способ выплавки кремния и его сплавов

Формула изобретения

Способ выплавки кремния и его сплавов, включающий загрузку шихты из кремнезема и восстановителей в ванну руднотермической печи с погруженными в нее электродами, подведение переменного тока к первичным выводам источника питания, пропускание снимаемого c его вторичных выводов тока между электродами по шихте и подине, воздуждение под слоем шихты электрической дуги, проведение реакции и выпуск образовавшегося продукта из печи, отличающийся тем, что подводимый к первичным выводам источника питания ток выпрямляют, от вторичного вывода источника ток одной полярности подводят к электродам, пропускают его через шихту на подину, уменьшают электрическую мощность в шихте с соответственным увеличением мощности электрической дуги, далее ток пропускают к вторичному выводу источника питания противоположной полярности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению кремния и его сплавов.

Известен способ выплавки кремния и его сплавов, который включает в себя загрузку шихты из кремнезема и восстановителей в ванну рудно-термической печи с погруженными в нее электродами, подведение переменного тока к первичным выводам источника питания, пропускание снимаемого с его вторичных выводов тока между электродами по шихте и подине, возбуждение под слоем шихты электрической дуги, проведение восстановительных реакций и выпуск продукта из печи [1]

Основная доля энергии электрической дуги передается внутренней поверхности газовой полости в виде излучения. Чем больше мощность, выделяющаяся в электрической дуге, тем больше размеры газовой полости и тем более эффективно идет процесс получения кремния.

Недостатком данного способа является то, что при переменном токе доля мощности, выделяющаяся в дуге, составляет не более 52-55% от общей мощности, подводимой к печи [2]

Это происходит из-за того, что при каждом прохождении переменного тока дуги через "нуль" газовый промежуток между электродом и стенкой газовой полости остывает и деионизируется, его сопротивление пробоя возрастает, возникновение тока в следующем полупериоде требует повышенного напряжения, что уменьшает продолжительность горения дуги. Кроме того, до 20% подводимой мощности теряется в шихте. Все это снижает количество выделившегося тепла. Вследствие этого происходит неполное восстановление кремнезема до монооксида, который являясь газообразным покидает вместе с другими газами зону реакции и значительно увеличивает запыленность отходящих газов. Степень извлечения кремния не превышает 70-75%

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение производительности печи за счет повышения степени извлечения кремния.

Это достигается тем, что подводимый к первичным выводам источника питания переменный ток выпрямляют; от вторичного вывода источника ток одной полярности подводят к электродам, пропускают его через шихтовую смесь на подину, уменьшают электрическую мощность в шихте с соответственным увеличением мощности электрической дуги, далее ток пропускают к вторичному выводу источника питания противоположной полярности. Увеличение мощности электрической дуги ведет к повышению степени извлечения кремния, увеличению производительности печи, снижению расхода шихтовых материалов, электроэнергии и электродов.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. На крупнолабораторной печи мощностью 150 кВт, которая имела возможность переключать источники питания на переменный и выпрямленный ток, проводились испытания по выплавке кремния по прототипу и предлагаемому способу при различных сопоставимых эклектических режимах. В качестве шихты использовались кварцит и древесный уголь. Определялись мощность, выделяемая в дуге, производительность печи и степень извлечения кремния. Количественные показатели и их сравнение приведены в таблице.

Полученные результаты показали, что при использовании для источника питания выпрямленного тока за счет увеличения мощности, выделяемой в дуге до 88-92% поднялась производительность печи на 13,5-14% и степень извлечения кремния до 88% что практически недостижимо при способе выплавки кремния по прототипу.

Экономический эффект от внедрения данного способа выплавки кремния на печи условной производительностью 10000 тонн в год составляет 25 млн. рублей.