Способ выплавки технического кремния или высокопроцентных марок ферросилиция

Авторы патента:

Y02P20/10 -

C21B7/20 - с устройствами для распределения загрузочного материала

C01B33/025 - углеродом или твердым углеродсодержащим материалом, т.е. углерод-термические способы

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения технического кремния или высокопроцентных марок кремнистых ферросплавов восстановительной плавкой в рудовосстановительных электрических печах. Способ включает дозирование шихты, состоящей из кварцита и углеродистых восстановителей, одновременную загрузку шихты на колошник и обработку колошника, ведение восстановительной плавки в рудовосстановительной электрической печи, при этом вначале проводят загрузку шихты на колошник печи два-три раза в час и после каждой загрузки шихты осуществляют обработку колошника по всей поверхности на глубину 600-800 мм. Такой метод обработки колошника повышает степень извлечения кремния в расплав, увеличивает производительность печи и снижает удельный расход электроэнергии. 10 пр.

Область техники

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано получению кремния и высокопроцентных марок кремнистых ферросплавов восстановительной плавкой в рудовосстановительных электрических печах.

Уровень техники

Техническое решение относится к области металлургии, а именно, к получению металлов и сплавов восстановительной плавкой в рудовосстановительных электрических печах, и может быть использовано в производстве технического кремния и высокопроцентных марок кремнистого ферросилиция.

Производство технического кремния и высококремнистых марок ферросилиция ведется в рудовосстановительных дуговых электрических печах непрерывным способом, при котором шихта загружается в печь непрерывно, выпуск расплава сплава из печи - периодический.

В качестве сырья применяют кварцит, углеродистые восстановители - нефтяной кокс, древесный и каменный угли, рыхлители - древесная щепа.

В процессе восстановительной плавки образуются газообразные продукты, в том числе и газообразный оксид кремния SiO, который в верхних горизонтах ванны печи диспропорционирует с образованием кремния и кремнезема по реакции:

Данная реакция экзотермична и при ее протекании происходит перегрев колошника, следствием которого происходит спекание шихты на колошнике, при этом уменьшается газопроницаемость колошника, снижается массообмен и производительность печи, увеличивается расход электроэнергии на 1 т продукции (удельный расход). Для сохранения достигнутых показателей предпринимаются технические решения для удаления спекшейся шихты на колошнике: химический подачей добавок восстановителя или механическим путем с помощью различных механизмов.

При выплавке высокопроцентного ферросилиция для предотвращения спекания шихты на колошнике проводят периодическую прошивку шихты и непрерывную загрузку шихты на колошник (Рысс М.А., Производство ферросплавов, М., Металлургия, 1985, С. 71).

Из области техники известен способ получения кремния (SU №1808811, С01В 33/02, опубл. 15.04.1993), включающий смешение кварцита с углеродсодержащим восстановителем, подачу шихты на колошник электродуговой печи и восстановительную плавку и периодически через каждые 1,5-2,0 часа на поверхность колошника между электродами дополнительно подают углеродсодержащий восстановитель в количестве 200-600 кг. Недостатком данного способа является то, что подачей восстановителя между электродами не решается проблема спекания шихты на всей поверхности колошника.

Наиболее близким по технической сути является способ выплавки технического кремния, включающий дозирование шихты, состоящей из кварцита и углеродистых восстановителей, загрузку шихты на колошник, с одновременной обработкой колошника машинами обработки колошника, ведение восстановительной плавки в рудовосстановительной электрической печи, выпуск расплава из печи (Крючков В.К., Елкин К.С., Зельберг Б.И. и др. Производство кремния, С-Пб, МАНЭБ, 2013, С. 83-86).

Недостатки данного технического решения - высокий расход электроэнергии и недостаточная производительность печи связанный с тем, что при одновременной загрузке шихты и обработке колошника при раскрытии колошника механизмами обработки колошника раскрываются реакционные зоны, что приводит к удалению газообразных продуктов, в том числе и монооксида кремния SiO, с поверхности колошника печи с отходящими газами, а это увеличивает потери кремния и уменьшает степень извлечения кремния в конечную продукции. При этом снижается производительность печи и увеличивается удельный расход электроэнергии.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача, направленная на повышение технико-экономической эффективности процесса производства технического кремния.

Техническими результатами являются снижение удельного расхода электроэнергии на 1 т продукции и повышение производительности печи.

Технические результаты достигаются тем, что в способе выплавки технического кремния, включающего дозирование шихты, состоящей из кварцита и углеродистых восстановителей, одновременную загрузку шихты на колошник и обработку колошника, ведение восстановительной плавки в рудовосстановительной электрической печи, загрузка шихты на колошник и обработка колошника производится в следующей последовательности: в начале проводится загрузка шихты на колошник печи и только после этого проводится обработка колошника. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 600-800 мм (максимальная, и достаточная, глубина определенная конструктивными особенностями машин обработки колошника). В этом случае реакционные газы проходят через слой свежей шихты и монооксид кремния вступает во взаимодействие с углеродом с образованием карбида кремния. Периодичность загрузки шихты и обработки колошника 2-3 раза в час. Тем самым повышается степень извлечения кремния в расплав, увеличивается производительность печи и снижается расход удельный расход электроэнергии.

Осуществление изобретения

Испытания способа выплавки технического кремния проводили в промышленной рудовосстановительной электрической печи мощностью 25 MBA, производящей технический кремний. Регистрировались периодичность загрузки шихты на колошник и глубина обработки колошника печи.

Пример 1. Проводили загрузку расчетного (необходимого) количества свежей шихты на колошник печи, по прототипу, и одновременно проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машиной.

Производительность печи составила 1480 кг/час, удельный расход электроэнергии - 15200 квтч/т.

Пример 2. Проводили загрузку необходимого количества свежей шихты на колошник печи и после каждой загрузки шихты проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машиной. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 200 мм. Периодичность загрузки шихты составила пять раз в час. Производительность печи составила 1502 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14980 квтч/т.

Пример 3. Необходимое количество свежей шихты загружали на колошник печи четыре раза в час, после загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 400 мм. Производительность печи составила 1510 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14895 квтч/т.

Пример 4. Проводили загрузку расчетного количества свежей шихты на колошник печи четыре раза в час, после загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 600 мм. Производительность печи составила 1520 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14800 квтч/т.

Пример 5. Необходимое количеств шихты на колошник печи загружали три раза в час и после загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 600 мм. Производительность печи составила 1625 кг/час, удельный расход электроэнергии - 13840 квтч/т.

Пример 6. Проводили загрузку необходимого количества свежей шихты на колошник печи два раза в час и после каждой загрузки шихты проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машин по всей поверхности колошника на глубину 600 мм. Производительность печи составила 1650 кг/час, удельный расход электроэнергии - 13630 квтч/т.

Пример 7. Загрузку свежей шихты на колошник печи проводили два раза в час и после каждой загрузки проводили обработку колошника по всей поверхности на глубину 400 мм. Производительность печи составила 1525 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14750 квтч/т.

Пример 8. Проводили загрузку свежей шихты на колошник печи и после загрузки шихты проводили обработку колошника загрузочно-шуровочной машин. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 800 мм. Периодичность загрузки шихты составила четыре раза в час. Производительность печи составила 1535 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14655 квтч/т.

Пример 9. Необходимое количество свежей шихты загружали на колошник печи два раза в час и после каждой загрузки шихты проводили обработку колошника по всей поверхности колошника на глубину 800 мм. Производительность печи составила 1670 кг/час, удельный расход электроэнергии - 13470 квтч/т.

Пример 10. Загрузку свежей шихты на колошник печи проводили один раз за час и с этой же периодичностью, после загрузки шихты, проводили обработку колошника. Обработку проводили по всей поверхности колошника на глубину 800 мм. Производительность печи составила 1545 кг/час, удельный расход электроэнергии - 14560 квтч/т.

Анализ проведенных испытаний предложенного способа показывает, что оптимальным являются загрузка свежей шихты на колошник с последующей обработкой колошника 2-3 раза в час, с глубиной обработки колошника на 600 - 800 мм (примеры 5,6,9); при этих режимах достигается максимальная производительность печи и минимальный удельный расход электроэнергии.

Более частые обработки колошника (примеры 2, 3, 4, 8), или более редкие (пример 10) и незначительная глубина обработки колошника (примеры 2, 3, 7) не приводят к существенному увеличению производительности печи и снижению удельного расхода электроэнергии, так как частая обработка колошника печи увеличивает время, при котором печь работает с раскрытыми реакционными зонами, а это увеличивает улет с газами монооксида кремния; при малой глубине обработки колошника печи лишь незначительно увеличиваются реакционные зоны и массообмен в ванне печи.

Способ получения технического кремния или высокопроцентных марок ферросилиция, включающий дозирование шихты, состоящей из кварцита и углеродистых восстановителей, одновременную загрузку шихты на колошник и обработку колошника, ведение восстановительной плавки в рудовосстановительной электрической печи, отличающийся тем, что вначале проводят загрузку шихты на колошник печи два-три раза в час и после каждой загрузки шихты проводится обработка колошника по всей поверхности на глубину 600-800 мм.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению феррохрома низкоуглеродистого с содержанием хрома не менее 80 мас.%. Используют запальную часть шихты состава: 51,7 мас.% хромового концентрата, 27,6 мас.% порошока алюминия и 20,7 мас.% бихромата натрия.

Способ алюминотермического получения ферротитана // 2755187

Изобретение относится к металлургии, в частности к алюминотермическому получению ферротитана. В составе первой части основной шихты в качестве титансодержащих материалов используют смесь не менее двух из следующих техногенных отходов в виде отходов от абразивной обработки титановых полуфабрикатов, титановой окалины от горячей обработки заготовок титана или циклонной пыли от абразивной обработки титановых полуфабрикатов, затем к упомянутой смеси техногенных отходов добавляют порошок вторичного алюминия в количестве 0,26-0,36 от массы титансодержащей смеси отходов.

Способ получения жаростойкого низкоуглеродистого железоалюминиевого сплава // 2754626

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению литых низкоуглеродистых железоалюминиевых сплавов для производства отливок. Осуществляют совместный ввод в расплав под слой шлака алюмосодержащей части шихты и модифицирующей добавки в количестве 1-2 капсулы, обеспечивающем содержание в готовом сплаве, мас.%: алюминия 12,0-16,0, углерода 0,05-0,1 и титана 0,9-1,2, при этом в качестве алюмосодержащей части шихты используют гранулированный алюминий или сечку алюминия, в качестве модифицирующей добавки используют ферротитан марки ФТи-30, а в качестве шлака используют смесь, содержащую оксиды SiO2, СаО, Al2O3 и MgO.

Способ получения быстрорежущей стали для изготовления композитных валков // 2750257

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению быстрорежущей стали, используемой для изготовления бандажей композитных валков и валков небольшого диаметра для многовалковых прокатных станов. Получают расплав стали, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 1,70-1,80, кремний 0,10-0,50, марганец 0,40-0,80, сера ≤ 0,03, фосфор ≤ 0,03, хром 3,80-4,50, никель 0,80-1,50, вольфрам 4,30-4,80, молибден 3,40-3,60, ванадий 6,00-6,20, церий 0,005-0,02, цирконий 0,02-0,04, кальций 0,005-0,02, алюминий 0,008-0,05, железо - остальное.

Способ получения дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя // 2741879

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя. Способ получения дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя для обогащения минерального сырья включает выплавку в электропечи ферросилиция заданного химического состава с использованием в качестве шихтовых компонентов стальной стружки и/или лома и марочного ферросилиция, выпуск расплава в промковш и подачу расплава в камеру распыления через калиброванное отверстие с диспергированием исходящей струи расплава.

Способ получения ферровольфрама на основе восстановления самораспространяющегося градиента алюминотермии и рафинирования шлака // 2739040

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении ферровольфрама алюминотермическим самораспространяющимся градиентом восстановления. Способ включает разделение сырьевых материалов, содержащих порошок оксидов вольфрама и железа и шлакообразующие компоненты, на несколько партий, помещение первой партии сырьевых материалов в реакционную печь, воспламенение размещенного поверх сырьевых материалов магниевого порошка для проведения алюминотермического восстановления с непрерывным добавлением партий сырьевых материалов до завершения реакции и получения высокотемпературного расплава, или упомянутые сырьевые материалы постепенно помещают в смеситель при постоянной скорости с постепенным добавлением алюминиевого порошка, перемешанные сырьевые материалы помещают в реакционную печь для проведения алюминотермического восстановления.

Способ изготовления сплавов феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком // 2733772

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении сплавов феррованадия путем алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком. Способ включает алюминотермическое самораспространяющееся градиентное восстановление ванадия и железа из их оксидов, тепловое консервирование и получение высокотемпературного расплава посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава, перемешивание и рафинирование полученного расплава шлаком путем его впрыскивания в нижний слой расплава и охлаждение рафинированного высокотемпературного расплава и удаление верхнего слоя шлака для получения феррованадия.

Шихта и электропечной алюминотермический способ получения ферробора с ее использованием // 2719828

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой. Предложена шихта при следующем соотношении компонентов, мас.

Шихта и электропечной алюминотермический способ получения феррониобия с ее использованием // 2718497

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения феррониобия электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой. Шихта содержит, мас.%: пентаоксид ниобия 42,6-49,3, окалину железную 11,5-15,0, порошок алюминия 19,2-20,9, известь обожженную 11,2-12,3, стальной лом 3,5-6,0, флюс глиноземсодержащий 3,0-6,0.

Способ выплавки кремния и ферросилиция // 2716906

Изобретение относится к электрометаллургии и предназначено для использования при выплавке кремния и ферросилиция. Осуществляют непрерывную подачу в дуговую руднотермическую печь шихтовых материалов, их проплавление, углеродотермическое восстановление металлов, вдувание газа через полые электроды, периодический выпуск продуктов плавки через летку печи и непрерывную эвакуацию печных газов через колошник, в процессе плавки в зону электрической дуги непрерывно вдувают в качестве плазмообразующего газа азот в следующем соотношении: VN2=(0,05-0,20)VCO, где VN2 - количество вдуваемого азота, м3/т кремния в сплаве, (0,05-0,20) - эмпирический коэффициент, VCO - количество образуемого печного газа в печи, м3/т кремния в сплаве.

Способ загрузки сырья в доменную печь // 2759939

Изобретение относится к загрузке сырья в доменную печь, снабженную бесконусным загрузочным устройством с главными бункерами и вспомогательным бункером в верхней части печи, причем вспомогательный бункер имеет меньшую емкость, чем главные бункеры. Способ предусматривает выгрузку руды (х), загруженной в по меньшей мере один главный бункер, в сборный бункер, причем руда (х) имеет индекс восстановимости больше 55%, и затем последующую загрузку руды (х) от центра печи в направлении стенки печи с помощью вращающегося желоба.