книги из ГПНТБ / Розенцвейг Я.Д. Краткий справочник ферросплавщика (для рабочих)
.pdfДля восстановления 100 кг кварцита требуется 38,^6 кг углербда, или
|
‘ |
---- ------= *18,45 кг коксика. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
0,800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Часть коксика сгорает на колошнике печи; принимаем, что сго |
|||||||||||
рает |
около 10%. Следовательно, |
необходимо коксика |
|
|
|
|
|||||
|
|
48,45 : 0,9 = 53, S3 кг. |
|
|
|
|
|
|
|||
Расчет количества элементов, |
восстановленных |
нз |
100 кг |
квар |
|||||||
цита |
и 53,83 кг коксика, |
показан |
в табл. 34. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
34 |
||
|
|
|
Восстанавливается, |
кг |
|
|
|
|
|
||
|
нз кварцита |
|
|
нз золы коксика |
|
|
|
всего |
|||
Si |
95,55—50,96 = |
53 .8 3 - |
|
0 ,13 -0,98 -0,5 - |
— |
= |
1,59 46, 18 |
||||
= 44.59 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
||
Fe |
0,69 —0 ,2 0 = 0 ,4 9 |
53 .83 - |
|
0, 13-0,99-0,20 |
■— |
= 0,96 1 ,45 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
160 |
|
|
|
|
А1 I .05—0 ,4 9 = 0 ,5 6 |
53 .8 3 - |
|
0, 13-0.70-0,25 |
• - = = 0 , 6 - 1 ! |
, 2 0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
102 |
|
|
|
|
Са |
0, 15—0 ,0 4 = 0 , I 1 |
53 .8 3 - |
|
0, 13 0,50 |
0,05 |
• — |
= 0 ,1 2 0,23 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
56 |
|
|
|
|
Распределение |
восстановленных элементов |
показано |
в табл, |
35. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
35 |
||
Элемент |
Переходит в сплав, кг |
|
В улет, кг |
|
|
||||||
|
Si |
46,18 -0,9 -1 = |
43,40 |
46, 18—43,40 = |
2,78 |
||||||
|
Fe |
1 , 4 5 - 0 , 9 9 |
= |
1,43 |
1, 45— |
1,43 = |
0,02 |
||||
|
А1 |
1,20 |
- 0, 9 |
= |
1,08 |
I , 20— 1,08 = 0 , 12 |
|||||
|
Са |
0 , 2 3 - 0 , 7 |
= |
0,16 |
0, 23— |
0,16 = |
0,07 |
||||
|
В с е г о ............................. |
16,07 |
|
|
|
|
2,99 |
||||
111
|
56,5 |
98,1 |
|
55.3 |
37.4 |
|
55,J |
36.4 |
|
54 у |
35.4 |
кг |
54,1 |
94.4 |
|
|
|
босстоноВителя, |
§ |
|
|
а-, |
|
|
I" |
|
Количество |
е |
|
|
|
84 |
8 2 |
80 |
7 3 |
76 |
74 |
72 |
70 |
Содержание углерода в восстановителе, %
Рнс. 37. Номограмма для расчета шихты при выплавке 45%-ного ферросилиция
|
67 |
|
|
|
|
|
9 |
$% SiO t |
|
Ufi |
53,4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
52Р |
|||||
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч , 11,3 |
|||
|
|
|
|
|
98% SL 0Z |
А |
|
U,2 |
5 2 ,4 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
59 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11,1 |
51,9 |
|
S' 55 |
|
|
|
|
97% SL 01 7 у |
А |
|
11,0 |
51,4 |
|||||
|
|
|
9 6 % S L 0 i |
|
7 7 |
/ |
£ |
$! |
||||||
§ |
5 7 |
|
|
|
9 5 % Щ 1 у / |
|
у |
? |
<§' |
|||||
§ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
' I |
56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
| |
I |
5 5 |
|
|
|
|
|
V / / 7 |
" |
|
I |
S |
|||
§ |
5 4 |
|
|
|
|
/7' |
/ |
/ |
|
|
|
•з |
43 |
|
а |
|
|
|
|
|
У / , У |
|
|
|
|
В |
й |
||
|
5 2 |
|
|
|
/ ' |
|
|
|
|
I |
|
|||
к 5 3 |
|
|
' |
У / ' |
V |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
51 |
|
f |
|
7/ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
/ / |
' |
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4950 |
YAуX |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
||
|
48,у |
83 |
81 |
79 |
|
77 |
75 |
73 |
71 |
|
|
|||
|
8 5 |
|
|
|
||||||||||
|
|
84 |
82 |
80 |
78 |
7 6 |
7 4 |
7 2 |
70 |
|
|
|||
Содержание углерода 8 восстановителе, %
Рис. 38. Номограмма для расчета шихты при выплавке 75%-ного ферросилиция
При выплавке 45%-ного ферросилиция ^3,40 кг кремния должно составлять 45% веса сплава; отсюда общий вес сплава равен
43,40
96,44 Кг.
0, 45
Следовательно, необходимо внести железа 96,44—16,07 *= 50,37 кг, или железной стружки 50,37 : 0,96 = 52,4 кг.
Рис. 39. Пример пользования номограм мами
Так как углерод электродов принимает участие в восстановлении, необходимое количество коксика уменьшается. Расход электродов
на 1 т 45%-ного ферросилиция составляет 25 кг; |
половина угле |
рода электродов идет на восстановление окислов. Так как из 100 кг |
|
кварцита получается 96,44 кг сплава, количество |
коксика должно |
быть уменьшено н а 2 о : |
---------------2 - 96,44 = 1,21 кг. |
|
|
1 0 0 0 |
|
Состав стандартной колоши на 300 кг кварцита, |
|
|
Кварцит....................................................... |
(53,83—1 ,2 1 )-3 = 1 |
300 |
КоксиК ........................................ |
5 7 ,9*158 |
|
Железная стружка . . . . . . |
52,4-3*» 157 |
|
На рис. 37—39 приведены графики, позволяющие по заданным условиям (концентрации S 1O2 л С) определять
количество коксика и железной стружки, а также вес по лучаемого оплава.
8 Заказ 1719 |
И З |
ПРОИЗВОДСТВО
КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО
КРЕМНИЯ
Кристаллический кремний в Советском Союзе выплав ляют в однофазных течах мощностью 5000 ква с двумя
электродами.
Шихта для выплавки кристаллического кремния состоит из кварца или чистого кварцита, древесного угля и пеково го или нефтяного кокса. Состав материалов, 'применяемых при выплавке кристаллического кремния, приведен в табл. 36.
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 36 |
||
Состав |
материалов, применяемых |
при |
производстве кремния, |
% |
||||||
|
|
|
О |
|
|
|
Состав кварца и золы |
BOC- |
||
|
|
СЗ |
|
|
|
становителя |
|
|||
Материал |
5 |
|
I |
8* |
|
|||||
СЗ |
|
Зола |
|
|
|
|
||||
|
|
& |
о е; |
SiOa А1аОа Fe.Oj |
CaO |
MgO |
||||
|
|
ш |
Н >» |
|||||||
|
|
Ч |
|
а £ |
|
|
|
|
||
Кварц . . . . |
_ |
_ |
_ |
|
_ |
99.3 0,27 |
0,33 |
0,08 |
_ |
|
Древесный |
|
11,4 |
17,35 |
5,4 |
77,25 |
30,8 S , 47 6 , 1 2 32,3 |
3,21 |
|||
уголь . . . . |
||||||||||
Кокс пековый |
2,05 |
1 , 96 I , 89 96,2 |
53,2 15,26 |
14,25 |
5,96 |
2,56 |
||||
Кварц используют в кусках размером 15—80 лш, древес |
||||||||||
ный уголь— от 10 до 80 лш. |
Кокс не должен быть крупнее |
|||||||||
15 мм. |
Обычно |
работают |
с |
колошей шихты небольшого |
||||||
веса, рассчитанной на 100 кг кв-арца (это вызывается тем,
что трудно равномерно смешать материалы с резко раз личающимися насыпными весами).
Примерный состав колоши шихты следующий, кг:
К в а р ц ............................................................. |
100 |
Древесный уголь ........................................ |
24—28 |
Пековый или нефтяной кокс .................. |
25 |
При выплавке кремния большое значение имеет точность взвешивания, так как изменение дозировки шихты на 1— 2 кг может послужить причиной тяжелого расстройства
хода печи. Шихту загружают на колошник печи непрерывно
114
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 37 |
||||
|
|
|
|
|
Нарушения нормального хода процесса ' |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
при |
выллаоне |
кристаллического кремния |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Нарушение |
|
|
Причина |
|
Способ устранения |
|||||||||||
Шихта на колошнике |
Избыток восста |
Уменьшают содержание |
||||||||||||||||
не |
спекается, |
стано |
новителя |
в шихте; |
твердого углерода в ших |
|||||||||||||
вится |
рыхлой и обва |
при |
длительном |
те на 0,5— 1,0 |
кг н |
дают |
||||||||||||
ливается; |
пламя |
на |
избытке |
восстано |
две-три колоши с -^недо |
|||||||||||||
колошнике |
имеет тем |
вителя в печи об |
статком |
восстановителя. |
||||||||||||||
но-красный оттенок. |
разуется |
карбид |
В случае образования бо |
|||||||||||||||
Летка «сухая», при |
кремния |
|
|
льших количеств карбида |
||||||||||||||
шуровке ее не прощу |
|
|
|
|
кремния в тиглях |
печи в |
||||||||||||
пывается жидкая мас |
|
|
|
|
течение 30 мин проплав |
|||||||||||||
са |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ляют шихту у электродов |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и затем железными ломи |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ками выламывают |
карбид |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кремния из тигля. Если |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
удалить |
карбид |
|
кремния |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
не удается, его разбивают |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на мелкие куски и сталки |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вают под электроды. |
Пос |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ле этого в печь дают ших |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ту с недостатком восста |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
новителя. |
|
При скоплении |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в печи большого количест |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ва карбида |
кремния |
печь |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прогревают |
без |
|
завалки |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шихты |
в |
|
течение 2—4 ч, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
затем ее отключают |
н от |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
бойными |
молотками |
очи |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щают |
ванну |
от |
|
карбида |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кремния |
|
|
|
|
|
|
|
Глубокая и неустой |
Недостаток |
вос |
На колошник дают дре |
|||||||||||||||
чивая |
посадка |
элект |
становителя в ша |
весный уголь |
и |
увеличи |
||||||||||||
родов, нагрузка коле |
хте |
|
|
|
вают его навеску |
|
в шихте |
|||||||||||
блется, |
на колошнике |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
выделяется |
большое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
количество белого ды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ма, из летки также |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
выделяются |
|
сильно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
дымящие газы. |
Шихта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
на |
колошнике |
сильно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
спекается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В летку идет |
плав |
Длительный |
не |
Увеличивают |
|
навеску |
||||||||||||
леный, |
невосстанов |
достаток восстано |
восстановителя н дают до-., |
|||||||||||||||
ленный кварц, кото |
вителя в шихте |
полнительно древесный |
||||||||||||||||
рый |
затягивает очко |
|
|
|
|
уголь на колошник. Разо |
||||||||||||
летки |
н |
препятствует |
|
|
|
|
гревают плавленый |
кварц |
||||||||||
свободному |
|
выходу |
|
|
|
|
электродом аппарата |
про |
||||||||||
металла |
|
|
|
|
|
|
|
|
жигания |
летки |
и желез |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ными |
прутьями |
|
вытяги |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вают кварц из летки |
|
||||||
115
и равномерно мелкими порциями вокруг электродов кону сами высотой до 300 nut. Очередную порцию шихты забра сывают в место наибольшего выделения пламени. Для предупреждения образования свищей колошник следует периодически «прошивать» и разрыхлять. При этом катего рически запрещается пользоваться железным инструментом. При иодвисашш шихты (усиливается звучание дуги) ее следует обваливать; на это место забрасывают свежую пор цию шихты.
При нормальном ходе печи газы выделяются .равномер но по всей поверхности колошника, нет спекшихся участков
шихты; шихта сходит равномерно, на каждые 100 кг |
запру |
||
женного |
кварца .расходуется |
450—500 кет ■ч электроэнер |
|
гии. |
|
|
через |
Кремний следует .выпускать периодически |
|||
каждый |
нас, выпуск длится |
15—20 мин. Иногда |
рабо |
тают с непрерывным выпуском кремния и летку закрывают только на время смены изложницы. Металл выпускают в нефутерованную чугунную изложницу, все выпуски за одну смену в одну и ту же изложницу — на металл пре дыдущих выпусков. При первом выпуске под струга метал ла подкладывают графитовый блок или кусок кремния от предыдущей плавки.
В табл. 37 показаны некоторые отклонения от нормаль ного хода процесса и способы их устранения.
При выплавке кристаллического .кремния в печи с вра щающейся ватной облегчаются -условия труда персонала на колошнике; разрушается карбид кремния .в плавильной
зоне, |
что позволяет снизить |
навеску |
-древесного угля |
||||
и заменить его |
дешевой |
мелочью |
пекового кокса; возрас |
||||
тает |
производительность |
печи |
(3,7%) |
*, |
уменьшается |
||
удельный ца-сход электроэнергии |
(2,9%) |
и древеоного |
|||||
угля |
(25,1%); |
себестоимость |
крпстал.пичеокого кремния |
||||
снижается на 11,56 руб. на 1 т сплава; повышается каче ство продукта.
* Цифры приведены по данным Челябинского электрометаллур гического комбината.
ПРОИЗВОДСТВО
СИЛИКОКАЛЬЦИЯ
КАЛЬЦИИ
■Кальций— элемент II группы периодической системы. Обозначение Са, порядковый номер 20, атомная масса 40,08. По распространенности в природе занимает пятое место; содержание его в земной коре составляет 3,25%. Большая часть кальция ,в природе находится в виде известняка, мела, мрамора СаС03, гипса CaS04 • 2Н20, доломита (Са, M g)C03 и др. Имеются две модификации кальция: а — устойчивая до 400° С (673° К) и р — устойчивая при более высоких температурах.
Впервые металлический кальций был выделен в 1808 г. английским химиком Дэви. Кальции — серый блестящий металл с хорошими пластическими свойствами.
Сплавы кальция с иремнивм 'широко применяют для раскисления стали; обработка стали силикокальциам спо собствует очищению ее от серы, так как при этом образу ется сульфид кальция CaS — очень прочное соединение, не растворимое в стали.
Ф ИЗИ КО -ХИ М И ЧЕСКИ Е |
|
СВОЙСТВА КАЛЬЦИЯ |
|
П лотность................................................................................... |
1,54 |
Температура: |
|
плавления, ° С .................................................................... |
850 |
то же, °К ........................................................................... |
1123 |
кипения, ° С ........................................................................ |
1492 |
то же. °К ........................................................................... |
1765 |
Теплота плавления, ккал/кмоль . . . . ............................. |
2230 |
То же, кдж /кмоль.................................................................... |
9337 |
Удельная теплоемкость при 25° С (29S° К), ккал/град |
0, 157- Ю~ 3 |
Т ож е, кдж/град .................................................................... |
0,657-10—® |
Валентность ............................................................................... |
2 |
117
ВАЖ НЕЙ Ш И Е СОЕДИНЕНИ Я КАЛЬЦИЯ
Свойства |
некоторых |
соединений |
кальция приведены |
||||
в табл. 38. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
38 |
|
|
Свойства некоторых соединений кальция |
|
|
||||
|
Температура |
|
Теплота образования |
|
|||
Соединение |
плавления |
|
ЛЫ298° К |
|
|
||
|
°с |
°к |
ккал/кмоль |
кдж(кмоль |
|
||
СаС. |
2300 |
2573 |
— |
14 100 |
— 59 030 |
|
|
СаА!„ |
1079 |
1 352 |
— |
— |
|
— |
|
СаА1, |
— |
— |
13 000 |
— 54 430 |
|
||
Ca,Ns |
1195 |
14 08 |
— 105 000 |
— 439 610 |
|
||
СаН г• |
816 |
1089 |
|
— |
|
— |
|
СаО |
2700 |
2973 |
— 151 700 |
— 635 I 40 |
|
||
CaSi |
12‘15 |
1518 |
— |
36 000 |
— 150 730 |
|
|
CaS |
— |
— |
— 129 720 |
—543 120 |
|
||
СОРТАМЕНТ |
|
|
|
|
|
|
|
СИЛИКОКАЛЬЦИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
Сортамент силикокальция (по ГОСТ 4762—49) |
приведен |
||||||
в табл. 39. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
39 |
|
|
|
Силикональций |
|
|
|
|
|
|
|
Химический состав, |
% |
|
|
||
Марка |
Са |
Са + Si |
А1 |
S |
Р |
|
|
сплава |
|
|
|
|
|
|
|
|
не менее |
|
не более |
|
|
||
КасиО |
31 |
90 |
I ,5 |
0,04 |
0,05 |
|
|
Каси1 |
28 |
90 |
2,5 |
0,04 |
0,05 |
|
|
Касн2 |
23 |
85 |
3,0 |
0,04 |
0,05 |
|
|
118
СЫРЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сырьем для проиаводсгва силикокальцйя служат кварцит и известь. В качестве восстановителя используют коксик,
древесный и каменный уголь. Характеристика сырых мате
риалов приведена в разделе «Производство ферросилиция». Кварцит следует подавать в -печь в кусках размером 20— 100 мм\ содержание СаО в извести должно быть не менее 92%; размер кусков 40—'100 мм. Кокоик используется фракции 5—20 мм, древесный уголь в кусках размером 10—'80 мм, каменный уголь отсеивают от мелочи менее
5 мм.
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ СИЛИКОКАЛЬЦИЯ
Сил.шшкальций выплавляют в течах мощностью 10 000— 16500 ква .при вторичном напряжении МО—.140 в. Процесс
основан на совместном восстановлении окиси кальция и кремнезема углеродом по реакции
2S10, + СаО + 5С = CaSi2 + 5СО. |
|
Эта реаисция может протекать п.ри температуре |
около |
1600°С. Температура раздельного восстановления |
S i02 |
1500°С 1(4773° К), а СаО 2450°С (2423° К). При совместном восстановлении ход процесса облегчается еще и тем, что образующиеся кремний и кальций связываются в прочное соединение CaSi2.
Для предотвращения образования легкоплавкого шлака, снижающего температуру в реакционной зоне печи и пре пятствующего тем самым восстановлению окислов кальция и кремния, работают с большим избытком восстановителя против теоретически необходимого. Это приводит к образо ванию карбидов кремния и кальция по реакциям:
S i02 - f ЗС = SIC + 2СО;
СаО + ЗС = СаС2 + СО.
(Карбиды переходят в шлак и делают его более туго плавкими, что способствует получению в печи -высоких температур. Карбиды можно разрушить кремнекислотой по реакциям:
СаС2 + Si02 = CaSi + 2СО;
2S1C + S i02 = 3Si + 2CQ
119
с образованием сплава— силикокальцня. Эти реакции ис пользуются для предотвращения зарастания печи карбида ми, для чего в течь 'периодически дают дополнительные порции кварцита из расчета 45—60 кг на колошу загру
женной шихты. Нормальный ход печи обеспечивается тог да, когда содержание кальция в силнкокальции составляет около 28°/о, а шлак содержит не более 18% карбида каль ция. Содержание кальция определяют не только химичес ким анализам, но и по излому слитка. При содержании кальция менее 25% сплав имеет в изломе однородную мел кокристаллическую структуру, при 28—29% Са излом ста новится крупнокристаллическим, а при 30% Са и более — излом имеет столбчатую структуру.
Содержание карбида кальция ,в шлаке определяют по объему выделяющегося при разложении карбида ацетиле на— проба на «литровость»— количество литров ацетиле на, выделяющегося при взаимодействии шлака с водой. «Литровость» шлака должна быть в пределах 40—60 л на
1 кг шлака. |
|
непрерывным |
процессом, |
|
Выплавку силикокальцня ведут |
||||
шихту заваливают в печь |
по мере проплавления. |
Чтобы |
||
■предотвратить повышение |
уровня |
колошника |
(это |
может |
привести к быстрому зарастанию печи), середину его раз гребают железными гребками. Вокруг электродов поддер живают небольшие конусы из шихты, чтобы оттеснить от них 'выделяющиеся газы, улучшить использование уносимо го газами тепла и уменьшить улет кремния и кальция. Пе регруз колошника печи шихтой недопустим.
Нормальная колоша шихты имеет следующий пример ный состав, кг:
К в а р ц и т ...................................................... |
200 |
Известь........................................................... |
85 |
Древесный уголь ...................................... |
55 |
Анжерский каменный у г о л ь .................... |
30 |
К оксик ........................................................ |
100—90 |
На колошнике те должно быть свищей, иглами должно равномерно выделяться по всему колошнику. Завальщики непрерывно небольшими порциями заваливают шихту в места прогара. Практически па каждый выпуск для раз рушения. образовавшихся карбидов .в печь дают 500— 700 кг кварцита; предварительно шихту .вокруг электродов
несколько проплавляют и кварцит загружают непосредст венно в тигель вокруг электрода. Но, несмотря на эти ме ры, ванна печи все же постепенно зарастает карбидами и кампания печи на выплавке енликокальцпя не превышает
120