Поиск по сайту

ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОКОМКОВАННОЙ ШИХТЫ

Немчинова Нина Владимировна , Леонова Мария Сергеевна , Тимофеев Андрей Константинович

2016 / Номер 7(114) 2016 [ МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ]

Цель. Изучение процесса получения кремния в руднотермических печах (РТП) при использовании окомкованной шихты как добавки к стандартной на основе сформированной пятирезервуарной термодинамической (ТД) модели, результаты решений которой будут способствовать анализу поведения компонентов шихты при плавке с достижением оптимальных конечных показателей процесса получения кремния на производстве. Методы. За основу теоретического исследования принят метод ТД моделирования с помощью программного комплекса (ПК) «Селектор». Результаты. В сформированную модель было введено 17 элементов, поступающих с сырьем, электродами, воздухом (Si, P, B, Fe, Ca, Al, Ti, Na, Mg, O, H, C, N, K, S, F, Cr ). В результате моделирования был получен расплав кремния с содержанием 94,44 моля (91,73 мас.%) целевого продукта. Компонентный состав модели представлен 146 газообразными элементами и 193 компонентами в твердой фазе, а также 58 элементами и соединениями в расплавленном состоянии. Результаты моделирования показали, что при использовании предлагаемой комбинированной шихты извлечение кремния составило 69,248%, что хорошо согласуется с практическими данными (65-67%). Заключение. Показана эффективность использования методов ТД моделирования для изучения карботермического процесса получения кремния со сложными межфазовыми превращениями и образованием многочисленных промежуточных соединений при использовании окомкованной шихты как добавки к традиционной.

Ключевые слова:

кремний,руднотермическая печь,карботермический процесс,термодинамическое моделирование,окомкованная шихта,примеси,silicon,ore-smelting furnace,carbothermic process,thermodynamic modeling,pelletized charge,impurities

Библиографический список:

Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. СПб.: 2-е изд. МАНЭБ, 2004. 480 с.
Попов С.И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах / С.И. Попов. Иркутск: ЗАО «Кремний», 2004. 237 с.
Немчинова Н.В., Минеева Т.С., Никаноров А.В. Проблемы экологической безопасности алюминиевого и кремниевого производств [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. URL: http://www.science-education.ru/109-9611 (10.05.2016).
Леонова М.С., Немчинова Н.В. Подготовка шихтовых материалов для выплавки кремния в рудотермических печах // Металлургия легких и тугоплавких металлов: материалы третьей междунар. науч.-техн. конф. (Екатеринбург, 10-11 октября 2014 г.). Екатеринбург, 2014. С. 149-152.
Kulik D.A. GEM-Selektor geochemical modeling package: revised algorithm and GEMS3K numerical kernel for coupled simulation codes / D.A. Kulik, T. Wagner, S.V. Dmytrieva, G. Kosakowski, F.F. Hingerl, K.V. Chudnenko, U.R. Berner. Computational Geosciences, 2013. Vol. 17. Issue 1. P. 1-24.
Шваров Ю.В. Алгоритмизация метода численного равновесного моделирования динамических геохимических процессов // Геохимия. № 6, 1999.
Немчинова Н.В., Клец В.Э. О возможности использования жидкого стекла в качестве связующего для брикетов в производстве кремния // Обогащение руд: сб. науч. тр. Иркутск, 1998. С. 101-105.
Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г., Моисеев Г.К. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. М.: Наука, 1982. 264 с.
Тютрин А.А., Тимофеев А.К. Применение методов математического моделирования при изучении процессов получения и рафинирования металлургического кремния [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования, 2012. № 4. URL: http://www.science-education.ru/104-6747(24.02.2016).
Катков О.М., Архипов С.В. Влияние температуры нагрева шихты на кинетику карботермического восстановления кремнезема // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1991. № 3. С. 118-120.
Черных А.Е., Зельберг Б.И. Производство кремния. Иркутск, 2004. 555 с.
Бычинский В.А., Шадис B.C. Основные принципы формирования многорезервуарной физико-химической модели карботермического восстановления кремния // Тез. докл. 2-го междунар. симпозиума «Проблемы комплексного использования руд». СПб, 1996. С. 37-42.
Тупицын А.А., Чудненко К.В. Особенности создания физико-химической модели алюминиево-кремниевого расплава // Обогащение руд: сб. науч. тр. Иркутск, 1997. С. 45-50.
Елисеев И.А., Непомнящих А.И., Бычинский В.А. Компьютерная модель рафинирования расплава кремния от бора и фосфора // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2006. № 4. С. 53-60.
Nemchinova N.V., Bychinskii V.A., Bel’skii S.S. and Klets V.E. Basic Physicochemical Model of Carbothermic Smelting of Silicon // Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2008. Vol. 49. No. 4. Рp. 269-276.
Немчинова Н.В. Термодинамическое моделирование при изучении карботермического процесса получения кремния: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 100 с.
Тимофеев А.К. Оптимизация процесса получения кремния на основе методов математического моделирования [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. URL:http://www.science-education.ru/117-13059 (13.05.2014).
Леонова М.С., Немчинова Н.В. Изучение карботермического процесса получения кремния при помощи методов моделирования // Химия и металлургия комплексной переработки минерального сырья: материалы междунар. науч.-практ. конф. (г. Караганда 25-26 июня 2015 г.). Караганда, 2015. С. 402-406.