8.Яка технологія виробництва кристалічного кремнію?(Сортамент, печі, футеровка, електроди, шихта, плавка, випуск, розливка)

Для получения кристаллического кремния чаще Вего используют однофазне двухэлектродные печи мощностью до 16,5 МВА или трехфазные мощностью до 50 МВА. Печи выполняют открытыми, закрытыми, герметизированными и с дожиганием газа под сводом, часто с вращением ванны.

Нормальный ход технологического процесса характеризуется следующими показателями:

1. Равномерным газовыделением по всей поверхности колошника, отсутсвием потемневших спекшихся участков и местных сильних выделений газа.

2. Равномерным сходом шихты у электродов и в треугольнике между ними.

3.У стойчивой глубокой посадкой электродов в шихте.

4. Регулярным выходом при каждом выпуске сплава, жидкоподвижного шлака и свободным выходом газа.

5. Устойчивой нагрузкой на електродах.

6. Равномерной переработкой загружаемой шихты при нормальном удельном рас ходе электроэнергии.

Процесс плавки в печи происходит главным образом у электродов в тиглях. В верхній части тигля холодная шихта образует своебобразный свод. Стенки и свод тигля непрерывно оплавляються и замещаются новыми порциями поступающей сверху шихты. Таким образом тигель нельзя рассматривать как застывший сосуд под электродом. При горячем ходе печи нижние части тиглей соединяются образуя общий тигель. Нижняя часть тигля представляет собой газовую полость. Расстояние между торцом электрода и поверхностью расплава составляет 200-400мм. Шихта расположена у стен печи прогревается настолько слабо что в этих местах плавление не происходит и шихтовые материалы спекаются в плотный монолит.

При ведении технологического процесса могут наблюдаться отклонения от нормального хода печи.

1.Недостаток восстановителя ведет к неустойчивой посадке электродов и колебаниям нагрузки за электродами тянутся длинные кварцевые нити тигли сужаются происходит сильное спекание шихты, на колошнике наблюдаются свищи, летка сильно газит, из летки выходит густой шлак, рабочие концы электрода сильно утоньшаются и бымтро укорачиваются.

2. Работа на коротких электродах как по внешним признакам так и по результатам подобна работе с избытком восстановителя.

Продолжительность операции выпуска составляет 15-25 мин. Летка должна быть открыта широко и периодически прошуровываться железным прутом для этого, чтобы обеспечить полный выход шлака из печи. По оканчанию выпуска очко летки закрывают возможно глубже конической пробкой из смеси электродной массы и песка или из смеси огнеупорной глины, коксика, и мелкой электродной массы вручную или пушкой.

9.Яка технологія виробництва феросиліцію?

Для выплавки кремния и его сплавов используют круглые дуговые электрические печи различных конструкций мощностью от 16,5 до 115 MBА. Печи работают на самоспекающихся и реже на угольных электродах. Рабочее напряжение (здесь и далее, где особо не оговорено, линейное напряжение) составляет обычно 150–250 В (более высокое для более мощных печей) при силе тока 35–100 кА, обычно при отношении силы тока к рабочему напряжению ~300. Футеровка горна угольная. Печи могут быть открытыми и закрытыми; в последние годы открытые печи все больше вытесняются закрытыми печами, так как условия труда на закрытых печах лучше. Шихта состоит из кварцита, восстановителя и железной стружки; иногда в состав шихты вводят отходы карборундового производства, содержащие карборунд, песок и кокс. Расчет шихты

для производства ферросилиция ведут из условия использования оксидов и распределения восстановленных элементов в процессе плавки, приведенного в таблицах. Допускается, что сера и фосфор из стружки переходят в сплав, а сера коксика улетучивается; улет кремния на 100% происходит в виде монооксида кремния.

Плавку ферросилиция ведут непрерывным процессом. На колошник печи непрерывно за-

гружают шихту, периодически производят выпуск сплава через летку. 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 и в треугольнике между ними, устойчивой глубокой посадкой электродов в шихте, регулярным выходом при каждом выпуске сплава небольшого количества жидкоподвижного Шлака, устойчивой нагрузкой на электродах и равномерной переработкой загружаемой шихты при нормальном удельном расходе электроэнергии. Минимальные потери тепла и улет кремния из печи при максимально большом количестве проплавляемой шихты достигаются при достаточно глубокой (1800–2700 мм для мощных печей) и устойчивой посадке электродов.

Глубину погружения электродов в шихту регулируют изменением электрического сопро-

тивления ванны печи или (что более желательно) изменением рабочего напряжения. Для изменения электрического сопротивления печи увеличивают или уменьшают электрическую проводимость шихтовых материалов изменением состава шихтовой смеси или размеров кусков шихты.

Увеличение количества или крупности углеродистого восстановителя в шихте повышает ее электрическую проводимость. Замена части рядового коксика ангарским полукоксом с повышенным электросопротивлением, древесным углем или добавка древесных отходов снижают ее электрическую проводимость.

Процесс плавки происходит главным образом у электродов, где в этой наиболее горячей

зоне печи под каждым электродом образуются своеобразные газовые полости — тигли (рис. 18),

окруженные твердой и полурасплавленной массой. На дне полости находится расплав, состоящий

из шлака, жидкого ферросилиция и частично расплавленной шихты. Полость заполнена ионизированными газами и парами, через которые осуществляется электрический разряд. Температура в полости, по-видимому, превышает 2300° С. Слои шихты, окружающие эту зону, восстанавливаются, плавятся и заменяются новыми порциями шихты, загруженными в виде конусов у электродов.

Таким образом образуются области быстрого схода шихты. Слои шихты, более удаленные от электродов, нагреваются медленно; восстановление и плавление этой шихты происходят с малой скоростью. Здесь образуются области медленного схода шихты. У стен печи образуется зона спекшейся шихты, которая вовсе не плавится вследствие невысокой температуры в этой зоне. Этот слой шихты образует гарнисаж. При горячем ходе печи нижние части тиглей соединяются, образуя общий тигель. Газы, образующиеся внизу около дуг, имеют высокую температуру и, проходя через вышележащие слои шихты, нагревают их. Прохождение горячего газа через более холодную шихту ведет к конденсации паров кремния.

При выплавке ферросилиция стремятся к тому, чтобы шихта в печи не спекалась в сплошную массу и была возможно более проницаемой для газов. Это необходимо для того, чтобы газы, образующиеся при очень высоких температурах в околоэлектродных полостях, проходили через возможно больший слой шихты и отдавали содержащееся в них тепло шихтовым материалам, а пары компонентов сплава поглощались шихтой. В случае спекания шихты в газовых полостях скапливаются под большим давлением газы и пары компонентов сплава, которые периодически прорываются оттуда под большим давлением через один или несколько каналов, образующихся в

шихте.

Для равномерного распределения по колошнику выходящих из печи газов, предотвращения спекания колошника и снижения потерь кремния в улет при выплавке ферросилиция необходимо вращать ванну печи, а на высокопроцентных сплавах — и «прошивать» шихту жердями, прутами. Шихту необходимо загружать в первую очередь к электродам непрерывно или небольшими порциями. Загрузка избыточного количества шихты недопустима, так как увеличение столба материалов ведет к смещению плавильной зоны вверх и нарушению теплового режима в зоне реакции.

Недогруз печи шихтой приводит к увеличению потерь тепла с уходящими газами и потерь кремния в улет.