СПОСОБ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 1999 года по МПК C01B33/00 C22B4/06 C22B5/10 

Изобретение относится к области металлургии, именно к получению технического кремния и его сплавов восстановительной плавкой в электропечах.

Известен способ выплавки кремния и его сплавов, включающий загрузку кварцита и углеродистых восстановителей в руднотермическую электропечь, карботермическое восстановление кремния, выпуск жидкого кремния из печи в ковш или изложницу. При этом содержащиеся в шихте оксиды и соединения элементов, определяющих качество кремния (железа, кальция, алюминия), также восстанавливаются и переходят в кремний, снижая его качество, для уменьшения содержания примесей применяют различные способы очистки (рафинирования): продувку кремния в ковше кислородом или галогенами в смеси с инертным газом или кислородом (Рагулина Р.И., Емлин Б.И., Электротермия кремния и силумина. М.: Металлургия, 1972, с 138-139).

Недостатками данного способа является сложное аппаратурное оформление процесса рафинирования: наличие ковша с подогревом, фурменных устройств для продувки кремния. Кроме того, значительны потери кремния из-за застывания в ковше. Все это трудно реализовать в действующем производстве без ухудшения технико-экономических показателей получения кремния.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества кремния.

Поставленная цель достигается тем, что при выпуске кремний пропускают через струю сжатого воздуха, обогащенного кислородом. При этом струя сжатого воздуха заключается в замкнутое с боков пространство (полый цилиндр, через который проходит жидкий кремний).

При контакте с кислородом происходит окисление примесей, химическая активность которых выше кремния:
2Ca+O₂=2CaO
4Al+3O₂=2Al₂O₃
Поскольку кремний, выпускаемый из печи, весь проходит через струю воздуха, заключенную в замкнутое с боков пространство, интенсивность окисления кальция и алюминия тем выше, чем больше содержание кислорода в воздушно-кислородной смеси.

Рафинирование жидкого кремния, пропускаемого через струю воздушно-кислородной смеси без дополнительного аппаратурного оформления, обуславливает новизну технического решения.

Способ осуществляется следующим образом: в руднотермическую печь ведут загрузку кварцита и углеродистых восстановителей, проводят карботермическое восстановление кремния, одновременно восстанавливаются и оксиды и соединения элементов, определяющих качество кремния (железа, алюминия и кальция), и проводят выпуск кремния из печи в ковш или изложницу. Одновременно с выпуском измеряют содержание примесей (кальция и алюминия). На выпуске из печи кремний пропускают через струю сжатого воздуха, который заключен в замкнутое с боков пространство, куда сверху поступает жидкий кремний, а снизу поступает сжатый воздух. В зависимости от количества примесей и с целью повышения степени очистки кремния сжатый воздух обогащают кислородом и определяют степень очистки в различных соотношениях воздуха и кислорода.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Установлена зависимость увеличения степени очистки от содержания кислорода в смеси воздух-кислород (см. таблицу).

При содержании кислорода более 50 об.% качество кремния по примесям кальций и алюминий кремний соответствует маркам выше КР 1, что приводит к повышению экономической эффективности производства кремния.

Способ может быть использован для получения технического кремния и его сплавов восстановительной плавкой в электропечах. При выпуске из печи кремний пропускают через струю сжатого воздуха, обогащенного кислородом, при этом струя сжатого воздуха заключается в замкнутое с боков пространство. Установлена зависимость увеличения степени очистки кремния от кальция и алюминия от содержания кислорода в смеси воздух-кислород, повышается качество кремния. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выплавки кремния и его сплавов, включающий загрузку кварцита и углеродистых восстановителей в руднотермическую печь, карботермическое восстановление кремния, выпуск жидкого кремния из печи в ковш или изложницу, отличающийся тем, что при выпуске из печи кремний пропускают через струю сжатого воздуха, обогащенного кислородом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремний пропускают через струю сжатого воздуха с содержанием кислорода, поддерживаемого в количествах 20 - 100 об.%. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что струю сжатого воздуха, обогащенного кислородом, подают в замкнутое с боков пространство, через которое сверху поступает струя жидкого кремния.