Slag-Gratis smelten van siliciummetaal 98: ladingsontwerp, reductiemiddelen en kwaliteitscontrole

Wat een slag-gratis proces betekent voor Silicon Metal 98

Siliciummetaal 98 omvat smeltkwaliteiten waarvan het siliciumgehalte op of net onder de 99 procent ligt, waarbij ijzer, aluminium en calcium aan strakke plafonds worden vastgehouden. Een slak{3}}proces is een ontwerpdiscipline met kosten- in plaats van een enkel additief: de oven wordt zo gevoed dat onzuiverheden het metaal binnendringen of met het af- afgas weggaan, zodat er weinig of geen vloeibare slak hoeft te worden afgetapt, gekoeld en afgevoerd. De praktische voordelen zijn een hogere siliciumterugwinning, een lager specifiek energieverbruik en een last die gemakkelijker stabiel te houden is.

Silica bedoeld voor het smelten van chemische-kwaliteit moet daarom met ongebruikelijke zorg worden geselecteerd. Producenten zoeken naar een hoog siliciumdioxidegehalte, lage en consistente onzuiverheidsniveaus, voldoende mechanische sterkte, voldoende thermische stabiliteit en een deeltjesgrootteverdeling die ervoor zorgt dat de ovenvulling gasdoorlatend blijft.

Kwarts- en silicabronnen: zuiverheid, sterkte en grootte

Natuurlijk siliciumdioxide komt voor als op zichzelf staand kwartsmineraal, als steenkwarts of als zandsteen waarin silicakorrels aan elkaar zijn gecementeerd. Welke bron er ook wordt gekozen, het materiaal moet de thermische schokken bovenaan de oven overleven zonder in fijne deeltjes af te brokkelen. Fijne deeltjes blokkeren de gasstroom en dwingen de operator de elektrodeposities omhoog te brengen, wat energie verspilt en de reactiezone destabiliseert.

Hoog siliciumdioxidegehalte, waarbij ijzer, aluminium en calcium zo laag worden gehouden als de afzetting toelaat.

Hoge mechanische sterkte, zodat de lading bestand is tegen manipulatie en thermische schokken.

Voldoende thermische stabiliteit zodat de last bij hoge temperatuur niet in stof uiteenvalt.

Een mengsel met gecontroleerde deeltjesgrootte dat het reactieve oppervlak in evenwicht brengt met de gasdoorlaatbaarheid.

Consistente chemie van partij tot partij, omdat de oven is afgestemd op één laadrecept.

Onzuiverheden in het silica volgen verschillende paden door de oven. Sommige worden tijdens het smelten volledig gereduceerd, sommige komen als verbindingen bij het metaal terecht en sommige genereren slak. Dat is precies de reden waarom een ​​slakkenvrije route een grondstof vereist die zo weinig mogelijk slakvormend materiaal bevat: elke gram aluminiumoxide of calciumoxide die in de lading terechtkomt, moet óf uit het metaal worden verwijderd óf zich ophopen als slak, en geen van beide uitkomsten is gratis.

Koolstofreductanten: Vaste koolstof, as en vluchtige stoffen

De belangrijkste reductiemiddelen die worden gebruikt voor het chemisch smelten van silicium zijn petroleumcokes, pekhoutskool en houtskool. Om de soortelijke weerstand van de lading te verhogen en de chemische activiteit ervan te verbeteren, mengen producenten ook steenkoolcokes, half-cokes, lage- temperatuurcokes, blauwe houtskool en houtsnippers. Het koolstofhoudende materiaal is vooral gespecificeerd op vaste koolstof, as, vluchtige componenten en vocht.

Reductant eigendom	Voorkeur richting	Effect op een slakken-gratis toeslag
Vaste koolstof	Hoog	Minder totaal reductiemiddel nodig per ton silicium
As	Laag	Er komen minder onzuiverheden in de lading en er wordt minder slak gevormd
Vluchtige componenten	Matig en consistent	Voorspelbare koolstofreactiviteit en stabiele werking van de oven
Vocht	Laag en stabiel	Stabiele laadweerstand en stabiele stroominvoer
Weerstand	Hoog	Beter elektrisch gedrag en diepere onderdompeling van de elektroden
Porositeit	Hoog	Groter reactieoppervlak en hogere siliciumterugwinning

Een hoog koolstofgehalte betekent dat er een kleinere massa reductiemiddel nodig is, waardoor de hoeveelheid onzuiverheden die met de koolstof wordt meegevoerd direct wordt verminderd. Hoge weerstand en hoge porositeit verhogen de weerstand van de lading als geheel, en omdat de ladingsweerstand voornamelijk afhangt van de koolstofhoudende component, bepaalt de keuze van het reductiemiddel hoe diep de elektroden kunnen zitten en hoe groot de reactiezone wordt. Een poreuze, chemisch actieve koolstof geeft een hogere opbrengst aan silicium voor hetzelfde opgenomen vermogen.

Een laag asgehalte maakt een slakkenvrije campagne-mogelijk, omdat as de belangrijkste drager is van slakken-die oxiden in de oven vormen. Hoogvluchtige materie heeft het tegenovergestelde effect als hoog gefixeerd koolstof: het koolstofgehalte wordt verdund door gas dat vrijkomt boven de reactiezone zonder reductiewerk uit te voeren, waardoor het reductiemiddel minder efficiënt wordt verbruikt en er meer van nodig is voor dezelfde siliciumproductie.

Kwaliteitscontrole: samenstelling van siliciummetaal 98 en aanverwante kwaliteiten

Siliciummetaal wordt geclassificeerd op basis van het siliciumgehalte en op basis van het maximaal toegestane ijzer, aluminium en calcium, volgens de nationale siliciummetaalspecificatie GB/T 2881. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de meest verhandelde kwaliteiten, inclusief de 98 procent siliciummetaalgroep, vertegenwoordigd door kwaliteit 553.

Cijfer	Si (%, min)	Fe (%, maximaal)	Al (%, maximaal)	Ca (%, maximaal)
Siliciummetaal 1101	99.79	0.1	0.1	0.01
Siliciummetaal 2202	99.58	0.2	0.2	0.02
Siliciummetaal 3303	99.37	0.3	0.3	0.03
Siliciummetaal 411	99.4	0.4	0.1	0.1
Siliciummetaal 421	99.3	0.4	0.2	0.1
Siliciummetaal 441	99.1	0.4	0.4	0.1
Siliciummetaal 551	98.9	0.5	0.5	0.1
Siliciummetaal 553	98.7	0.5	0.5	0.3

De kwaliteitscode is een afkorting voor de onzuiverheidsplafonds. Klasse 553 laat elk maximaal 0,5 procent ijzer en aluminium toe en calcium maximaal 0,3 procent, waardoor silicium 98,7 procent of beter blijft. Daarom is het het werkpaard van de familie van 98 procent siliciummetaal. Kwaliteit 441 accepteert hetzelfde ijzerniveau, maar houdt aluminium en calcium lager vast, en de kwaliteiten 2202 en 3303 verscherpen elke limiet in één keer voor toepassingen waarbij geleidbaarheid of stroomafwaartse chemie gevoelig zijn.

Aanvullende samenstellingen en deeltjesgroottebereiken kunnen op bestelling worden geproduceerd, maar de slakvrije logica verandert niet: hoe schoner de lading, hoe gemakkelijker het is om een ​​strakke kwaliteit te behouden zonder toevlucht te nemen tot extra raffinage of slakbehandeling.

Smeltpraktijk: weerstand, reactiviteit en siliciumherstel

In een slak-vrije campagne beheert de operator drie gekoppelde variabelen. De ladingsweerstand bepaalt hoe de elektrische energie in de oven wordt verdeeld. De koolstofreactiviteit bepaalt hoe snel silica wordt gereduceerd en hoeveel silicium als stof in het afgassen- achterlaat. De lastdoorlaatbaarheid bepaalt of gas gelijkmatig kan ontsnappen of door de lading kan kanaliseren en warmte verspilt.

Omdat alle drie de controles plaatsvinden via het silica en het reductiemiddel in plaats van via toevoegingen, begint de kwaliteitscontrole bij de mijn en de cokesfabriek. Een stabiele ertsbron en een consistent reductiemiddelmengsel zorgen voor een stabiele oven, en een stabiele oven zorgt ervoor dat de siliciumterugwinning hoog blijft terwijl de tapanalyse binnen één klassebereik blijft.

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is metaalsilicium 98?
Het is de familie van siliciummetaal van smelt{0}}kwaliteit met een siliciumgehalte van 99 procent of net onder de 99 procent, vertegenwoordigd door kwaliteiten als 553, waarbij ijzer en aluminium elk een maximum van 0,5 procent hebben en calcium 0,3 procent.

Vraag: Waarom wordt voor siliciummetaal 98 de voorkeur gegeven aan een slakvrij proces?
Het houdt meer silicium in het metaal en minder in de slakken, verlaagt het specifieke energieverbruik, verlaagt de kosten voor het hanteren en afvoeren van slakken en zorgt voor een stabielere ovenbelasting.

Vraag: Welke grondstoffen zijn nodig voor het chemisch smelten van silicium?
Een silicabron met een hoog siliciumdioxidegehalte en lage onzuiverheden en een koolstofhoudend reductiemiddel zoals petroleumcokes, pekhoutskool of houtskool, vaak gemengd met andere cokes en houtsnippers.

Vraag: Hoe beïnvloedt het reductiemiddel de terugwinning van silicium?
Een hoog vaste koolstofgehalte vermindert de benodigde hoeveelheid reductiemiddel, terwijl een hoge soortelijke weerstand en porositeit de onderdompeling van de elektrode verdiepen en de reactiezone vergroten, waardoor beide siliciumterugwinning toenemen.

Vraag: Waarom is het asgehalte belangrijk in het koolstofreductiemiddel?
As transporteert slakken-die oxiden vormen naar de oven. Een laag asgehalte betekent minder slak, minder onzuiverheden in het metaal en een belasting die dichter bij slak-werking blijft.

Vraag: Welke standaard definieert de siliciummetaalkwaliteiten?
De kwaliteiten zijn vastgelegd in de nationale siliciummetaalspecificatie GB/T 2881, waarin het minimale siliciumgehalte en het maximale ijzer, aluminium en calcium voor elke klassecode zijn vastgelegd.