Футеровка рудно-термической печи

Техническое решение относится к металлургии и может быть использовано при производстве кремния карботермическим восстановлением в электродуговых печах.

Техническими результатами являются повышение теплоизоляционных свойств футеровки, предохранение нарушение целостности угольных блоков.

Технические результаты достигаются тем, что в футеровке руднотермической печи, содержащей металлический кожух, слой теплоизоляционного материала, кирпичную кладку, слой заполнителя из углеродистого материала, боковые и подовые углеродные блоки, слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста, кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича, а слой заполнителя между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из сажи. Причем, теплоизоляционный слой кирпича может быть выполнен из диатомитового кирпича, а огнеупорный слой кирпича может быть выполнен из шамота.

Футеровка руднотермической печи содержит (фиг.1) металлический кожух, 1, слой теплоизоляционного материала из листового асбеста, 2, кирпичную кладку из слоя диатомитового кирпича, 3, из слоя огнеупорного кирпича, 4, слой заполнителя из сажи, 5, боковые углеродные блоки, 6, и подовые углеродные блоки, 7.

Наличие слоя углеродистого заполнителя из сажи обеспечивает температуру на поверхности шамотной футеровки ~780°С, что предотвращает диффузионный процесс. Расчет толщин слоев материалов футеровки обеспечивает также температуру на наружной поверхности металлического кожуха ~58°С, что обеспечивает требования техники безопасности эксплуатации печи.

Результаты испытаний подтверждают качество полученной скомпонованной предлагаемой шихты, при приготовлении и использовании которой достигаются достаточно высокие технико-экономические показатели процесса карботермического восстановления кремния.

2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к металлургии и может быть использовано при производстве кремния карботермическим восстановлением в электродуговых печах.

Футеровка печи является одним из определяющих факторов технологического процесса получения кремния, обеспечивающих высокое качество получаемого продукта и длительную безаварийную эксплуатацию оборудования.

Известна футеровка ванны руднотермической электропечи, включающая в себя металлический корпус, теплоизоляционный слой из сыпучего материала, огнеупорную кладку стен из кирпичей и угольных блоков, в которой вертикальные швы между угольными блоками и кирпичной кладкой по всему периметру стен выполнены из мелкодисперсного глинозема (патент РФ 2115874, F27D 1/00, 1998 г., [1]). Использование слоя мелкодисперсного глинозема предотвращает окисление угольных блоков, повышает срок службы футеровки. Однако, данное конструктивное выполнение футеровки не обеспечивает в полной мере теплоизоляционных свойств и требований по технике безопасности эксплуатации печи, в частности - температуру на наружной поверхности металлического кожуха не более 60°С.

Известна футеровка рудовосстановительной печи, содержащая металлический кожух, теплоизоляционную засыпку, кирпичную кладку, угольные боковые и подовые блоки, которая дополнительно снабжена слоями-заполнителями из углеродистой массы и кокса крупностью 15-25 мм, размещенными между кирпичной кладкой и боковыми угольными блоками (А.с. СССР 1504476, F27D 1/00, 1989 г., [2]).

По назначению, технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Недостаток известного решения - нестабильность состава заполнителей при высокотемпературных нагрузках, обеспечение не в полной мере теплоизоляционных свойств, предотвращение проникновения в расплав примесей из футеровки и требований техники безопасности по температуре наружной поверхности кожуха.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение срока службы печи и соответствие требованиям техники безопасности.

Техническими результатами являются повышение теплоизоляционных свойств футеровки, предохранение нарушение целостности угольных блоков. Технические результаты достигаются тем, что в футеровке руднотермической печи, содержащей металлический кожух, слой теплоизоляционного материала, кирпичную кладку, слой заполнителя из углеродистого материала, боковые и подовые углеродные блоки, слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста, кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича, а слой заполнителя между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из сажи. Причем, теплоизоляционный слой кирпича может быть выполнен из диатомитового кирпича, а огнеупорный слой кирпича может быть выполнен из шамота.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.

Предлагаемая футеровка и футеровка по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:

- металлический кожух;

- слой теплоизоляционного материала;

- кирпичная кладка;

- слой заполнителя из углеродистого материала;

- боковые и подовые углеродные блоки.

Предлагаемая футеровка также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих футеровку по ближайшему аналогу:

- слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста;

- кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича;

- слой заполнителя между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из сажи.

Причем, теплоизоляционный слой кирпича может быть выполнен из диатомитового кирпича, а огнеупорный слой кирпича может быть выполнен из шамота.

Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности полезной модели «новизна».

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

При производстве кремния высокого качества, например для солнечных батарей, карботермическим способом возникает вопрос защиты восстановленного продукта (Si) от влияния футеровки печи. Процесс восстановления ведут при условии, когда температура внутренней стенки шахты печи нагревается до 2000°С. При этом из футеровки в кремний активно диффундирует бор. Установлено, что при снижении температуры шамотной футеровки до 800°С, диффузия бора прекращается (г.Грабмайер, фирма Сименс, Черняховский Л.В., Россия). Цель достигается путем создания теплоизоляционного слоя между графитовым тиглем и шамотом, предотвращающего диффузию бора из футеровки в расплав. Таким материалом может служить сажа, графитовый войлок и другие углеродистые материалы.

Толщина этого слоя определяется расчетным путем и зависит от толщины углеродной футеровки, мощности печи, технологической температуры процесса.

Футеровка руднотермической печи содержит (фиг.1) металлический кожух, 1, слой теплоизоляционного материала из листового асбеста, 2, кирпичную кладку из слоя диатомитового кирпича, 3, из слоя огнеупорного кирпича, 4, слой заполнителя из сажи, 5, боковые углеродные блоки, 6, и подовые углеродные блоки, 7.

Футеровка руднотермической печи работает следующим образом. Тепловой поток из рабочего пространства печи через образующийся в процессе работы печи гарнисаж (не показан), через углеродные блоки, 6, проходит через слой пористого углеродистого заполнителя из сажи, 5, а затем через слои огнеупорного кирпича, 4, диатомитового кирпича, 3, слой теплоизоляционного материала из листового асбеста, 2 и достигает металлического кожуха, 1. При этом при нагреве слоев футеровки происходит диффузия элементов из материалов футеровки в сторону расплава кремния в печи. Наличие слоя углеродистого заполнителя из сажи, 5, обеспечивает температуру на поверхности шамотной футеровки ~780°С, что предотвращает диффузионный процесс. Расчет толщин слоев материалов футеровки обеспечивает также температуру на наружной поверхности металлического кожуха ~58°С, что обеспечивает требования техники безопасности эксплуатации печи.

ИНФОРМАЦИЯ

1. Патент РФ 2115874, F27D 1/00, 1998 г.

2. А.с. СССР 1504476, F27D 1/00, 1989 г.

1. Футеровка рудно-термической печи, содержащая металлический кожух, слой теплоизоляционного материала, кирпичную кладку, слой заполнителя из углеродистого материала, боковые и подовые углеродные блоки, отличающаяся тем, что слой теплоизоляционного материала выполнен из листового асбеста, кирпичная кладка выполнена из слоев теплоизоляционного и огнеупорного кирпича, а слой заполнителя между слоем огнеупорного кирпича и углеродными блоками выполнен из сажи.

2. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляционный слой кирпича выполнен из диатомитового кирпича.

3. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что огнеупорный слой кирпича выполнен из шамота.