Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлургии цветных металлов

Курсовая работа

по дисциплине «Физико-химия кремния»

«Построение физико-химической модели получения кремния»

Выполнила студентка группы МЦб-12-1

Бубникович А.С.

Руководитель С.С. Бельский

Иркутск 2014

Таблица 1

Химический состав золы каменного угля

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
61.7	1.2	21,5	7.6	3.2	2.2	1.7	0.9

Таблица 2

Химический состав золы нефтяного кокса

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	P2O5	B2O3
36.241	1.412	5.454	45.344	8.255	0.553	0.278	0.583	1.880

Таблица 3

Химический состав золы древесного угля

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	P2O5
1.9	0.4	1.4	4.36	86.5	5.44

руднотермический печь кремний

Таблица 4

Химический состав золы древесной щепы

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	P2O5
22.046	0.168	6.878	3.168	65.4	2.34

Таблица 5

Химический состав кварцита

Компоненты	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	TiO2	MgO
% вес	98.451	0.582	0.435	0.485	0.001	0.046

СОДЕРЖАНИЕ:

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 1.1 РУДНОТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
• 1.2 ВАННА ПЕЧИ
• 1.3 ФУТЕРОВКА ПЕЧЕЙ
• 1.4 ПРОИЗВОДСТВО КРЕМНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РУДОТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Металлургические печи представляют собой промышленное оборудование, в котором за счет тепловой энергии происходят различные физические и химические превращения материалов. Функциональность печей направлена на извлечение из исходных материалов металлов и сплавов, в том числе на их тепловую обработку . Основным отличием цветной металлургии является множество технологических процессов и огромное количество печей. Стоить отметить ,что их более 60.

В данной работе рассматривается руднотермическая печь, которая служит звеном в технологической цепочке производства кремния.

По распространенности в земной коре кремний занимает второе место после кислорода, встречается главным образом в виде кислородных соединений (кварц, силикаты и.т.д.). Кремний высокой чистоты используется в полупроводниковой технике, а технической чистоты (96-99% Si) - в черной и цветной металлургии для получения сплавов на нежелезной основе (силумина и др.), легирования (кремнистые стали и сплавы, применяемые в электрооборудовании) и раскисления стали и сплавов (удаления кислорода), производства силицидов и.т.д.

В процессе производства на заводе получают два вида продукции:
- металлический кремний (с чистотой не менее 98,5%, применяемый в алюминиевой и химической отраслях).

- кремниевую пыль (ультрадисперсный материал, получаемый в процессе газоочистки печей, он применяется в производстве особопрочных сухих строительных смесей).

В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO2 коксом при температуре около 1800 градусов Цельсия в руднотермических печах шахтного типа. Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9 % (основные примеси -- углерод, металлы).

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 РУДНОТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ

Основным агрегатом для выплавки технического кремния является дуговая рудотермическая одно-трехфазная электропечь мощностью от 8 до 25 МВА. Печь представляет собой круглый стальной кожух с днищем, футерованные огнеупорной кладкой. Подина (днище) и часть высоты стен футеруются графитовыми блоками, следующий слой магнезитовым кирпичом и внешний слой - шамотом (пористый кирпич из специальной огнеупорной глины).

Рисунок 1 - Конструкция руднотермической печи

1 - свод; 2 - площадка для обслуживания электродов; 3 электрододержатель; 4 - электрод; 5 - токоподвод; 6 - башмаки гибкой части токоподвода; 7 - каретка;8 - уплотняющее кольцо; 9 - стойка; 10 - привод перемещения электрода с тросовой передачей; 11 - кожух печи; 12 - футеровка; 13 - бункер; 14 - течка.

Преимущества электронагрева и особенного дугового способа нагрева позволяют использовать руднотермические печи для производства материалов, получение которых другими методами менее эффективно или не возможно. Руднотермические печи могут быть применены и для таких производств, которые успешно реализуют в печах сопротивления или топливных печах.

Преобразование электрической энергии в тепло в руднотермических печах может происходить не только в дуговом разряде, но и за счёт прохождения тока через слой электропроводной шихты или электропроводного расплава. Не смотря на это, конструкция РТП (рисунок 1) близка к конструкции чисто дуговых печей, в связи, с чем их удобно рассматривать как дуговые установки.

1.2 ВАННА ПЕЧИ

Наибольшее распространение в промышленности имеют 3-х фазные печи (рисунок 2 - 3,4,5) с тремя или шестью электродами. Форма ванны таких печей может быть не только круглой как у ДСП (рисунок 2 - 3 и рисунки 1, 3), но и прямоугольной (рисунок 2 - 4,5 и рисунок 4).

Прямоугольные ванны нашли применение в многошлаковых процессах, причём наиболее рациональной для мощных печей оказалась система с шестью электродами, расположенными в одну линию, запитанными от трёх однофазных трансформаторов.

Другим распространённым типом являются однофазные печи с одним или двумя электродами (рисунок 2 - 1,2). Печь с одним электродом имеет круглую ванну, где в качестве второго электрода выступает подина печи.

Однофазные печи с двумя электродами имеют прямоугольную (рисунок 6) или овальную ванну (рисунок 2 - 2) в которую электроды опущены вертикально или под некоторым углом.

Рисунок 2 - Формы ванны руднотермических печей и расположение электродов в них

Для равномерного проплавления материалов, лучшего разрыхления шихты и хода технологического процесса современные круглые печи, могут иметь механизм вращения ванны. В результате этого увеличивается производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии. Ванна вращается вокруг вертикальной оси в пределах определенного угла с частотой вращения порядка одного оборота в несколько суток. При этом электроды и система загрузки печи остаются не подвижными.

1.3 ФУТЕРОВКА ПЕЧЕЙ

Конструкция и материалы футеровки руднотермических печей в основном определяются химическими свойствами расплава.

Процессы, требующие, что бы углерод отсутствовал в продукте или в шихте ведут в печи с магнезиальной кладкой.

Процессы, где используется большое количество углеродистого восстановителя целесообразно проводить в печах, футерованных угольными блоками (рисунок 3).

Во время плавки тугоплавких материалов, таких как корунд, карбид бора, феррофольфрам и т.п. в жидком состоянии находится только часть продукта около электродов. Плавку ведут методом гарниссажа. При этом в качестве футеровки выступает слой не проплавленной шихты. В таких печах обычно специальную футеровку собирают только на подине (рисунок 4).



Рисунок 3 - Футеровка печи мощностью 23 МВ.А

1 - кожух ванны; 2 - асбест листовой; 3 - крупка алюмосиликатная;

4 - кирпич высокоглинозёмистый; 5 - кирпич силикатный; 6 - угольные блоки; 7 - медные водоохлаждаемые трубы; 8 - лёточная плита; 9 - лётка;

10 - набивка из подовой массы;11 - кирпич кремнезёмистый.

Рисунок 4 - Футеровка подвижной печи

1- тележка; 2 - асбест листовой; 3 - шамотная подсыпка; 4 - шамотный кирпич; 5 - магнезитовый кирпич; 6 - угольные блоки; 7 - водосборный желоб; 8 - слой боксита; 9 - углеродный материал для розжига печи; 10 - стальной кожух; 11 - труба для водоохлаждения.

Условия работы пода и стен печи резко отличаются между собой, особенно у мощных печей. Футеровка стен, как правило, закрыта некоторым слоем не проплавленной шихты, а на поду находится слой горячего расплавленного металла, способного растворять материал футеровки. В связи с этим обычно верхняя часть кладки стен выполнена из доменного кирпича. Нижнюю, примыкающая к подине, часть футеровки стен, которую омывает расплавленный металл, делают из угольных блоков или магнезитового кирпича. Футеровка подины должна быть наиболее мощной.

1.4 ПРОИЗВОДСТВО КРЕМНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РУДОТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Подача энергии в рабочее пространство печи осуществляется с помощью электрода, выполненного из графита. Самоспекающиеся электроды в технологии кремния не применяются по причине возможного загрязнения продукта компонентами кожуха электрода и электродной массы (железо, кальций, алюминий). Электрические параметры восстановительного процесса обеспечиваются с помощью печного трансформатора, соединенного с электродом высокоамперной короткой сетью, в которой сила тока составляет 40-80 кА. По мере торцевого расхода электрода они периодически удлиняется с помощью механизмов перепуска. Регулировка заданной силы тока в электроде осуществляется путем перемещения электрода по вертикальной оси.

Выпуск кремния осуществляется практически непрерывно через лётку (отверстие в футеровке) в стальную футерованную изложницу.

В печи с шунтированной дугой происходит восстановление кремния из кремнезёма кварцита углеродом восстановителя. Теоретическая температура начала процесса 1670 градусов Цельсия. К основным типам восстановителей относятся: древесный уголь (берёзовый, сосновый), нефтекокс, каменный уголь.

Из рудотермической печи, расплавленный кварц попадает в ковш из которого он переливается по формам.В формах металлический кремний охлаждается и застывает.

Металлический кремний является основой для высокотехнологичной промышленности. Кремний -- это и фотоэлементы для солнечных батарей, и полупроводники для компьютеров, и многое, многое другое.

Кстати, производство металлургического кремния абсолютно безотходно. Над печью стоят воздуховоды, и вся пыль уходит в газоочистку, где улавливаются микрочастицы. Эта кремниевая пыль является полезным продуктом в другой части производства. Например, раньше в Европе кварц переплавляли только для того, чтобы его потом размолоть и добавить в бетон, в растворы, которые обладают очень большим укрепляющим свойством. Кварцевая кристаллическая решетка очень прочная. И 900-ю марку бетона можно получить только с помощью кремния. А есть еще гидроизоляционные замазки, ударопрочные полы, эта продукция используется для укрепления тоннелей метро.

После остывания кремний дробят на мелкие куски гидромолотом

Затем готовая продукция упаковывается в бигбэги -- пластиковые мешки, вмещающие 1000 килограмм металлургического кремния и отправляется заказчикам.

Что можно сделать с техническим кремнием? Технологическая цепочка в производстве кремния продолжается: металлургический кремний -- поликремний -- монокристаллический кремний -- кремниевые пластины. Для дальнейшей очистки металлургический кремний перегоняют, превращая в экологически вредные соединения хлора: дихлорсилан или трихлорсилан. После очистки последних в больших ректификационных колоннах и процессов осаждения получается поликремний, где концентрация примесей не превышает десятитысячной доли процента. После этого его переплавляют в монокристаллический материал, а монокристаллы режут на пластины. Так получают до 80% монокристаллического кремния, используемого в электронике.

Таблица 1

Физико-химическая характеристика каменного угля

Aс.%	Sг.%	Cг.%	Hг.%	Nг.%	Oг.%
11.5	0.4	78.5	5.6	2.6	12.9

Таблица 2

Химический состав золы каменного угля

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
61.7	1.2	21.5	7.6	3.2	2.2	1.7	0.9

Произведем перерасчет компонентов на золу каменного угля:

Поскольку золы в каменном угле 11.5%. значит 100% - 11.5% = 88.5%. тогда:

Приведем состав золы к 11.5%:

100 - 11.5

61.7 - SiO2SiO2 = 7.096%

100 - 11.5

1.2 - TiO2 TiO2 = 0.138%

100 - 11.5

21.5 - Al2O3 Al2O3 = 2.473%

100 - 11.5

7.6 - Fe2O3 Fe2O3 = 0.874%

100 - 11.5

3.2 - CaO CaO= 0.368%

100 - 11.5

2.2 - MgO MgO= 0.253%

100 - 11.5

1.7 - K2O K2O= 0.195%

100 - 11.5

0.9 - Na2ONa2O= 0.103%

Всего: 11.5% (А)

Ниже приведена таблица состава каменного угля. %

Таблица 3

Состав каменного угля

S	0.354
C	69.473
H	4.956
N	2.3
O	11.417
SiO2	7.096
TiO2	0.138
Al2O3	2.473
Fe2O3	0.874
CaO	0.368
MgO	0.253
K2O	0.195
Na2O	0.103
Всего. %	100

Таблица 4

Количество молей компонентов в 1кг каменного угля

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг.	Кислород
S	32	0.354	0.111	-
C	12	69.473	57.894	-
H	1	4.956	49.560	-
N	14	2.3	1.643	-
O	16	11.417	7.136	7.136
SiO2	60	7.096	1.183	2.366
TiO2	80	0.138	0.017	0.034
Al2O3	100	2.473	0.247	0.741
Fe2O3	160	0.874	0.055	0.165
CaO	56	0.368	0.066	0.066
MgO	40	0.253	0.063	0.063
K2O	94	0.195	0.021	0.021
Na2O	62	0.103	0.017	0.017

УО = 7.136+2.366+0.034+0.741+0.165+0.066+0.063+0.021+0.017=10.609 моль

Тогда состав каменного угля будет записан в следующем виде:

S0.111C57.894H49.56N1.643O7.136Si1.183Ti0.017Al4.946Fe1.748Ca0.066 Mg0.063K0.39Na0.206

Нефтяной кокс

Таблица 5

Физико-химическая характеристика нефтяного кокса

Aс.%	Sг.%	Cг.%	Hг.%	Nг.%	Oг.%
0.15	1.76	86.36	1.3	0.75	9.83

Таблица 6

Химический состав золы нефтяного кокса

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	P2O5	B2O3
36.241	1.412	5.454	45.344	8.255	0.533	0.278	0.583	1.880

Произведем перерасчет компонентов на золу нефтяного кокса:

Поскольку золы в нефтяном коксе 0.15%. значит 100% - 0.15% = 99.85%. тогда:

Приведем состав золы к 0.15%:

100 - 0.15

36.241 - SiO2SiO2 = 0.0543615%

100 - 0.15

1.412- TiO2 TiO2 = 0.002120%

100 - 0.15

5.454- Al2O3 Al2O3 = 0.008181%

100 - 0.15

45.344- Fe2O3 Fe2O3 = 0.068016%

100 - 0.15

8.255- CaO CaO= 0.0123825%

100 - 0.15

0.533 - MgO MgO= 0.0007995%

100 - 0.15

0.278 -Na2O Na2O= 0.000420%

100 - 0.15

0.583 - P2O5 P2O5 = 0.0008745%

100 - 0.15

1.880 - B2O3 B2O3 = 0.00282%

Всего: 0.15% (A)

Ниже приведена таблица состава нефтяного кокса. %

Таблица 7

Состав нефтяного кокса

S	1.757
C	86.23
H	1.298
N	0.75
O	9.815
SiO2	0.0543615
TiO2	0.002120
Al2O3	0.008181
Fe2O3	0.068016
CaO	0.0123825
MgO	0.0007995
Na2O	0.000420
P2O5	0.0008745
B2O3	0.00282
Всего. %	100

Таблица 8

Количество молей компонентов в 1 кг нефтяного кокса

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг.	Кислород
S	32	1.757	0.55	-
C	12	86.23	71.86	-
H	1	1.298	12.98	-
N	14	0.75	0.54	-
O	16	9.815	6.13	6.13
SiO2	60	0.0543615	0.009060	0.01812
TiO2	80	0.002120	0.000265	0.00053
Al2O3	100	0.008181	0.000818	0.002455
Fe2O3	160	0.068016	0.004	0.012
CaO	56	0.0123825	0.002	0.002
MgO	40	0.0007995	0.0002	0.0002
Na2O	62	0.000420	0.00006	0.00006
P2O5	142	0.0008745	0.00006	0.0003
B2O3	68	0.00282	0.0004	0.0012

УО=6.13+0.01812+0.00053+0.002455+0.012+0.002+0.0002+0.00006+0.0003+0.0012=

=6.18 моль

Тогда состав нефтяного кокса будет записан в следующем виде:

S0.55C71.86H12.98N0.54O6.13Si0.009060Ti0.000265Al0.001636Fe0.008 Ca0.002 Mg0.0002Na0.00012P0.00012B0.0008

Древесный уголь

Таблица 9

Физико-химическая характеристика древесного угля

Aс.%	Sг.%	Cг.%	Hг.%	Nг.%	Oг.%
3.4	0.7	81.89	3.5	0.31	13.6

Таблица 10

Химический состав золы древесного угля

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	P2O5
1.9	0.4	1.4	4.36	86.5	5.44

Произведем перерасчет компонентов на золу древесного угля:

Поскольку золы в древесном угле 3.4%. значит 100% - 3.4% = 96.6%. тогда:



Приведем состав золы к 3.4%:

100 - 3.4

1.9- SiO2SiO2 = 0.065%

100 - 3.4

0.4 - TiO2 TiO2 = 0.013%

100 - 3.4

1.4- Al2O3 Al2O3 = 0.048%

100 - 3.4

4.36 - Fe2O3 Fe2O3 = 0.148%

100 - 3.4

86.5 - CaO CaO= 2.941%

100 - 3.4

5.44 - P2O5 P2O5 = 0.185%

Всего: 3.4% (A)

Ниже приведена таблица состава древесного угля. %

Таблица 11

Состав древесного угля

S	0.676
C	79.106
H	3.381
N	0.299
O	13.138
SiO2	0.065
TiO2	0.013
Al2O3	0.048
Fe2O3	0.148
CaO	2.941
P2O5	0.185
Всего. %	100

Таблица 12

Количество молей компонентов в 1 кг древесного угля

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг	Кислород
S	32	0.676	0.211	-
C	12	79.106	65.922	-
H	1	3.381	33.81	-
N	14	0.299	0.214	-
O	16	13.138	8.211	8.211
SiO2	60	0.065	0.011	0.022
TiO2	80	0.013	0.0016	0.0032
Al2O3	100	0.048	0.0048	0.144
Fe2O3	160	0.148	0.009	0.027
CaO	56	2.941	0.525	0.525
P2O5	142	0.185	0.013	0.065

УО=8.211+0.022+0.0032+0.144+0.027+0.525+0.065=8.99 моль

Тогда состав древесного угля будет записан в следующем виде:

S0.211C65.922H33.81N0.214O8.211Si0.011Ti0.0016Al0.0096Fe0.018Ca0.525 P0.026

Древесная щепа

Таблица 13

Физико-химическая характеристика древесной щепы

Ас.%	Cг.%	Hг.%	Nг.%	Oг.%
0.5	49.65	6.23	0.92	43.2

Таблица 14

Химический состав золы древесной щепы

SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	P2O5
22.046	0.168	6.878	3.168	65.4	2.34

Произведем перерасчет компонентов на золу древесной щепы:

Поскольку золы в древесной щепе 0.5%. значит 100% - 0.5% = 99.5%. тогда:

Приведем состав золы к 0.5%:

100 - 0.5

22.046 - SiO2 SiO2 = 0.11023%

100 - 0.5

0.168 - TiO2 TiO2 = 0.00083%

100 - 0.5

36.878 - Al2O3 Al2O3 = 0.0344%

100 - 0.5

3.168 - Fe2O3 Fe2O3 = 0.01584%

100 - 0.5

65.4 - CaO CaO= 0.327%

100 - 0.5

2.34 - P2O5 P2O5 = 0.00117%

Всего: 0.5% (A)

Ниже приведена таблица состава древесной щепы. %

Таблица 15

Состав древесной щепы

C	49.40175
H	6.19885
N	0.9154
O	42.984
SiO2	0.11023
TiO2	0.00083
Al2O3	0.0344
Fe2O3	0.01584
CaO	0.327
P2O5	0.00117
Всего. %	100

Таблица 16

Количество молей компонентов в 1 кг древесной щепы

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг	Кислород
C	12	49.40175	41.17	-
H	1	6.19885	61.9885	-
N	14	0.9154	0.65	-
O	16	42.984	26.865	26.865
SiO2	60	0.11023	0.018	0.036
TiO2	80	0.00083	0.0001	0.0002
Al2O3	100	0.0344	0.0034	0.0102
Fe2O3	160	0.01584	0.00099	0.00297
CaO	56	0.327	0.058	0.058
P2O5	142	0.00117	0.0008	0.004

УО= 26.865+0.036+0.0002+0.0102+0.00297+0.058+0.004= 26.98 моль

Тогда состав древесной щепы будет записан в следующем виде:

C41.17H61.9885N0.65O26.865Si0.018Ti0.0001Al0.0068Fe0.00198Ca0.058 P0.0016

Кварцит

Таблица 17

Состав кварцита

Компоненты	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	TiO2	MgO
% вес	98.451	0.582	0.435	0.485	0.001	0.046

Таблица 18

Количество молей компонентов в 1 кг кварцита

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг	Кислород
SiO2	60	98.451	16.41	32.82
Fe2O3	160	0.582	0.036	0.108
Al2O3	100	0.435	0.0435	0.131
CaO	56	0.485	0.087	0.087
TiO2	80	0.001	0.0001	0.0002
MgO	40	0.046	0.0115	0.0115

УО= 32.82+0.108+0.131+0.087+0.0002+0.0115 = 33.16 моль

Тогда состав кварцита будет записан в следующем виде:

O33,16Si16.41 Fe0.072Al0.087Ca0.087Ti0.0001Mg0.0115

Составкаменногоугля:

S0.111C57.894H49.56N1.643O7.136Si1.183Ti0.017Al4.946Fe1.748Ca0.066 Mg0.063K0.39Na0.206

Составнефтяногококса:

S0.55C71.86H12.98N0.54O6.13Si0.009060Ti0.000265Al0.001636Fe0.008 Ca0.002 Mg0.0002Na0.00012P0.00012B0.0008

Составдревесногоугля:

S0.211C65.922H33.81N0.214O8.211Si0.011Ti0.0016Al0.0096Fe0.018Ca0.525 P0.026

Составдревеснойщепы:

C41.17H61.9885N0.65O26.865Si0.018Ti0.0001Al0.0068Fe0.00198Ca0.058 P0.0016

Составкварцита: Si16.41 Fe.072Al.087Ca.087Ti.0001Mg.0115

По заводским данным на получение 1 т рафинированного кремния в среднем расходуется:

- Кварцита - 2974 кг;

- Древесного угля - 614 кг;

- Нефтяного кокса - 378 кг;

- Древесной щепы - 1172 кг;

- Каменного угля - 773 кг.

Тогда с учетом расходных коэффициентов на 1 тонну кварцита необходимо загрузить в печь:

2974 - 1000

206.46 кг древесного угля;

614 - др.уголь

2974 - 1000

127.1 кг нефтяного кокса;

378 - нефтекокс

2974 - 1000

394.08 кг древесной щепы;

1172 - щепа

2974 - 1000

259.92 кг каменного угля;

773 - кам.уголь

Древесный уголь:

Количество молей компонентов в 1 кг древесного угля

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг	Кислород
S	32	1.396	0.44	-
C	12	164.499	137.08	-
H	1	6.98	69.8	-
N	14	0.62	0.44	-
O	16	27.12	16.95	16.95
SiO2	60	0.13	0.02	0.04
TiO2	80	0.02	0.0025	0.005
Al2O3	100	0.09	0.009	0.027
Fe2O3	160	0.3	0.01	0.03
CaO	56	6.07	1.08	1.08
P2O5	142	0.382	0.027	0.135
Всего:	-	207.607	-	18.267

Состав древесного угля: S0.44C137.08H69.8N0.44O16.95Si0.02Ti0.0025Al0.0018Fe0.02Ca1.08P0.054

Нефтяной кокс:

Количество молей компонентов в 1 кг нефтяного кокса

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг.	Кислород
S	32	2.233147	0.7	-
C	12	109.59833	91.33	-
H	1	1.649758	16.5	-
N	14	0.95325	0.68	-
O	16	12.474865	7.8	7.8
SiO2	60	0.06909347	0.01	0.02
TiO2	80	0.00269452	0.0003	0.0006
Al2O3	100	0.01039805	0.001	0.003
Fe2O3	160	0.08644834	0.005	0.015
CaO	56	0.01573816	0.002	0.002
MgO	40	0.00101616	0.0002	0.0002
Na2O	62	0.00053382	0.00008	0.00008
P2O5	142	0.00111149	0.000078	0.00039
B2O3	68	0.00358422	0.0005	0.0015
Всего:	-	127.1	-	7.84

Состав нефтяного кокса:

S0.7C91,33H16,5N0.68O7,8Si0.01Ti0.0003Al0.002Fe0.01Ca0.002Mg0.0002

Na0.00016P0.000156B0,001

Древесная щепа:

Количество молей компонентов в 1 кг древесной щепы

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг	Кислород
C	12	194,682416	162,23	-
H	1	24,4284281	244,28	-
N	14	3,60740832	2,576	-
O	16	169,391347	105,87	105.87
SiO2	60	0.4	0.06	0.012
TiO2	80	0.003	0.003	0.006
Al2O3	100	0.1	0.01	0.03
Fe2O3	160	0.06	0.003	0.009
CaO	56	1.28	0.22	0.22
P2O5	142	0.04	0.002	0.01
Всего:	-		-	106,16

Состав древесной щепы:

C162,23H244,28N2,576O105,87Si0.06Ti0.003Al0.02Fe0.009Ca0.22P0.004

Каменный уголь:

Количество молей компонентов в 1кг каменного угля

Компоненты	мол. вес	Вес. %	Число молей в 1 кг.	Кислород
S	32	0.92	0.29	-
C	12	180.57	150.48	-
H	1	12.88	128.8	-
N	14	5.98	4.27	-
O	16	29.68	18.55	18.55
SiO2	60	18.44	3.08	6.16
TiO2	80	0.36	0.045	0.09
Al2O3	100	6.43	0.643	1.929
Fe2O3	160	2.27	0.14	0.42
CaO	56	0.96	0.171	0.171
MgO	40	0.66	0.165	0.165
K2O	94	0.5	0.05	0.05
Na2O	62	0.27	0.04	0.04
Всего:	-	259.92	-	27.575

Каменныйуголь:

S0.29C150.48H128.8N4.27O18.27Si3.08Ti0.045Al1.286Fe0.28Ca0.171 Mg0.165K0.010Na0.08

Древесныйуголь:

S0.44C137.08H69.8N0.44O16.95Si0.02Ti0.0025Al0.0018Fe0.02Ca1.08P0.054

Нефтянойкокс:

S0.7C91,33H16,5N0.68O7,8Si0.01Ti0.0003Al0.002Fe0.01Ca0.002Mg0.0002

Na0.00016P0.000156B0,001

Древесная щепа:

C162,23H244,28N2,576O105,87Si0.06Ti0.003Al0.02Fe0.009Ca0.22P0.004

Каменныйуголь:

S0.29C150.48H128.8N4.27O18.27Si3.08Ti0.045Al1.286Fe0.28Ca0.171 Mg0.165K0.010Na0.08

Кварцит:

O331.6Si164.1 Fe0.72Al0.87Ca0.87Ti0.001Mg0.115

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Температуры резервуаров:

1) 410°С

2) 1520°С

3) 2222°С

4) 2000°С

Химический составкремниевого расплава, полученного в результате моделирования

Компоненты расплава	Содержание, %
Si	69,465
FeSi	3,051
TiC	0,367
P	0,046
Mg2Si	0,023
Na2O	0,025
FeS	0,010
Fe	0,004
TiS2	0,006
Ti	0,003

Динамика поступления и распределения кремния по резервуарам (в модели) в зависимости от продолжительности процесса восстановления

Расчет извлечения кремния:

= Количество Si(1 резервуар) + Количество Si(2 резервуар) + Количество Si(3 резервуар) + Количество Si(4 резервуар) = 109,315+182,234+6,613+723,453=1021,615

?=[Количество Si(4 резервуар)/ ) • 100%=(723,453/1021,615) • 100%=70,81%

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы были рассмотрены теоретические основы руднотермических печей, применяемые при производстве кремния. В практической части работы представлен расчет химического состава сырья и углеродистых восстановителей, применяемых при производстве кремния. В ходе работы была построена физико-химическая модель получения кремния, на основе полученных расчетов в программе "Селектор".Был произведен расчет извлечения кремния, которое составило70,81%.

На основе проведенной работы была получена графическая зависимость, отражающая поступление и распределение кремния по резервуарам (в модели) в зависимости от продолжительности процесса восстановления. По полученной зависимости можно сделать вывод о том, что в четвертом резервуаре находится основное количество кремния.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Печи цветной металлургии. Под научной редакцией Д.А Диомедовского, Л.М Шалыгина, А.А Галинберк, И.А Южанин. - М.: Металлургия, 1963. - 640 с.

2. Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника - 2 том / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. - М.: Металлургия, . - 590 с.

3. Басов, Ельцев Справочник механика заводов цветной металлургии.

4. Немчинова Н.В., Бельский С.С. Производство тугоплавких металлов и кремния и проектирование цехов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007.

Размещено на Allbest.ru