-Свободная выплавка металлического кремния 98: расчет шихты, восстановители и контроль содержания

Что означает бесшлаковый-процесс для металлического кремния 98

Металлический кремний 98 охватывает плавильные марки, в которых содержание кремния находится на уровне 99 процентов или чуть ниже, а железо, алюминий и кальций ограничены жесткими потолками. Безшлаковый-процесс — это шихта-проектировочная дисциплина, а не одна добавка: печь подается таким образом, чтобы примеси либо попадали в металл, либо уходили с отходящим-газом, поэтому необходимо выпускать, охлаждать и утилизировать небольшое количество жидкого шлака или вообще его не требуется. Практические выгоды заключаются в более высоком восстановлении кремния, более низком удельном энергопотреблении и нагрузке, которую легче поддерживать стабильной.

Поэтому кремнезем, предназначенный для химической-плавки, следует выбирать с особой тщательностью. Производители ищут высокое содержание диоксида кремния, низкие и постоянные уровни примесей, достаточную механическую прочность, достаточную термическую стабильность и гранулометрический состав, который сохраняет проницаемость шихты для газа.

Источники кварца и кремнезема: чистота, прочность и размер

Природный диоксид кремния встречается в виде отдельного кварцевого минерала, горного кварца или песчаника, в котором зерна кремнезема сцементированы вместе. Какой бы источник ни был выбран, материал должен выдержать термический удар в верхней части печи, не рассыпаясь на мелкие частицы. Мелкие частицы блокируют поток газа и заставляют оператора поднимать электроды, что приводит к потере энергии и дестабилизации зоны реакции.

Высокое содержание диоксида кремния при минимальном уровне содержания железа, алюминия и кальция, насколько это позволяет отложение.

Высокая механическая прочность, поэтому заряд устойчив к манипулированию и тепловому удару.

Достаточная термическая стабильность, поэтому шихта не рассыпается в пыль при высокой температуре.

Смесь частиц с контролируемым размером частиц, которая уравновешивает площадь реактивной поверхности и газопроницаемость.

Стабильный химический состав от партии к партии, поскольку печь настроена на одну рецептуру загрузки.

Примеси в кремнеземе проходят через печь разными путями. Некоторые из них полностью восстанавливаются при плавке, некоторые переходят в металл в виде соединений, а некоторые образуют шлак. Именно поэтому путь,-без шлака, требует, чтобы сырье содержало как можно меньше шлакообразующего-материала: каждый грамм оксида алюминия или оксида кальция, попадающий в шихту, должен либо удаляться из металла, либо накапливаться в виде шлака, и ни один из результатов не является бесплатным.

Углеродистые восстановители: фиксированный углерод, зола и летучие вещества.

Основными восстановителями, применяемыми при химической плавке кремния, являются нефтяной кокс, пековый уголь и древесный уголь. Для повышения удельного сопротивления шихты и улучшения ее химической активности производители также смешивают угольный кокс, полу-кокс, низко-кокс, голубой уголь и древесную щепу. Углеродистый материал указан прежде всего на связанный углерод, золу, летучие компоненты и влагу.

Свойство восстановителя	Предпочтительное направление	Влияние на бесплатный заряд-шлака
Фиксированный углерод	Высокий	Меньше общего количества восстановителя, необходимого на тонну кремния.
Пепел	Низкий	В шихту попадает меньше примесей и образуется меньше шлака.
Летучие компоненты	Умеренный и последовательный	Предсказуемая реакционная способность углерода и стабильная работа печи
Влага	Низкий и устойчивый	Стабильное сопротивление заряда и стабильная входная мощность
Удельное сопротивление	Высокий	Улучшенные электрические характеристики и более глубокое погружение электрода.
Пористость	Высокий	Большая реакционная поверхность и более высокое извлечение кремния

Высокое содержание связанного углерода означает, что требуется меньшая масса восстановителя, что напрямую снижает количество примесей, переносимых углеродом. Высокое удельное сопротивление и высокая пористость повышают сопротивление шихты в целом, а поскольку сопротивление шихты зависит главным образом от углеродистого компонента, выбор восстановителя определяет, насколько глубоко могут располагаться электроды и насколько большой становится зона реакции. Пористый химически активный уголь дает более высокий выход кремния при той же потребляемой мощности.

Низкая зольность делает возможной кампанию-без шлака, поскольку зола является основным носителем шлака,-образующего оксиды в печи. Высоколетучие вещества имеют противоположный эффект по сравнению с высоким содержанием фиксированного углерода: содержание углерода разбавляется газом, который выделяется над зоной реакции без совершения работы восстановления, поэтому восстановитель расходуется менее эффективно, и для того же выхода кремния требуется больше его.

Контроль качества: состав металлического кремния 98 и родственных ему марок

Металлический кремний классифицируется по содержанию кремния и максимально допустимому содержанию железа, алюминия и кальция в соответствии с национальной спецификацией металлического кремния GB/T 2881. В таблице ниже перечислены наиболее часто продаваемые марки, включая 98-процентную группу металлического кремния, представленную маркой 553.

Оценка	Si (%, мин)	Fe (%, не более)	Al (%, не более)	Са (%, не более)
Кремний Металл 1101	99.79	0.1	0.1	0.01
Кремний Металл 2202	99.58	0.2	0.2	0.02
Кремний Металл 3303	99.37	0.3	0.3	0.03
Кремний Металл 411	99.4	0.4	0.1	0.1
Кремний Металл 421	99.3	0.4	0.2	0.1
Кремний Металл 441	99.1	0.4	0.4	0.1
Кремниевый металл 551	98.9	0.5	0.5	0.1
Кремниевый металл 553	98.7	0.5	0.5	0.3

Код класса является сокращением предельного значения примесей. В марке 553 допускается содержание железа и алюминия до 0,5 процента каждого и кальция до 0,3 процента, при этом содержание кремния составляет 98,7 процента или выше, поэтому он является рабочей лошадкой в ​​семействе металлов с 98-процентным содержанием кремния. Марка 441 допускает тот же уровень железа, но содержит меньше алюминия и кальция, а марки 2202 и 3303 сразу ужесточают все ограничения для условий эксплуатации, где проводимость или химические процессы на выходе чувствительны.

Дополнительные составы и диапазоны размеров частиц могут быть изготовлены по заказу, но логика отсутствия шлака-не меняется: чем чище шихта, тем легче поддерживать ее высокое качество, не прибегая к дополнительному рафинированию или обработке шлака.

Практика плавки: удельное сопротивление, реакционная способность и извлечение кремния

В кампании,-без шлака, оператор управляет тремя связанными переменными. Сопротивление заряда определяет, как электрическая энергия распределяется в печи. Реактивность углерода определяет, насколько быстро восстанавливается кремнезем и сколько кремния остается в отходящих-газах в виде пыли. Проницаемость шихты определяет, может ли газ выходить равномерно или проходить через шихту и терять тепло.

Поскольку все три контролируются с помощью диоксида кремния и восстановителя, а не с помощью добавок, контроль качества начинается на руднике и коксохимическом заводе. Стабильный источник руды и постоянная смесь восстановителей обеспечивают стабильную печь, а стабильная печь — это то, что позволяет извлекать кремний оставаться высоким, в то время как анализ выпуска находится в пределах одного диапазона содержания.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Что такое металлический кремний 98?
Это семейство плавильных-металлических кремниевых марок с содержанием кремния 99 процентов или чуть ниже, представленное такими марками, как 553, в которых содержание железа и алюминия ограничено 0,5 процента каждый, а содержание кальция - 0,3 процента.

Вопрос: Почему для металлического кремния 98 предпочтительнее использовать-бесшлаковый процесс?
Он удерживает больше кремния в металле и меньше в шлаке, снижает удельное энергопотребление, сокращает затраты на обработку и утилизацию шлака и обеспечивает более стабильную загрузку печи.

Вопрос: Какое сырье требуется для химической плавки кремния?
Источник кремнезема с высоким содержанием диоксида кремния и низким содержанием примесей и углеродистым восстановителем, таким как нефтяной кокс, пековый уголь или древесный уголь, часто смешанный с другими коксами и древесной щепой.

Вопрос: Как восстановитель влияет на восстановление кремния?
Высокое содержание фиксированного углерода уменьшает массу необходимого восстановителя, а высокое удельное сопротивление и пористость углубляют погружение электрода и увеличивают зону реакции, что увеличивает извлечение кремния.

Вопрос: Почему содержание золы важно в углеродном восстановителе?
Зола переносит в печь шлак,-образующий оксиды. Низкая зольность означает меньше шлака, меньше примесей в металле и шихту, которая остается ближе к работе-без шлака.

Вопрос: Какой стандарт определяет марки металлического кремния?
Марки указаны в национальной спецификации металлического кремния GB/T 2881, которая устанавливает минимальное содержание кремния и максимальное содержание железа, алюминия и кальция для каждого кода марки.