RU2146650C1 - Способ рафинирования кремния и его сплавов - Google Patents
Способ рафинирования кремния и его сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146650C1 RU2146650C1 RU98117437A RU98117437A RU2146650C1 RU 2146650 C1 RU2146650 C1 RU 2146650C1 RU 98117437 A RU98117437 A RU 98117437A RU 98117437 A RU98117437 A RU 98117437A RU 2146650 C1 RU2146650 C1 RU 2146650C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- silicon
- ladle
- air
- inert gas
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к очистке кремния-сырца, выплавляемого в рудно-термических печах, и его сплавов, например ферросилиция. Сущность изобретения заключается в способе рафинирования кремния и его сплавов, включающем обработку расплава в ковше в присутствии флюса кислородом, подаваемым через устройство для продувки газа, при этом обработку расплава проводят в две стадии: на первой стадии расплав продувают смесью кислорода с воздухом и/или инертным газом в процессе выливки расплава из печи в ковш до его заполнения при непрерывной равномерной подаче флюса на поверхность расплава, на второй стадии после заполнения ковша расплав обрабатывают воздухом и/или инертным газом, причем продувку расплава газами осуществляют через пористую часть днища ковша. Кроме того, обработку расплава кремния на второй стадии воздухом и/или инертным газом проводят до достижения температуры расплава в ковше 1450-1550°С, при этом в расплав кремния на второй стадии могут подавать мелочь рафинируемого кремния. По изобретению получают продукт - кремний повышенного качества из низкосортного сырья. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к очистке кремния-сырца, выплавляемого в рудно-термических печах и его сплавов, например, ферросилиция.
Кремний получают более, чем в 95% путем восстановления кремнезема углеродом в электрических печах. Полученный кремний-сырец, как правило, содержит примеси алюминия, кальция, углерода и т.д.
В течение длительного периода ведутся поиски повышения чистоты кремния, прежде всего в процессе его производства. Одним из направлений повышения чистоты кремния является использование высококачественного сырья, которое не всегда можно найти на сырьевом рынке.
Известен способ очистки кремния по патенту Швеции N 160182 НКИ 12i38, который предусматривает очистку от алюминия и кальция путем продувки расплавленного кремния элементарным хлором. Ограниченное применение данного способа связано с наличием ядовитых газов. При хлорировании кремния примеси, такие как алюминий и кальций, переходят в хлориды, очистка от которых требует применения сложной аппаратуры и больших капитальных затрат.
Известен способ очистки кремния по патенту Франции N 1160477, МПК C 01 в, заявлено 5 ноября 1956г., опубликовано 16 июля 1958 г.
Данный способ предусматривает очистку кремния путем воздействия на расплавленный кремний окислительным газом на выходе из печи. В качестве окислительного газа может быть использован кислород или воздух, в качестве флюса - щелочные соли.
В качестве примера приведен способ осуществления, который описан в патенте.
Цитируем.
Кремний из печи переливали непрерывно в большой ковш, где он постоянно накапливался. Непосредственно над ковшом располагали горелку, инициирующую окислительное пламя. Горелку располагали таким образом, чтобы жидкий кремний на выходе из печи пересекался с окислительным пламенем. Кроме того, пламя контактировало с поверхностью жидкого металла, находящегося в ковше, до момента его разливки в изложницы.
Как один из вариантов горелки использовали мазутную горелку, расходующую ~ 150м3 воздуха и 45 кг мазута в час. Температура кремния на выходе из печи составляла ~1800oC. Анализы неочищенного кремния брались на выходе из печи, а очищенного кремния - на выходе ковша перед разливкой в изложницы.
В таблице приведены полученные результаты (средние) способа по патенту.
Описанный способ очистки металла может быть использован без всяких модификаций для очистки ферросилиция различного состава.
Известен наиболее прогрессивный способ рафинирования кремния и его сплавов по авт. св. СССР N 835063, МПК C 01 В 33/02, опубл. 1996 г., по которому с целью повышения степени очистки обработку расплавленного кремния ведут путем его продувки кислородом в присутствии флюса при весовом соотношении флюс:кислород, равном 2-7:1.
В качестве флюса использовали комплекс компонентов, состоящий из SiO2, NaF, Al2O3, Cа0. Содержание примесей после рафинирования кремния, таким способом, составили Fe-0,33%, А1- 0,1%, Cа-0,05%. Суммарные потери кремния составили 1%.
К недостаткам данной технологии следует отнести значительный расход кислорода при продувке всего объема расплава и, как следствие, за счет большого количества тепла, выделяемого от сгорания примесей и кремния, большие потери кремния.
Кроме того, при продувке кислородом расплава кремния через графитовую трубу, установленную под зеркало расплава, процесс рафинирования идет неэффективно. Это связано с тем, что при продувке ограниченная зона воздействия кислорода на расплав определена конусом. Т.е. верхняя часть расплава мерзнет, а нижняя и с боков около стенок ковша остается горячей, поэтому процесс рафинирования идет не в полном объеме.
По своей технической сущности и достигаемому результату данное решение по авт.св. СССР N 835063 принято за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества конечного продукта - кремния, получаемого из низкосортного сырья.
Техническим результатом предложенного способа является получение кремния с минимальным содержанием примесей и максимальным содержанием кремния.
Кроме того, дополнительным техническим результатом способа является снижение рафинирующих агентов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе рафинирования кремния и его сплавов, включающем обработку расплава в ковше в присутствии флюса кислородом, подаваемым через устройство для продувки газа, обработку расплава ведут в две стадии: на первой стадии расплав продувают смесью кислорода с воздухом и/или инертным газом в процессе выливки расплава из печи в ковш до его заполнения при непрерывной и равномерной подаче флюса на поверхность расплава, на второй стадии после заполнения ковша расплав обрабатывают воздухом и/или инертным газом до достижения температуры расплава в ковше 1450-1550oC, причем продувку расплава газами осуществляют через пористую часть днища ковша, при этом в расплав на второй стадии подают мелочь рафинируемого кремния.
Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется.
При обработке расплава кремния кислородом по авт.св. N 835063 происходит интенсивное реагирование компонентов расплава, в результате чего получаются плотные шлаковые фазы. Процесс окисления компонентов расплава идет с выделением значительного количества тепла и поэтому дополнительной тепловой энергии не требуется.
Например, при рафинировании кремния по реакции выделяются следующие количества тепла:
4 Al + 3O2 = 2 А12O3 - 7400 ккал/кг Al
Si + O2 = SiO2 - 7600 ккал/кг Si
2 Ca + O2 = 2 CaO - 3800 ккал/кг Ca
4 Al + 3SiO2 = 3Si + 2Al2O3 - 1200 ккал/кг Al
2 Ca + SiO2 = Si + 2CaO - 1100 ккал/кг Ca.
4 Al + 3O2 = 2 А12O3 - 7400 ккал/кг Al
Si + O2 = SiO2 - 7600 ккал/кг Si
2 Ca + O2 = 2 CaO - 3800 ккал/кг Ca
4 Al + 3SiO2 = 3Si + 2Al2O3 - 1200 ккал/кг Al
2 Ca + SiO2 = Si + 2CaO - 1100 ккал/кг Ca.
По этой технологии кислород ограниченно воздействует на объем расплава в ковше, кроме того, выступая в качестве окислителя и носителя самого себя при продувке расплава требует значительного расхода, сжигая кремний.
Предлагаемая технология предусматривает использование кислорода, как главного окислителя компонентов расплава вместе с газом: воздухом и/или инертным газом, которые выступают в качестве носителя кислорода, при непрерывной и равномерной подаче стехиометрического количества флюса.
Процесс проводят в две стадии:
На первой - в процессе выливки расплава из печи ведется продувка его через пористую часть днища, проницаемого для газа и непроницаемого для расплава, кислородом с воздухом и/или инертным газом при равномерной и непрерывной подаче флюса на поверхность расплава. Первая стадия проводится до заполнения ковша. В зависимости от объема наполнения ковша расплавом расход газа осуществлялся дифференцированно и регулировался ротаметром, т.е. расход газа в начале заполнения ковша расплавом - минимальный, в конце заполнения - максимальный.
На первой - в процессе выливки расплава из печи ведется продувка его через пористую часть днища, проницаемого для газа и непроницаемого для расплава, кислородом с воздухом и/или инертным газом при равномерной и непрерывной подаче флюса на поверхность расплава. Первая стадия проводится до заполнения ковша. В зависимости от объема наполнения ковша расплавом расход газа осуществлялся дифференцированно и регулировался ротаметром, т.е. расход газа в начале заполнения ковша расплавом - минимальный, в конце заполнения - максимальный.
На второй - расплав продувают только воздухом и/или инертным газом, до снижения температуры расплава. Оптимальная температура 1450-1550oC для качественного разделения шлаков от чистого металла, разливаемого в изложницы.
При использовании продувки расплава через днище ковша температура расплава практически одинакова по всему объему ковша.
Пределы снижения температуры расплава до 1450-1550oC выбраны на основе экспериментальных данных. В этих пределах вязкость шлака в нижней части ковша достаточно большая, которая обеспечивала необходимое разделение шлака от чистого металла и в то же время обеспечивала достаточные условия разливки расплава в изложницы. При температурах ниже 1450oC ухудшаются условия разливки металла в изложницы, при температуре выше 1550oC условия разделения шлака от чистого металла снижаются.
Сравнение предлагаемой технологии по рафинированию кремния и его сплавов с технологией по прототипу показывает что она отличается:
- дополнительным использованием воздуха и/или инертного газа при обработке расплава;
- двухстадийной обработкой расплава: на первой стадии использование смеси кислорода, воздуха и/или инертного газа при непрерывной и равномерной подаче флюса на поверхность расплава в процессе его выливки из печи в ковш, до его заполнения, на второй стадии, после заполнения ковша, обработку расплава осуществляют воздухом и/или инертным газом;
- продувкой расплава газом через пористую часть днища ковша;
- обработкой расплава воздухом и/или инертным газом на второй стадии до достижения температуры расплава в ковше 1450-1550oC;
- подачей мелочи рафинируемого кремния (для предотвращения введения примесей) на второй стадии.
- дополнительным использованием воздуха и/или инертного газа при обработке расплава;
- двухстадийной обработкой расплава: на первой стадии использование смеси кислорода, воздуха и/или инертного газа при непрерывной и равномерной подаче флюса на поверхность расплава в процессе его выливки из печи в ковш, до его заполнения, на второй стадии, после заполнения ковша, обработку расплава осуществляют воздухом и/или инертным газом;
- продувкой расплава газом через пористую часть днища ковша;
- обработкой расплава воздухом и/или инертным газом на второй стадии до достижения температуры расплава в ковше 1450-1550oC;
- подачей мелочи рафинируемого кремния (для предотвращения введения примесей) на второй стадии.
Сравнение предлагаемой технологии рафинирования не только с технологией по прототипу, но технологиями по аналогам показывает:
- что известно использование воздуха и/или инертного газа в процессе рафинирования металлов, однако использование воздуха и/или инертного газа в качестве носителя главного окислительного газа более эффективно позволяет вести процесс рафинирования;
- известно рафинирование расплава в процессе выливки его из печи в ковш;
- известна обработка расплава через пористую часть днища.
- что известно использование воздуха и/или инертного газа в процессе рафинирования металлов, однако использование воздуха и/или инертного газа в качестве носителя главного окислительного газа более эффективно позволяет вести процесс рафинирования;
- известно рафинирование расплава в процессе выливки его из печи в ковш;
- известна обработка расплава через пористую часть днища.
Однако новая совокупность признаков как известных, так и неизвестных в их тесной взаимосвязи позволяет получить технический результат более высокого уровня по сравнению с известными, а именно:
- повысить качество металла за счет снижения примесей в расплаве, а также за счет угара кремния;
- снизить расход кислорода за счет того, что в качестве носителя для него выступает воздух и/или инертный газ, поэтому необходимое количество кислорода для рафинирования определяется по стехиометрии в зависимости от наличия примесей и объема металла;
- снизить расход флюса из-за того, что при равномерной и неравномерной подаче флюса на поверхность расплава каждая частица флюса однородно замешивается в нем и реагирует с ним до образования чистого кремния, либо она служит центром коагуляции частиц шлака, коагулируя их на себе и образуя с ними шлаковые композиции, которые, в конечном счете, осаждаются на днище ковша или на его стенках, при такой системе подачи его количество полается по стехиометрии;
- повысить степень разделения чистого металла от шлака.
- повысить качество металла за счет снижения примесей в расплаве, а также за счет угара кремния;
- снизить расход кислорода за счет того, что в качестве носителя для него выступает воздух и/или инертный газ, поэтому необходимое количество кислорода для рафинирования определяется по стехиометрии в зависимости от наличия примесей и объема металла;
- снизить расход флюса из-за того, что при равномерной и неравномерной подаче флюса на поверхность расплава каждая частица флюса однородно замешивается в нем и реагирует с ним до образования чистого кремния, либо она служит центром коагуляции частиц шлака, коагулируя их на себе и образуя с ними шлаковые композиции, которые, в конечном счете, осаждаются на днище ковша или на его стенках, при такой системе подачи его количество полается по стехиометрии;
- повысить степень разделения чистого металла от шлака.
Все данные получены в процессе промышленных испытаний по рафинированию кремния.
Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает критериям изобретения - изобретательский уровень и промышленная применимость.
Пример осуществления способа. Перед рафинированием брались анализы на содержание примесей в расплаве кремния. Они составили А1- 0,70%, Ca - 0,30%, Fe - 0,40%, C - 0,1%, Si - 98%.
Предварительно нагретый до t-1150-1200oC ковш емкостью 3 т продували через его пористую часть днища воздухом и/или инертным газом с целью предотвращения выхода из строя пористой для газов части днища ковша. Затем из печи в ковш выливался расплав с температурой 1650oC. Одновременно с подачей расплава в ковш непрерывно и равномерно подавали флюс в размере ~ 80 кг, в качестве которого использовали: чистый кварцевый песок фракции - 1 мм, известь фракции - 10 мм и/или плавиковый шпат фракции - 10 мм в стехиометрическом количестве от объема расплава.
Одновременно с подачей расплава через пористую часть днища ковша подавали смесь кислорода с воздухом и/или инертным газом с давлением, превышающим гидростатическое давление столба расплава.
После заполнения ковша расплавом подачу кислорода и флюса прекращали.
При этом использовался осушенный воздух без микровключений 1 класса чистоты с давлением 5-6 атм с расходом 50-100 м3/час с t=10-20oC и кислород с давлением 5-6 атм и расходом 30-200 м3/час. Расход кислорода на этой стадии составил ~9,8 нм3.
На второй стадии расплав кремния продували воздухом и/или инертным газом. Температуру расплава в ковше при этом снижали до 1450-1550oC для того, чтобы лучше разделить шлак от чистого металла. В этот период, для ускорения охлаждения расплава, можно подавать мелочь рафинируемого кремния (мелочь рафинируемого кремния содержит минимальное количество примесей). Данная температура расплава была необходимой и достаточной для разливки кремния в изложницы.
Анализ содержания примесей после рафинирования показал наличие А1-0,05%, Ca - 0,01%, Fe - 0,40%, C - 0,01%. Содержание кремния составило 99,6%. Окисление металла по А1 и Ca составило 20,4 кг.
Claims (2)
1. Способ рафинирования кремния и его сплавов, включающий обработку расплава в ковше в присутствии флюса кислородом, подаваемым через устройство для продувки газа, отличающийся тем, что обработку расплава ведут в две стадии: на первой стадии расплав продувают смесью кислорода с воздухом и/или инертным газом в процессе выливки расплава из печи в ковш до его заполнения при непрерывной и равномерной подаче флюса на поверхность расплава, на второй стадии после заполнения ковша расплав обрабатывают воздухом и/или инертным газом до достижения температуры расплава в ковше 1450-1550oC, причем продувку расплава газами осуществляют через пористую часть днища ковша.
2. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в расплав кремния на второй стадии подают мелочь рафинируемого кремния.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98117437A RU2146650C1 (ru) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Способ рафинирования кремния и его сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98117437A RU2146650C1 (ru) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Способ рафинирования кремния и его сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2146650C1 true RU2146650C1 (ru) | 2000-03-20 |
Family
ID=20210605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98117437A RU2146650C1 (ru) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Способ рафинирования кремния и его сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2146650C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445258C2 (ru) * | 2006-04-04 | 2012-03-20 | Калисолар Канада Инк. | Способ очистки кремния |
RU2635157C1 (ru) * | 2016-10-31 | 2017-11-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ очистки технического кремния |
RU2671357C1 (ru) * | 2017-12-25 | 2018-10-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ очистки технического кремния |
RU2673532C1 (ru) * | 2018-01-30 | 2018-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ рафинирования технического кремния |
RU2690877C1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Способ выделения металлического кремния из шлака технического кремния |
RU2714562C1 (ru) * | 2019-10-01 | 2020-02-18 | Константин Сергеевич Ёлкин | Способ очистки расплава ферросилиция от примесей |
CN114671438A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-28 | 新疆西部合盛硅业有限公司 | 一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法 |
-
1998
- 1998-09-21 RU RU98117437A patent/RU2146650C1/ru active
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445258C2 (ru) * | 2006-04-04 | 2012-03-20 | Калисолар Канада Инк. | Способ очистки кремния |
RU2635157C1 (ru) * | 2016-10-31 | 2017-11-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ очистки технического кремния |
RU2671357C1 (ru) * | 2017-12-25 | 2018-10-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ очистки технического кремния |
RU2673532C1 (ru) * | 2018-01-30 | 2018-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ рафинирования технического кремния |
RU2690877C1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Способ выделения металлического кремния из шлака технического кремния |
RU2714562C1 (ru) * | 2019-10-01 | 2020-02-18 | Константин Сергеевич Ёлкин | Способ очистки расплава ферросилиция от примесей |
CN114671438A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-28 | 新疆西部合盛硅业有限公司 | 一种重量与温度联锁自动控制吹氧精炼的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EA015387B1 (ru) | Способ и устройство очистки низкокачественного кремнийсодержащего материала | |
CA2636155C (en) | Use of an induction furnace for the production of iron from ore | |
CA1159261A (en) | Method and apparatus for the pyrometallurgical recovery of copper | |
RU2146650C1 (ru) | Способ рафинирования кремния и его сплавов | |
JP4227956B2 (ja) | 溶融珪素の処理のための珪酸カルシウムスラグ | |
KR100291250B1 (ko) | 전기제강소먼지환원방법및장치 | |
JP2004520478A (ja) | フェロアロイの製造 | |
JPS587691B2 (ja) | 製鋼法 | |
US6314123B1 (en) | Method for continuous smelting of solid metal products | |
RU2635157C1 (ru) | Способ очистки технического кремния | |
JP2001517734A (ja) | 連続トップブローン銅変換炉内の温度ピークを調節しそして/または処理能力を高める方法 | |
JP3969522B2 (ja) | 銅製錬炉の操業方法 | |
RU2673532C1 (ru) | Способ рафинирования технического кремния | |
RU2671357C1 (ru) | Способ очистки технического кремния | |
RU2714562C1 (ru) | Способ очистки расплава ферросилиция от примесей | |
WO2023204063A1 (ja) | 直接還元鉄の溶解方法、固体鉄および固体鉄の製造方法、土木建築用資材および土木建築用資材の製造方法ならびに直接還元鉄の溶解システム | |
RU2148088C1 (ru) | Способ передела ванадиевого чугуна ником-процессом | |
RU2095429C1 (ru) | Способ производства подшипниковой стали | |
RU2266965C1 (ru) | Способ выплавки стали в мартеновской печи | |
RU2071982C1 (ru) | Способ непрерывного конвертирования медных сульфидных материалов | |
RU2192482C2 (ru) | Способ получения стали | |
US4130419A (en) | Process for the purification, modification and heating of a cast-iron melt | |
RU2105078C1 (ru) | Способ получения силикокальция | |
SU1134607A1 (ru) | Способ подготовки металлической шихты дл выплавки стали | |
RU2195503C1 (ru) | Способ подогрева жидкой стали |