Устройство подины электропечи для производства кристаллического кремния

(51) 27 3/14 (2009.01) 27 3/15 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ процесса плавки, улучшения обслуживания летки,снижения расхода электроэнергии и увеличение периода выпуска расплавленного кремния предлагается подину электропечи в районе подэлектродной зоны устанавливать под конусом 10-30 на ширину 1,3-1,5 диаметра электрода. На наклонную подину укладывается графитовый бой фракции 120-5 мм от низа до верхней точки подины и создается графитовое сито. Восстановленный кремний свободно проходит через сито, а вязкий расплав кварца остается на сите, свободно взаимодействуя с восстановителем. Такая конструкция позволяет не накапливать расплав и не создавать дополнительного электрического сопротивления. Ток свободно проходя через подину стабилизирует электрическую дугу - повышается температура и мощность печного агрегата. Летка устанавливается на уровне подины и имеет удлиненную арку с прорезями снизу. Процесс образования карборунда смещается в пассивные зоны печи и не препятствует выпуску металла.(76) Жакибеков Тыштыкбай Бейсембаевич Жакибеков Данияр Тыштыкбаевич Садыков Нурлан Аманович(54) УСТРОЙСТВО ПОДИНЫ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ(57) Предложена новая конструкция подины и системы выпуска металла руднотермической электропечи для производства кристаллического кремния. Недостатком существующей плоской угольной подины является постоянный контакт с кварцевым расплавом. Это приводит к изменению геометрии подины, скапливанию расплава на подине, что отрицательно влияет на электрические параметры установки. С целью сохранения подины электропечи, стабилизации электрического режима 23708 Изобретение относится к металлургии ферросплавов,конкретно к производству кристаллического кремния. Известен способ производства кристаллического кремния включающий совместное проплавление в руднотермической электропечи кварца и кокса. При этом используют различные системы выпуска проплавленного металлавыпуск производят либо периодически через 1 час плавки, либо выпускное отверстие постоянно держат открытым постоянный выпуск металла. Использование периодического выпуска аргументируют необходимостью сохранения тепла электрической дуги, повышения температуры в районе выпускного отверстия. (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия 1975. 336 с. стр. 69) Непрерывный выпуск объясняют необходимостью выхода шлакового расплава, что облегчает обслуживания печи и уменьшает отклонения в электрическом режиме (Гасик М.И.,Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М. Металлургия . 1988. 784 с. стр. 111). К одному и тому же процессу используют два различных подхода. Традиционная практика производства металлов требует выдержки расплавленного сплава в электропечи не менее 2 часов и периодического выпуска. Это снижает расход энергии,способствует стабильному однородному составу перегретого металла. Различные подходы к технологии кристаллического кремния обусловлены особенностями механизма восстановления и поведения шихтовых материалов в условиях используемых электропечей. Подина печи выполняется из угольных блоков, обеспечивающих необходимую электропроводность. Защита угольной подины от агрессивного влияния шлакового расплава (оксиды рудного материала вступают в реакцию с углеродом подины) происходит за счет наличия между подиной и шлаком зоны металла. Это происходит тогда, когда металл тяжелее шлака. Шлак плавает над металлом и не взаимодействует с подиной. В случае производства кристаллического кремния металл - кремний имеет плотность 2,2 г/см 3, а кварц - 2,65 г/см 3, т.е. металл легче кварца,отсюда кварц тонет в расплавленном кремний и реагирует с подиной. Происходит сегрегация шихтовых материалов - кокс всплывает, кварц тонет. Подина активно разъедается - расходуется на восстановление кварца. В результате под электродом образуется слой плавленого кварца. Кварц - диэлектрик. Электрический режим процесса нарушается, что приводит к дисбалансу теплового режима. Ход технологии не соответствует требованиям первоначального замысла. Использование постоянного выпуска металла в свете данных представлений связано с желанием нормализовать процесс путем исключения сегрегации компонентов шихты. Целью изобретения является использование конструкции подины создающий условия, при 2 котором расплавленный кварц будет находиться над расплавленным кремнием. Конструкция исключает контакт кварца с подиной электропечи и одновременно устраняет сегрегацию компонентов шихты. Цель достигается применением графитового сита, представляющее бой графитовых электродов различной фракции, уложенной послойно на подину печи (см. рис.). Причем фракции графита уменьшается снизу вверх - самые крупные куски(100-120 мм) уложены на подину, далее по высоте укладываются куски размером меньше (35-50 мм). Верхний слой это графит фракции 5-10 мм. Под электродами подина выполняется под уклон 10-30 в сторону летки. В сечении уклон представляет треугольник с основанием 1,3 -1,5 диаметра электрода. Графитовое сито укладывается до уровня верхней точки подины, ровным слоем. Чтобы при вскрытии летки куски графита не загромождали выпускной канал, в районе летки устанавливается графитовая арка длиной до начала уклона подины. Арка, у основания, имеет прорези для свободного протекания расплавленного кремния. При такой конструкции подины расплавленный кварц более вязкий (10-1,5 Па с при 1700 С), чем восстановленный кремний, не сможет пройти через сито графита, а жидкоподвижный кремний стекает на наклонную подину. Графит прекрасный проводник электричества, содержит чистый углерод и не загрязняет кремний инородными примесями. Углерод графита инертен по отношению к кремнию. Наклонная подина снижает процесс вторичного дугообразования, и способствует концентрации кремния вне зоны горения электрической дуги. Зоны образования карборунда в электропечи становятся пассивными и не препятствуют вскрытию летки. Открытие выпускного отверстия можно производить через каждые два часа. Подина сохраняет свою форму и успешно выполняет свою функцию проводника электрического тока. Процесс получив стабильный тепловой режим нормализуется. Мощность печи повышается, расход электроэнергии снижается, обслуживание печи улучшается. Выход шлака резко снижается,полезное извлечение кремния повышается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Подина руднотермической электропечи для производства кристаллического кремния,отличающаяся тем, что подина выполнена в подэлектродной зоне наклонной под углом 10-30 на ширину 1,3-1,5 диаметра электрода, на наклонной плоскости подины расположено графитовое сито, а летка установлена на нижнем уровне подины и имеет удлиненную арку с прорезями снизу. 2. Подина по п.1, отличающаяся тем, что графитовое сито представляет собой графитовый бой переменной фракции 5-120 мм.