Получение технического кремния в электропечах Курсовая работа Студент ЭУМет-2 Игнатьев А.В. Уральский государственный технический университет 2007 Введение
    В ходе работы будут произведены металлургические расчеты процесса получения технического кремния из шихтовых материалов с заданными характеристиками (таблица 1). Доли используемых восстановителей, используемых в процессе плавки приведены в таблице 4. Распределение компонентов в металл, в шлак, в газы заданы в таблицах 2 и 3. Принятая доля угара (окисления) углерода на колошнике равна 10%. I. Описание процесса выплавки технического кремния Свойства кремния
    Кремний (z=14, атомная масса 28.0855) относится к IV группе периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Атом кремния проявляет степень окисления -4, +2 и +4. По распространенности в земной коре (27.6%) кремний занимает второе место после кислорода, встречается главным образом в виде кислородных соединений (кварц, силикаты, алюмосиликаты, гидраты и.т.д.). Кремний высокой чистоты используется в полупроводниковой технике, а технической чистоты (96 - 99% Si) - в черной и цветной металлургии для получения сплавов на нежелезной основе (силумина, АК12М2МгН и др.), легирования (кремнистые стали и сплавы, применяемых в электрооборудовании) и раскисления стали и сплавов (удаления кислорода), производства силицидов и.т.д.
    Температура плавления кремния равна 1687К, кипения 3522К, а теплота плавления составляет 39.55 кДж/моль. Шихтовые материалы
    Балансовая реакция, характеризующая процесс восстановления кремния из кремнезема углеродом при получении кристаллического кремния, может быть представлена в следующем виде:
    , (1) где - изменение свободной энергии (энергии Гиббса), T - равновесная температуре реакции, К.
    Кремнезем () вносится в состав шихты в виде кварцита, содержащего не менее 98% . Кварциты и кварцы и широко распространены в природе [1, табл. 7.6 стр. 219].
    Углерод вносится в составе углеродистых восстановителей. К ним предъявляются высокие требования по чистоте. Чем выше содержание твердого углерода и ниже содержание золы, тем выше качество восстановителя.
    К основным типам восстановителей относятся:
    Древесный уголь (берёзовый, сосновый). Содержит на сухую массу (обезвоженный) до 80% процентов твердого углерода, не более 4% золы и "летучее" остальное.
    Нефтекокс. Твердый остаток пиролиза нефти, содержащий до 96% твердого углерода, не более 0.6% золы, остальное "летучее".
    Каменный уголь (начал применяться в последние годы на сибирских заводах производства технического кремния - цеха Братского, Шелеховского алюминиевых комбинатов [1]). Уголь отличается относительно высокой зольностью (до 6%) и высоким содержанием летучих веществ (до 40%). Такие угли называют "длиннопламенными" или "газовыми". Они обладают высокой реакционной способностью и значительным удельным электросопротивлением.
    Древесная щепа. Используется в шихтах, содержащих до 40% газовых углей (для увеличения газопроницаемости печи).
    Сводные данные о химическом составе минеральной части восстановителей представлены в таблице 1. Химический состав шихтовых материалов Таблица 1 Шихтовой материал Химический состав кварцита и минеральной части восстановителей, % Кварцит 98,3 0,5 0,2 0,9 - - - - - - Древесный уголь 17,3 1,5 57,0 4,4 6,3 - 70 9,5 1,5 19 Нефтяной кокс 55,0 11,2 17,0 3,6 6,0 - 85 3,0 0,5 11,5 Каменный уголь 40,9 15,9 1,8 32,3 0,44 - 55 4,5 4,22 36,3 Древесная щепа 17,3 1,5 57,0 4,4 6,3 - 10 36,9 1,7 54,1 где - содержание влаги в рабочей массе, - зола на сухую массу, - содержание летучих компонентов. Электротермические агрегаты в технологии кремния
    Основным агрегатом для выплавки технического кремния является дуговая рудотермическая одно-трехфазная электропечь мощностью от 8 до 25 МВА. ............