроении, электронной и электротехнической промышленности, металлургии и других отраслях народного хозяйства. Однако современное производство кремния и сплавов с высоким его содержанием сопровождается очень большими его потерями. Silicon and high-silicon ferroalloys are increasingly used in technology. Without their use, modern production of semiconductors, silumins and organosilicon compounds, silicocalcium, and other extremely necessary materials is impossible. Therefore, silicon and its alloys are the most important basis for technological progress in aviation, motor industry, electronic and electrical industries, metallurgy and other sectors of the national economy. However, the modern production of silicon and alloys with its high content is accompanied by very large losses.

Наиболее близким к заявляемому является способ производства, в котором шихта перед загрузкой на колошник печи смешивается с рыхлителем, например щепой или лигнином, а плавка осуществляется в печах с вращением ванны вокруг вертикальной оси (см. например М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин. Теория и технология производства ферросплавов. М. Металлургия, 1988, с.108). При таком способе плавки газы распределяются по шихте более равномерно, а ее спекание в верхних горизонтах печи уменьшается. Это создает возможность выплавки кремния и высококремнистых сплавов в мощных электропечах, часть дефицитного восстановителя древесного угля заменить нефтяным коксом и каменным углем. Closest to the claimed is a production method in which the mixture is mixed with a cultivator, for example wood chips or lignin, before loading onto the furnace top, and melting is carried out in furnaces with a bath rotating around a vertical axis (see, for example, M.I. Gasik, N.P. Lyakishev, B. I. Emlin. Theory and technology of production of ferroalloys. M. Metallurgy, 1988, p. 108). With this method of melting, the gases are distributed more evenly over the charge, and its sintering in the upper horizons of the furnace decreases. This creates the possibility of smelting silicon and high-silicon alloys in powerful electric furnaces, to replace part of the scarce reducing charcoal with petroleum coke and coal.

Однако и при подобном способе плавки избежать замедленного схода шихты в среднетемпературной зоне не удается. Это приводит к тому, что углерод шихты реагирует с кварцитом по схеме SiO_2т__→ SiO_газ+1/2O₂ (1) C+1/2O₂__→ CO (2) SiO_газ+2C __→ SiC_т+CO (3)
В результате значительная часть углерода шихты расходуется в среднетемпературной зоне на образование карбида, что уменьшает возможность улавливания SiO_газ, отходящего из высокотемпературной зоны печи и является главной причиной понижения извлечения кремния и образования при плавке этих сплавов огромного количества (до 1100 кг на 1 т кремния) технологической пыли.However, even with a similar melting method, it is not possible to avoid a delayed charge flow in the medium temperature zone. This leads to the fact that the charge carbon reacts with quartzite according to the scheme SiO _2t __ → SiO _gas + 1 / 2O ₂ (1) C + 1 / 2O ₂ __ → CO (2) SiO _gas + 2C __ → SiC _t + CO ( 3)
As a result, a significant part of the charge carbon is consumed in the medium temperature zone for carbide formation, which reduces the possibility of trapping SiO _gas from the high temperature zone of the furnace and is the main reason for the decrease in silicon extraction and the formation of a huge amount of these alloys during melting (up to 1100 kg per 1 ton of silicon) technological dust.

Задачей изобретения является повышение извлечения кремния за счет более быстрого схода части кварцита в горн печи. The objective of the invention is to increase the extraction of silicon due to the more rapid descent of part of quartzite in the furnace furnace.

Поставленные цели достигаются тем, что с восстановителем и рыхлителем смешивается и загружается на колошник только часть кварцита. Другая часть кварцита смешивается с рыхлителем в соотношении 1:1 по объему и загружается порциями к электродам со стороны сбегающей их части. The goals are achieved by the fact that only part of quartzite is mixed and loaded onto the top with a reducing agent and ripper. Another part of quartzite is mixed with a cultivator in a ratio of 1: 1 by volume and loaded in portions to the electrodes from the side of the runaway part.

При таком способе загрузки шихты кварцит через зазор, образующийся между электродом и сбегающей частью шихты, непосредственно из низкотемпературной колошниковой зоны попадает в горновую высокотемпературную зону печи. В результате реакция (1) развивается только с участием той части кварцита, которая загружается на колошник с обычной шихтой и углерод бесполезно по реакциям (2) и (3) не расходуется. Это увеличивает количество углерода, который может улавливать SiO_газ, остающегося от реакции (4) разрушения карбида SiO_газ + SiC_т 2Si_ж + CO (4) происходящей в горне печи. При температуре 2200 К, как известно, в равновесии с кремнием по реакции (4) находится газовая фаза, содержащая ≈ 50% SiO_газ. Поэтому даже небольшое уменьшение развития реакций (1) (3) увеличивает как количество монооксида, образующегося в горне и участвующего в реакции (4), так и степень его улавливания в зоне колошника. Это уменьшает спекание колошника и вынос пыли и увеличивает извлечение кремния.With this method of loading the charge of quartzite through the gap formed between the electrode and the run-off part of the charge, directly from the low-temperature top zone, it enters the furnace high-temperature zone of the furnace. As a result, reaction (1) develops only with the participation of that part of quartzite that is loaded onto the top with an ordinary charge and carbon is useless according to reactions (2) and (3). This increases the amount of carbon that can capture SiO _gas remaining from the reaction (4) destruction of the carbide SiO _gas + SiC 2Si _t _w + CO (4) taking place in the hearth furnace. At a temperature of 2200 K, as is known, the gas phase containing ≈ 50% SiO _{gas is} in equilibrium with silicon by reaction (4). Therefore, even a slight decrease in the development of reactions (1) (3) increases both the amount of monoxide formed in the furnace and participating in reaction (4), and the degree of its capture in the top zone. This reduces sintering of the top and the removal of dust and increases the extraction of silicon.

На поверхности кварцита естественно может происходить конденсация SiO_газ. Это может привести к его спеканию. Введение кварцита в смеси со щепой, не препятствуя конденсации SiO_газ, уменьшает спекание кварцита и улучшает условия его схода в горн печи. Однако добавка рыхлителя не может быть большой, так как при этом падает насыпной вес смеси и скорость схода кварцита. Поэтому объем рыхлителя в этой части шихты примерно равен объему кварцита. При этом основная часть рыхлителя заполняет полости между кусками кварцита мало изменяя и насыпной вес смеси, и скорость ее схода.Condensation of SiO _gas can naturally occur on the surface of quartzite. This can lead to sintering. The introduction of quartzite in a mixture with wood chips, without interfering with the condensation of SiO _gas , reduces the sintering of quartzite and improves its conditions in the furnace furnace. However, the addition of the cultivator cannot be large, since the bulk density of the mixture and the quartzite vanishing rate are reduced. Therefore, the volume of the ripper in this part of the charge is approximately equal to the volume of quartzite. In this case, the main part of the cultivator fills the cavities between the pieces of quartzite, while slightly changing both the bulk density of the mixture and its rate of descent.

Извлечение кремния в металл в предлагаемом способе плавки повышается и вследствие увеличения рыхлости основной шихты. В результате растет ее газопроницаемость, уменьшается спекание и улучшается улавливание SiO_газ.The extraction of silicon into metal in the proposed method of smelting is increased due to an increase in the friability of the main charge. As a result, its gas permeability increases, sintering decreases and the capture of SiO _gas improves.

П р и м е р 1. Для оценки возможных показателей плавки кремния для реальных условий плавки (Т 2200 К; SiO_равн 50%) построили физико-химические модели, в которых предлагаемым способом загружалось в горн печи 0, 25 и 50% кварцита соответственно. В результате моделирования получили следующие показатели плавки.Example 1. To assess the possible indicators of silicon melting for real melting conditions (T 2200 K; SiO _{equal to} 50%), physicochemical models were constructed in which the proposed method loaded 0, 25 and 50% quartzite into the furnace, respectively . As a result of simulation, the following melting indices were obtained.

Как видно из приведенных данных загрузка кварцита порциями со сбегающей стороны в количестве 25-50% от его расхода на плавку позволяет на 8-16,5% повысить извлечение кремния, уменьшить расход кварцита и более чем в 1,5-2 раза уменьшить вынос пыли. As can be seen from the above data, loading quartzite in portions from the downstream side in an amount of 25-50% of its consumption for smelting can increase silicon extraction by 8-16.5%, reduce quartzite consumption and reduce dust removal by more than 1.5-2 times .

П р и м е р 2. В условиях промышленной плавки в печи 16,5-25 МВА способ реализуется следующим образом. Шихта для плавки загружается колошами из расчета 300 кг кварцита. Она состоит из кварцита, древесного и каменного углей, нефтяного кокса и щепы, при этом расход восстановителя в 2 раза превышает стехиометрический. Колоша другой шихты состоит из 300 кг кварцита и равного его объему объема щепы. Загрузка шихты осуществляется следующим образом. Включается механизм вращения печи. Затем сначала со сбегающей стороны электрода загружается конусом к электроду тяжелая колоша, после чего поверх нее и с набегающей части электрода загружается колоша из кварцита, смеси восстановителей и щепы. В дальнейшем по мере проплавления шихты и ее схода операции повторяются. Загрузка при этом может осуществляться как порциями, так и целыми колошами. Металл из печи выпускается по мере его накопления как правило 2-4 раза в смену. PRI me R 2. In the conditions of industrial smelting in the furnace 16.5-25 MVA, the method is implemented as follows. The mixture for melting is loaded with ears at the rate of 300 kg of quartzite. It consists of quartzite, charcoal and coal, petroleum coke and wood chips, while the consumption of the reducing agent is 2 times higher than the stoichiometric. The top of the other mixture consists of 300 kg of quartzite and the volume of wood chips equal to its volume. Download the mixture as follows. The mechanism of rotation of the furnace is switched on. Then, first, from the runaway side of the electrode, a heavy pile is loaded with a cone to the electrode, after which a pile of quartzite, a mixture of reducing agents and wood chips is loaded on top of it and from the incident part of the electrode. In the future, as the charge is melted and its descent, operations are repeated. At the same time, loading can be carried out both in batches and in whole ears. Metal from the furnace is released as it accumulates, usually 2-4 times per shift.

Предлагаемый способ плавки позволяет получить следующие преимущества:
повысить извлечение кремния в металл на 8-16%
в 1,5-2 раза уменьшить выход технологической пыли;
уменьшить затраты сырья (кварцита на 350-750 кг/т; восстановителей на 200--300 кг/т) и электродов.The proposed method of melting allows you to get the following advantages:
increase the extraction of silicon into metal by 8-16%
1.5-2 times reduce the yield of process dust;
reduce the cost of raw materials (quartzite by 350-750 kg / t; reducing agents by 200-300 kg / t) and electrodes.

Claims

1. METHOD FOR Smelting CRYSTAL SILICON OR HIGH SILICATE FERROSILITIUM VARIETIES IN ROTATING ORE-THERMAL ELECTRIC FURNACES, including dosing, loading and continuous melting of a mixture of quartz, calcareous wood, and petroleum into two parts, after which one part is mixed with an equal volume of wood chips and loaded from the runaway side of the electrode, the other part with petroleum coke, charcoal and hard coal, wood chips and Rouge over the first part of the upwind side of the electrode, thus reducing, miscible with the second part of the charge, taken in an amount necessary to reduce all of quartzite from two parts hinge.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the first part of the sample quartzite take it 25 50 wt. and in the second part 50 to 75 wt. from the amount of quartzite supplied to the smelting.