Получение технического кремния в электропечах (стр. 2 из 3)
II. Расчеты состава шихты и материального баланса
Состав шихты для производства технического кремния рассчитывают, исходя из следующих заданных условий: содержания
в кварците; принимаемого избытка твердого углерода против теоретически необходимого; количества твердого углерода, вносимого угольными электродами; количества твердого углерода, вносимого каждым видом восстановителя; содержанием влаги, золы и летучих веществ в углеродистых восстановителях. Для расчета шихты большое значение имеет правильное количественное представление о распределении оксидов и восстановленных химических элементов между товарным продуктом, шлаком и газовой фазой, которое принимается на основании экспериментальных данных.Расчет шихты на технический кремний
Исходные данные расчета представлены в таблицах: химический состав шихтовых материалов – таблица 1, распределение оксидов кварцита и золы восстановителей между готовым продуктом и шлаковой фазой – таблица 2.
| Распределение оксидов между продуктами плавки, % | Таблица 2 | ||||||
| Оксид | |  |  |  |  |  | |
| Восстанавливается и переходит в металл | 98 | 100 | 40 | 50 | - | 100 | |
| Переходит в шлак | 2 | - | 60 | 50 | 100 | - | |
Примем следующее распределение восстановленных элементов, %:
| Распределение восстановленых элементов, % | Таблица 3 | |||||
| Элемент |  |  |  |  |  | |
| Переходит в сплав | 96 | 95 | 85 | 85 | 100 | |
| Улетучивается | 4 | 5 | 15 | 15 | - | |
Количество углерода, необходимое для восстановления оксидов кварцита, рассчитывается по количеству кислорода, которое связывается в монооксид углерода при протекании восстановительных реакций (табл.4):
Для производства 1т технического кремния потребуется пропорционально реакции (исходя из стехиометрии реакции и молекулярных масс веществ):
| | + |  |  | Si | + |  |
| 60 | 24 | 28 | 56 |
чистого 
Углерода
Учитывая содержание
в кварците (таблицы 1) рассчитываем необходимое количество кварцита 
С учетом пылевыноса кварцита необходимо
Принимаем, что восстановитель (углерод) будет подаваться в печь в составе шихты в соответствии с пропорцией, указанной в таблице 4 (столбцы материал и массовая доля углерода). Тогда мы можем рассчитыть массу материала по формуле:
| Подача углерода в печь в составе восстановителей | Таблица 4 | ||
| Материал | Массовая доля углерода, % | Потребуется | |
| Нефтекокс | 40 |  | |
| Древесный уголь | 30 |  | |
| Каменный уголь | 30 |  | |
| Итого: | 100 | 1237 | |
С учетом угара (окисления на колошнике 10%) потребуется восстановителей:
| Подача углерода в печь c учетом угара на колошнике | Таблица 5 | |
| Материал | Потребуется | |
| Нефтекокс |  | |
| Древесный уголь |  | |
| Каменный уголь |  | |
| Итого восстановителей: | 1375 кг | |
В состав шлака перейдут оксиды
(данные таблицы 1): | Переход оксидов в шлак из шихтовых компонентов | Таблица 6 | ||||
| | | | | ||
| Из кварцита | - |  |  | - | |
| Из нефтекокса |  |  |  | - | |
| Из древ.угля |   |  |  |  | |
| Из кам.угля |  |  |  | - | |
| Сумма: | 11кг | 28.95кг | 9кг | 0.39кг | |
Сумма оксидов железа в виде
:из кварцита:
из золы нефтекокса:
из золы древесного угля:
из золы каменного угля:
Итого: 15.84кг
Рассчитаем распределение компонентов из оксидов и восстановленного кремния в сплав и шлак (на основании данных таблицы 3):
| Распределение в сплав и в шлак | Таблица 7 | ||||
| Сплав | Шлак | ||||
| Масса оксида, металл из которого перешел в сплав | Масса металла в составе сплава, перешедшая из оксида | Масса оксида в шлаке | Доля оксида в шлаке | ||
| |  |  |  |  | |
| |  |  |  |  | |
| |  |  |  |  | |
| |  |  |  |  | |
| | - | - | 0.39кг |  | |
| Итого: | 7.31кг | 100% | |||
Рассчитываем состав сплава