yandex.metrica
Ферросилиций

Технология производства ферросилиция в открытых печах

Для выплавки ферросилиция используют круглые печи с вращающейся ванной, а в последнее время — за­крытые печи мощностью 33—100 МВ·А. Для производст­ва кристаллического кремния чаще применяют однофаз­ные овальные двухэлектродные печи мощностью 5,5 МВ·А или круглые трехфазные печи с вращающейся ванной мощностью 10—36 МВ·А. Известна шестиэлек­тродная печь мощностью 45 МВ·А. Для концентрации энергии, что необходимо при выплавке кристаллического кремния, электроды на ней расположены двумя парал­лельными рядами.

Электрический режим работы печи в процессе плав­ки поддерживается стабильным, рабочее напряжение составляет обычно 130—250 В (более высокое для печей большей мощности) при силе тока 35000—100 000 А; обычно при отношении силы тока к рабочему напряже­нию ~300. Необходимо работать на максимально высо­ком рабочем напряжении, так как при этом растет cos φ, а следовательно, и полезная мощность печи. Технологическая схема производства ферросилиция в открытых и закрытых печах в цехе с непрерывной схемой дозирова­ния шихты приведена на рис. 47.

Распределение оксидов и восстановленных элементов при выплавке ферросилиция

Расчет шихты для производства ферросилиция ведет­ся из условия распределения оксидов и восстановленных элементов в процессе плавки (табл. 8). Предполагается, что сера и фосфор из стружки переходят в сплав, а сера коксика улетучивается. Примерный состав колош шихты приведен ниже:

таблица

Плавку ферросилиция ведут непрерывным процессом.

Технологическая схема производства ферросилиция

Для загрузки шихты в открытые печи на отечествен­ных заводах применяют завалочные машины системы П. С. Плюйко. Машина смонтирована на самоходной те­лежке и передвигается вокруг печи по рельсам. Бункер машины загружается из печного кармана шихтой, кото­рая по мере необходимости при помощи толкателя по­дается в совок. При загрузке шихты в печь совок полу­чает сильный толчок от механизма метания, и шихта за­брасывается в необходимое место. Бросок порции шихты производится прицельно в результате вращения машины вокруг оси и возможности изменения угла на­клона совка. За рубежом используют завалочные маши­ны на пневматических колесах и оборудованные хобота­ми с мульдой, из которой шихта высыпается непосред­ственно к электродам или путем переворачивания мульды или сдвига ее толкателем через передний край мульды, не имеющей стенки. При переходе к печам большой мощности с вращающейся ванной, видимо, целесо­образнее завалка по трубам, проведенным из печных карманов.

Нормальный ход технологического процесса характе­ризуется равномерным газовыделением по всей поверх­ности колошника, отсутствием потемневших спекшихся участков и местных сильных выделений газа (свищей), равномерным сходом шихты у электродов, устойчивой, глубокой посадкой электродов в шихте, регулярным выходом при каждом выпуске сплава небольшого количе­ства жидкоподвижного шлака.

Процесс плавки в печи происходит главным образом у электродов, где в этой наиболее горячей зоне печи образуются своеобразные газовые полости — тигли. При горячем ходе печи нижние части тиглей соединяются, образуя общий тигель печи.

В случае нарушения шихтовки печи или неправиль­ного ведения технологического процесса могут иметь мес­то следующие основные виды расстройства хода печи:

  1. Недостаток восстановителя (закварцевание печи) ведет к неустойчивой посадке электродов и колебаниям нагрузки, тигли сужаются, происходит сильное спекание шихты, на колошнике наблюдаются частые свищи. Шлак густой, рабочие концы электродов сильно утоньшаются и быстро укорачиваются. Температура в печи на глуби­не 500—600 мм от поверхности колошника при выплавке ФС 45 повышается до 1800—2000 °С, что приводит к уси­ленному испарению и потерям не только монооксида кремния, но и восстановленного кремния. В случае длительной работы печи с недостатком вос­становителя наблюдается расстройство работы летки — прекращается выход шлака, летка закрывается с трудом или вообще не закрывается, наблюдается просачивание металла в районе летки и даже прорыв футеровки печи сплавом. Это является следствием размягчения гарниссажа у передней стенки вследствие разрушения карбидов кислым шлаком.
  2. Избыток восстановителя, при котором посадка электрода становится высокой; из-под самых электро­дов бьют свищи, тигли сужаются, слышна работа дуг, шихта круто обваливается у электродов, нагрузка на электродах спокойная, из печи прекращается выход шлака, сплава сходит мало и он идет холодный. Длительная работа с избытком восстановителя на печи, выплавляющей кристаллический кремний, очень опасна, так как приводит к зарастанию ванны карбидом кремния и к аварийной остановке печи для чистки ванны.
  3. Работа на коротких электродах как по внешним признакам, так и по результатам подобна работе с из­бытком восстановителя,
  4. Работа с чрезмерно длинными электродами при высокой посадке их ведет к увеличению потерь электроэнергии в самих электродах, а при глубокой посадке электродов часто приводит к тому, что они садятся в шлак, теряется дуговой режим работы печи и бесполез­но расходуется электроэнергия.

При обнаружении отклонений хода печи от нормаль­ного важнейшая задача персонала — своевременно определить причину нарушения процесса и принять соответ­ствующие меры, например увеличить или умень­шить навеску восстановителя для исправления поло­жения.

Глубину погружения электродов в шихту регулиру­ют изменением электрического сопротивления печи или, что более желательно, изменением рабочего напряжения. Для изменения электрического сопротивления печи для выплавки сплавов кремния увеличивают или уменьшают проводимость шихтовых материалов путем изменения состава шихтовой смеси или размеров кусков шихты. Увеличение в шихтовой смеси количества углеродисто­го восстановителя или увеличение его крупности повы­шает проводимость шихты, а замена части рядового коксика коксиком с повышением электросопротивлением древесным углем или добавка древесных опилок снижа­ют ее проводимость.

Выплавка кремния и его сплавов в печах с вращаю­щейся ванной имет ряд технологических особенностей. В этом случае объем газовой полости под электродами уменьшается в три-четыре раза по сравнению с объемом при работе с неподвижной ванной. Газовая полость фор­мируется в основном с набегающей стороны электрода, а со сбегающей стороны или совсем отсутствует, или развита очень слабо.

При вращении ванны печи шихта как бы «вспахива­ется» неподвижными электродами, спекшиеся участки отсутствуют, что обеспечивает увеличение активной зо­ны более чем в два раза. Шихту примерно на 65% надо заваливать с набегающей стороны электрода.

Важнейшее значение имеет правильный выбор режи­ма вращения ванны печи. Повышенная скорость враще­ния ванны приводит к ухудшению работы колошника, не­устойчивой посадке электродов, затруднениям в работе летки и, следовательно, к снижению технико-экономиче­ских показателей производства. При уменьшении скорости вращения ванны ниже оптимальной соответственно теряется эффект от вращения ванны.

Оптимальная скорость вращения ванны печи состав­ляет один оборот за 50—100 ч (более высокая скорость нужна для выплавки низкопроцентных сплавов). Вра­щение ванны печи, выплавляющей кремний и его спла­вы, должно быть реверсивным в секторе 80—120°, что обеспечивает разрушение карбидов и разрыхление ших­ты на колошнике по всему сечению ванны, устойчивую работу летки и нормальный выпуск сплава и шлака, значительно улучшает условия службы электродов.