Студент ЕУМет-2 Ігнатьєв А.В.
Уральський державний технічний університет
В ході роботи будуть проведені металургійні розрахунки процесу одержання технічного кремнію з шихтових матеріалів із заданими характеристиками (таблиця 1). Частки використовуваних відновників, які використовуються в процесі плавки наведені в таблиці 4. Розподіл компонентів в метал, в шлак, в гази задані в таблицях 2 і 3. Прийнята частка чаду (окислення) вуглецю на колошнике дорівнює 10%.
I. Опис процесу виплавки технічного кремнію
Кремній (z = 14, атомна маса 28.0855) відноситься до IV групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Атом кремнію проявляє ступінь окислення -4, +2 і +4. За поширеністю в земній корі (27.6%) кремній посідає друге місце після кисню, зустрічається головним чином у вигляді кисневих сполук (кварц, силікати, алюмосилікати, гідрати і.т.д.). Кремній високої чистоти використовується в напівпровідниковій техніці, а технічної чистоти (96 - 99% Si) - у чорній і кольоровій металургії для отримання сплавів на нежелезной основі (силуміну, АК12М2МгН і ін.), Легування (крем'янисті стали і сплави, що застосовуються в електрообладнанні) і розкислення сталі і сплавів (видалення кисню), виробництва силіцидів і.т.д.
Температура плавлення кремнію дорівнює 1687К, кипіння 3522К, а теплота плавлення становить 39.55 кДж / моль.
Балансова реакція, яка характеризує процес відновлення кремнію з кремнезему вуглецем при отриманні кристалічного кремнію, може бути представлена в наступному вигляді:
,
- зміна вільної енергії (енергії Гіббса), T - рівноважна температурі реакції, К.
) Вноситься до складу шихти у вигляді кварциту, що містить не менше 98%
. Кварцит і кварци і широко поширені в природі [1, табл. 7.6 стр. 219].
До основних типів відновників відносяться:
Деревне вугілля (березовий, сосновий). Містить на суху масу (зневоднений) до 80% відсотків твердого вуглецю, не більше 4% золи і «летюча» інше.
Нефтекокс. Твердий залишок піролізу нафти, що містить до 96% твердого вуглецю, не більше 0.6% золи, решта «летюча».
Деревна тріска. Використовується в шихту, що містять до 40% газового вугілля (для збільшення газопроникності печі).
Зведені дані про хімічний склад мінеральної частини відновників представлені в таблиці 1.
Хімічний склад шихтових матеріалів
- зола на суху масу,
Електротермических агрегати в технології кремнію
Основним агрегатом для виплавки технічного кремнію є дугова руднотермічних одно-трифазна електропіч потужністю від 8 до 25 МВА. Піч являє собою круглий сталевий кожух з днищем, футеровані вогнетривкою кладкою. Подина (днище) і частина висоти стін футеруются графітовими блоками, наступний шар магнезитовим цеглою і зовнішній шар - шамотом (пориста цегла зі спеціальної вогнетривкої глини).
Подача енергії в робочий простір печі здійснюється за допомогою одного, двох або трьох електродів, виконаних з графіту. Самоспекающіеся електроди в технології кремнію не застосовуються через можливе забруднення продукту компонентами кожуха електрода і електродної маси (залізо, кальцій, алюміній).
Електричні параметри відновного процесу забезпечуються за допомогою пічного трансформатора, сполученого з електродами високоамперной короткою мережею, в якій сила струму становить 40-80 кА, при цьому напруга електрод-нуль складає 60-90В. У міру торцевого витрати електродів вони періодично подовжуються за допомогою механізмів перепуску. Регулювання заданої сили струму в електроді здійснюється шляхом перещенія електрода по вертикальній осі. Для підвищення струму електрод опускають, для зниження струму електрод розуміють.
Випуск кремнію здійснюється через льодку (отвір в футеровці) практично безперервно в сталеву футерованную изложницу.
Завалка шихти на колошником проводиться через труботечкі, у верхній частині яких знаходяться приймальні бункера шихти.
Схема електропечі РКО-25 представлена в додатку 1.
У печі з шунтувати дугою відбувається відновлення кремнію з кремнезему кварциту вуглецем відновлювача. Теоретична температура початку процесу за формулою 1:
. Ступінь вилучення кремнію визначається головним чином реакційною здатністю відновників по відношенню до моноокиси (SiO) кремнію. У свою чергу реакційна здатність визначається величиною питомої поверхні відновлювача, доступною для проникнення газу (SiO). Іншими словами реакція йде на поверхні відновлювача. На початку з утворенням карбіду кремнію:
наслідком чого є збільшення вмісту пилу в газах. Сучасні печі обладнуються системами сухої газоочистки. Втрати кремнію з газами при нормальній роботі печі не перевищують 3-5%.
Температура струменя кремнію на випуску становить 1600-1750oC.
II. Розрахунки складу шихти і матеріального балансу
Склад шихти для виробництва технічного кремнію розраховують, виходячи з таких заданих умов: змісту
Вихідні дані розрахунку представлені в таблицях: хімічний склад шихтових матеріалів - таблиця 1, розподіл оксидів кварциту і золи відновників між готовим продуктом і шлакової фазою - таблиця 2.
Розподіл оксидів між продуктами плавки,%
В результаті роботи проведені розрахунки процесу одержання технічного кремнію, складений матеріальний баланс, розраховане, що в результаті плавки c використанням шихтових матеріалів заданого складу буде отримано технічний кремній марки Кр3.
Всі матеріали в розділі "Промисловість і виробництво"