Способ ведения плавки кремния и его сплавов

 

Изобретение относится к электротермическому получению кремния и его сплавов. Сущность изобретения: кремнезем плавят в присутствии восстановителей в руднотермической печи с электрическим режимом при отношении тока к фазному напряжению 550 - 650 и при коэффициенте мощности 0,78 - 0,84. 1 табл.

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

В настоящее время кремний получают путем высокотемпературного восстановления кремнезема с помощью восстановителей в дуговых руднотермических электропечах. В ванне печи существуют отдельные зоны, определяющиеся температурными условиями и процессами, происходящими в них. Рассмотрим нижнюю зону ванны, включающую газовую полость с электрической дугой. В газовой полости происходят реакции восстановления кремния, причем наиболее интенсивно кремний восстанавливается из кремнезема, находящегося в жидком или газообразном состоянии.

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, если этого не происходит технико-экономические показатели работы печей заметно ухудшаются.

Дуговой режим печей, выплавляющих кремний и его сплавы, зависит и от коэффициента мощности (cos) печи.

Как известно, при переменном токе плавка кремния ведется способом, включающим в себя электрический режим с отношением силы тока в электроде к фазному напряжению, равным 550 650 (Воробьев В. П. Сивцов А. С. и др. "Исследование распределения мощности по зонам электротермической печи." В сб. "Современное состояние и перспективы развития производства кремния", Братск, 1989, с. 29 31.) При каждом прохождении 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. По этой причине возникает пик напряжения на осциллограмме напряжения дуги. По мере возрастания величины проходящего через дугу тока напряжение на дуге снижается и достигает минимума при максимальном токе. Снижение тока вызывает новый подъем напряжения, как правило, больший по величине, чем первый, это напряжение потухания дуги. Чем больше мощность и надежнее теплоизоляция дуги, тем меньше пики зажигания и потухания. Формы кривых тока и напряжения дуги, устойчивость и длительность каждого периода ее горения зависят от многих факторов. Основными являются: мощность дуги, величина питающего напряжения, степень теплоизоляции дуги, электрические параметры контура с дугой. Анализ осциллограмм тока и напряжения дуги на электропечах РКО-25 КрИ1 показывает, что длительность пауз между периодами горения дуги в номинальном режиме с cos 0,92 составляет 26 т. е. дуга излучает энергию только 74 времени периода.

Задачей предлагаемого способа является повышение производительности печи за счет увеличения времени горения дуги в каждом периоде и увеличения доли энергии, выделяющейся в дуге, т. е. в нижней зоне ванны печи.

Поставленная цель достигается за счет постоянного поддержания коэффициента мощности печи (cos v) на уровне 0,78 0,84.

Поддержание коэффициента мощности на уровне 0,78 0,84 при отношении тока электрода к фазному напряжению 550 650 является отличием от прототипа.

Коэффициент мощности 0,78 0,84 обуславливает оптимизацию угла между током и напряжением, при этом величина напряжений сразу после перехода дуги через нуль оказывается достаточной для зажигания дуги, длительность горения дуги возрастает до 87 92 времени периода. Происходит сокращение длительности пауз между периодами горения дуги до 8 13 в соответствии с этим заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию "существенное отличие".

Заявленный способ осуществляется следующим образом: в период перед включением печи уменьшается количество последовательно соединенных секции конденсаторов установки продольной компенсации с 12 до 6 8 секций.

В ходе опытной кампании на электропечи РКО-25 КрИ1 исследовалось влияние коэффициента мощности на производительность печи. Количественные соотношения представлены в таблице.

При постоянной активной мощности печи и постоянном отношении тока электрода к фазному напряжению максимальная производительность достигается при коэффициенте мощности; равном 0,77 0,84.

Снижение или повышение коэффициента мощности выше или ниже указанного предела не создает положительного эффекта.

Причиной повышения производительности печи в указанном интервале величины коэффициента мощности является уменьшение угла между током и напряжением дуги, что приводит к увеличению времени горения дуги в каждом периоде и сокращению длительности пауз, в течение которых дуга не горит.

Формула изобретения

Способ выплавки кремния и его сплавов, заключающийся в ведении плавки кремнезема в присутствии восстановителей в руднотермической печи с электрическим режимом при отношении тока к фазному направлению 550-650, отличающийся тем, что коэффициент мощности постоянно поддерживают равным 0,78-0,84.

РИСУНКИ

Рисунок 1