SE461647B - Foerfarande foer framstaellning av kisel - Google Patents

Description

461 647 10 15 20 25 30 35 ramen för de kända åtgärderna består reduktionsmedel- briketterna efter kiseldioxidens reduktion praktiskt taget av kiselkarbid och icke längre av kol. De kända åtgärderna har gett gott resultat, men är med hänsyn till kiselutbytet och därmed med hänsyn till energibe- hovet i behov av förbättring.

Syftet med uppfinningen är att styra förfarandet av detta slag så, att man vid reducerad energiinsats erhåller ett högt kiselutbyte.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen på så sätt, att man arbetar med reduktionsmedelbriketter, som med hänseende till reaktionen SiO2+3C = SiC+2CO uppvisar ett överskott av kol på mer än 50 vikt-%, att i den övre delen av elek- 'trolågsohaktugnen bildas i reduktionsmedelbriketterna vid en temperatur av under 1600°C förutom SiC även aktiverat kol, varvid reduktionsmedelbriketterna antager en koksar- tad struktur och att man i den undre delen av elektrolâg- schaktugnen reducerar den insatta râkvartsen ä ena sidan med detta aktiverade kol och å andra sidan med den bilda- de kiselkarbiden. Företrädesvis arbetar man inom ramen för uppfinningen med ett överskott av kol i reduktionsmedel- briketterna, vilket är mindre än 90 vikt-%, företrädesvis ungefär 80 vikt-%. En optimering uppnår man vidare däri- genom, att förfarandet i sin helhet styres så, att åtmins- tone 50 vikt-% av den insatta råkvartsen reduceras med det aktiverade kolet i den undre delen av elektrolågschaktugnen.

I sin helhet anpassas beskickningen så, att ämnesbalansen stämmer. Därvid är det icke nödvändigt att arbeta ute- slutande med reduktionsmedelbriketter, som har den be- skrivna sammansättningen. Man kan också inom vissa gränser, tillsätta en klassisk beskickning (t.ex. bestående av 3 t kvarts/0,4 t träkol/0,4 t torvkoks/0,3 t petroleumkoks/ 0,5 t askfattigt koll, så länge det bara är säkerställt, att aktiverat kol från reduktionsmedelbriketterna i till- räcklig omfattning ställes till förfogande. 10 15 20 25 30 461 647 Såsom redan nämnts, är för förfarandet enligt uppfinningen sättet för framställningen av reduktionsmedelbriketterna i princip godtyckligt. Det måste emellertid säkerställas, att reduktionsmedelbriketterna är motsvarande stabila, för att på det beskrivna sättet kunna införas i en elek- trolâgschaktugn såsom beskickning tillsammans med râkvart- sen och där reagera på det beskrivna sättet. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen förfares därvid så, att man arbetar med reduktionsmedelbriketter, som - genom varmbrikettering är framställda i form av äggbri- ketter eller kuddbriketter och som uppvisar en storlek av 15-60 cm3. I samband därmed rekommenderar uppfinningen vidare, att man arbetar med reduktionsmedelbriketter, vars kolhalt, i den mån, som erfordras för varmbriketteringen, består av sinterkol och i övrigt av inerta kolbärare så- som petroleumkoks, antracit, grafit, brun- och stenkolskoks.

Givetvis kan förfarandet enligt uppfinningen tillämpas på ferrosilicium och kiselmetall, i det att man i elektrolåg- schaktugnen förutom râkvartsen tillsätter lämpliga sub- stanser, t.ex. järnspån eller järngranulat.

Uppfinningen utgår från det rönet, att vid reduktionen av kiseldioxid med kol sker i reduktionsmedelbriketterna för- utom bildningen av kiselkarbid också en bildning av aktivt kol, vilket i den undre delen av elektrolågschaktugnen så att säga liksom jungfruligt kol jämte kiselkarbiden står till förfogande för reduktionen av kiseldioxiden, vilket som resultat förbättrar utbytet och reducerar energiin- satsen. Detta skall i det följande förklaras utförligare i anslutning till utföringsexempel.

Exempel 1 För tillverkning av ungefär 600 t kisel framställdes 1200 t briketter, vilka tillsammans med en i det närmaste lika stor mängd av styckad kvarts insattes i elektrougnen. 461 647 10 15 20 25 30 I I det första förfarandesteget framställdes briketterna av en blandning av 30% sinterkol 32% petroleumkoks och 38% kvartssand (99,8% SiO) enligt varmbriketteringsförfarandet, d.v.s. att kolet vid temperaturer på 500°C användes såsom bindare. De färdiga, kallnade briketterna undersöktes och innehöll (42 i cfinsioz ocmsz i 0,7) cfix En hâllfasthetsundersökning visade att punkttryckhâllfast- heter på 150-200 kg hade uppnåtts, vilka har sin förklaring i bindningen av de inerta ämnena såsom petroleumkoks och sand i det smälta och åter kallnade kolet. En mätning av briketternas inre yta visade 0,5 - 1,0 m2/g. Detta betyder, att inga reaktionskinetiskt intressanta ytor föreligger, på vilka heterogena omsättningar mellan gaser såsom SiO å ena sidan och kol å andra sidan kan äga rum med höga om- sättningar.

I ett andra förfarandesteg tillfördes briketterna till en elektrolâgschaktugn. Före ugnen siktades det material bort, som hade uppstått under transporten i form av avskav och stybb. Andelen av detta fina material låg under 4%. Detta är ett mycket gott resultat, emedan träkol, torvkol och kol förstöres mycket mer. Siffror på mer än 10% är kända.

I elektrougnen befann sig vid kontinuerlig fyllning en blandning av styckad kvarts och briketter, som på grund av liknande förhâllandesätt vid ihällning upphettades i statisk god fördelning och bragtes till reaktion.

Betraktar man den schablonmässiga reaktionen vid framställ- ningen av Si 01 10 15 20 25 30 461 647 SiO2 + 2C = Si + ZCO, så kan man av briketternas analys konstatera, att kolet föreligger i överskott i dessa och att först den ytter- ligare reaktionen med kvartsstycken garanterar den fulla omsättningen. Då emellertid kiselkarbid bildas före Si-bildningen enligt ekvationen SiO2 + 3C = SiC + ZCO, uppstår frågan, huruvida kol föreligger i briketten i till- räcklig omfattning för detta fall. Beräkningen visar att det föreligger ungefär dubbelt så mycket kol i briketten, som reaktionen fordrar. Det är ett molförhâllande på 1:5 till 1:6. Detta hade eftersträvats, för att bibehålla de vid varmbriketteringen präglade koksstrukturerna, även om förluster inträder genom reaktion till kiselkarbid.

Ett bevis för denna uppfattning framlades, i det att man medelst termoelement letade rätt pâ den temperaturzon, i vilken karbidreaktionen äger rum. I det 1500 - 1600°C varma materialet uttogs prover, som entydigt bevisade, att briketterna fortfarande uppvisar sin ursprungliga form, trots att omsättningen mellan kol och kisel redan hade börjat resp. hade förlöpt fullständigt.

De flesta briketterna visade en vit yta, vilket betyder, att reaktionen hade ägt rum här. Mer betydande var emeller- tid mätningen av de kallnade briketternas inre yta. Mät- ningen visade en kraftigt utvidgad inre yta på 20-230 m2/g.

Detta leder till en kraftig minskning av SiO2~anhopningen i gasreningen. Nära förknippad därmed är energiförbruk- ningen och kiselutbytet. Pâ ugnen mättes, att strömför- brukningen minskade ungefär 14% och att Si-utbytet ökade mer än 20%. En icke förväntad, men viktig ekonomisk för- del var halveringen av elektrodförbrukningen. Denna sjönk 461 647 10 från 128 kg/t Si till 59 kg/t Si. Elektrodernas rörelser minskade till ett minimum.

Exemgel 2 Vid framställning av ferrosilicium är förhållandena gynn- sammare. Här är förlusterna genom bildning av S10 mindre.

Förfar man i enlighet med det ovan beskrivna förfarandet på så sätt, att insatsen av styckekvarts och briketter sinsemellan sker i förhållandet 50:50 och att järnskrot tillsättes i den omfattningen,att en 75%-ig legering er- hålles, så kan man fortfarande tydligt påvisa de fördelar, som briketterna har. Strömförbrukningen sjunker 8% och utbytet av kisel ökar 12%. '

Claims (4)

10 15 20 25 461 647 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för framställning av kisel ur ràkvarts i en elektrolågschaktugn, varvid rákvartsen i kornig form införes i elektrolågschaktugnen tillika med reduktionsme- delbriketter bestående av kvarts och kol, vilka med av- seende på reaktionen SiO2 + 3C = SiC + 2CO uppvisar ett överskott av kol på mer än 50 vikt-%, varvid kvartsen i . reduktionsmedelbriketterna i en övre del av elektrolàg- schaktugnen vid en temperatur av under l600°C omsättes till SiC och varvid den flytande râkvartsen därefter i en undre del av elektrolågschaktugnen vid en temperatur av över l600OC, företrädevis 1800-2000°C, reduceras, k ä n - n e t e c k n a t av att överskottet av kol i reduktions- medelbriketterna utgör mindre än 90 vikt-% med avseende pá reaktionen SiO2 + 3C = SiC + 2CO, varvid reduktions- medelbriketterna i dæaövre delen av elektrolâgschaktugnen vid en temperatur av under 16000 antager en koksartad struktur som förutom SiC uppvisar aktiverat kol.

2. Fdrfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att man arbetar med reduktionsmedelbriketter, som upp- visar ett överskott av kol, som är ungefär 80 vikt-%.

3. Förfarande enligt något av kraven 1 - 2, k ä n n e - t e c k n a t av att man arbetar med reduktionsmedelbri- ketter, som genom varmbrikettering är framställda i form av äggbriketter eller kuddbriketter.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att man arbetar med reduktionsmedelbriketter, vars kolhalt, i den mån, som erfordras förwnumbriketteringen, består av sinterkol och i övrigt inerta kolbärare såsom petroleumkoks, antracit, grafit, brun- och stenkolskoks.