一種中頻爐及其應(yīng)用和利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種中頻爐及其應(yīng)用和利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，屬于晶體硅廢料處理領(lǐng)域。該中頻爐包括爐體，爐體自下而上分為爐體下段、爐體中段和爐體上段三段；所述的爐體下段的直徑小于爐體上段的直徑；所述的爐體中段的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段下端的直徑等于爐體下段的直徑；爐體中段上端的直徑等于爐體上段的直徑。利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法是將冶煉硅鐵合金所需的廢鋼裝爐，然后吹入硅粉廢料，最后硅鐵合金液出爐，經(jīng)過(guò)真空脫碳，鑄造冷卻，冶煉過(guò)程結(jié)束。本發(fā)明利用碳化硅中的碳元素來(lái)還原二氧化硅，減少了能源消耗，而且不需要加入焦炭，減少了磷元素和硫元素的影響，產(chǎn)品硅鐵是低磷低硫低碳硅鐵，價(jià)值高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種中頻爐及其應(yīng)用和利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體硅廢料處理領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種中頻爐及其應(yīng)用和利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，更具體地說(shuō)，涉及一種特殊形狀的中頻爐和利用太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的晶體硅廢料來(lái)冶煉硅鐵的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著清潔能源的發(fā)展，太陽(yáng)能技術(shù)得到飛速發(fā)展。在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池板的過(guò)程中，用到了大量的晶體硅，一個(gè)直徑75皿的硅片，可集成幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)個(gè)元件，形成了微電子學(xué)，從而出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)、微處理機(jī)等。由于當(dāng)前信息工程的發(fā)展，硅主要用于微電子技術(shù)。為適應(yīng)大規(guī)模集成電路的發(fā)展、單晶硅正向大直徑、高純度、高均勻性，無(wú)缺陷方向發(fā)展。在太陽(yáng)能電池娃片生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的6.5 V III至38 V III的切割娃粉廢料，該硅粉屬于較難處理的固體微廢，處理和利用硅粉廢料可以使硅資源在得到有效利用同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的。太陽(yáng)能電池硅片制造過(guò)程中所產(chǎn)生的硅粉廢料屬于無(wú)硫、磷成份的材料，采用硅粉廢料生產(chǎn)硅鐵可生產(chǎn)出超低硫、磷或無(wú)硫、磷的硅鐵合金，可為鋼鐵冶金領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)的硅鐵合金原料，能大幅度提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0003]目前我國(guó)已成為太陽(yáng)能電池生產(chǎn)大國(guó)，如何處理和利用太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的大量硅粉廢料，已變得非常重要?，F(xiàn)有的處理硅粉廢料有如下幾種方法:
[0004]1、晶體硅切割廢料制備碳化硅
[0005]中國(guó)專(zhuān)利號(hào)201110152492.2，
【公開(kāi)日】:2011年12月14日，專(zhuān)利公開(kāi)一種用硅晶體廢料氮化反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的方法，其方法按如下步驟進(jìn)行:
[0006]將晶體硅切割廢料和生產(chǎn)碳化硅切割粉時(shí)產(chǎn)生的超細(xì)碳化硅微粉，按照游離硅占原料總量5-250%配料混合成型后，向原料中加入粘結(jié)劑制成生坯，在氮化爐中通入純度99被％以上的高純氮?dú)獠?duì)生坯加熱進(jìn)行氮化處理，得到氮化硅反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的制品。
[0007]但是該發(fā)明無(wú)法對(duì)晶體硅廢料進(jìn)行直接處理，需要進(jìn)行二次加工，工序復(fù)雜。成品為燒結(jié)碳化硅制品，沒(méi)有充分發(fā)揮晶體硅廢料低硫、磷的特點(diǎn)。
[0008]2、晶體硅切割廢料中得到碳化硅顆粒增強(qiáng)含硅鋁合金復(fù)合材料的方法
[0009]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201310390694.X，
【公開(kāi)日】:2014年3月26日，公開(kāi)了一種用晶體硅切割廢料中得到碳化硅顆粒增強(qiáng)含硅鋁合金復(fù)合材料的方法，按如下步驟進(jìn)行:首先對(duì)晶體切割廢料進(jìn)行酸洗除雜，除去切割廢料中的氧化鐵、金屬雜質(zhì)及少量二氧化硅等，經(jīng)水洗、過(guò)濾、烘干等步驟得到粒度范圍在0.5 0111-10 VIII的碳化娃及娃的混合微粉，將碳化硅微粉按復(fù)合材料總質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.5-32.5%的比例、游離硅按復(fù)合材料總質(zhì)量百分比
0.2% -9.8%與鋁或鋁合金配比，采用高溫強(qiáng)力攪拌至碳化硅均勻分散及硅粉溶解后，經(jīng)快速凝固處理得到復(fù)合材料。
[0010]但是該發(fā)明所使用的碳化硅、硅粉等是工業(yè)生產(chǎn)中的廢料，確實(shí)是利用了廢料，但是其得到的產(chǎn)品是碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，文中并沒(méi)有給出碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的作用，雖然給晶體硅切割廢料提供了一個(gè)出路，但是并沒(méi)有發(fā)揮出晶體硅切割廢料的低硫低磷的最佳價(jià)值。
[0011]3、采用礦熱爐冶煉硅鐵合金
[0012]硅粉廢料采用礦熱爐冶煉硅鐵合金是在硅粉中配入焦粉、玻璃水及氧化鐵皮等原料制成球料加入到礦熱爐中冶煉硅鐵，該冶煉方法存在如下缺陷:
[0013]1)、硅粉造球工藝段增加了生產(chǎn)成本，沒(méi)有直接利用硅粉顆粒的特性；
[0014]2)、配入的焦粉帶入了硫、磷等物質(zhì)，增加了硅鐵產(chǎn)品中的硫、磷含量，降低了硅鐵產(chǎn)品的質(zhì)量；
[0015]3)、硅粉廢料中主要成份為單質(zhì)硅和碳化硅。硅在礦熱爐冶煉過(guò)程中主要是熔化與鐵結(jié)合成硅鐵合金，不存在還原吸熱反應(yīng)，采用礦熱爐方法冶煉硅鐵合金會(huì)導(dǎo)致礦熱爐爐頂溫度高，礦熱爐中大量的熱量被浪費(fèi)，不能有效降低生產(chǎn)成本。
[0016]綜上所述，現(xiàn)在缺乏一種既能解決廢料問(wèn)題，也能發(fā)揮其自身最大特點(diǎn)的處理晶體硅切割廢料的合理的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]1.要解決的問(wèn)題
[0018]針對(duì)現(xiàn)有缺乏一種既能解決晶體硅廢料問(wèn)題，也能發(fā)揮其自身最大特點(diǎn)的處理晶體硅切割廢料的合理的方法的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種中頻爐及其應(yīng)用和利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，其不但解決了晶體硅廢料的處理問(wèn)題，最核心的是最大程度的發(fā)揮了晶體硅廢料的價(jià)值。
[0019]2.技術(shù)方案
[0020]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0021]一種中頻爐，包括爐體，爐體分為工作段和預(yù)留段，預(yù)留段位于工作段的上方；工作段自下而上分為爐體下段、爐體中段和爐體上段三段；所述的爐體下段的直徑小于爐體上段的直徑；所述的爐體中段的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段下端的直徑等于爐體下段的直徑；爐體中段上端的直徑等于爐體上段的直徑。
[0022]優(yōu)選地，還包括噴嘴和/或噴吹槍?zhuān)龅膰娮煳挥跔t體中段的側(cè)壁和/或爐體下段的底部和/或爐體下段的側(cè)壁上；所述的噴吹槍經(jīng)過(guò)爐體的上部向下插入到爐體下段的底部。優(yōu)選方案是爐體下段的底部有1個(gè)噴嘴，爐體中段的側(cè)壁和爐體下段的側(cè)壁上有1至6個(gè)側(cè)吹噴嘴；噴吹槍有1個(gè)。
[0023]優(yōu)選地，所述的爐體上段設(shè)有保溫加熱線圈；所述的爐體下段和爐體中段設(shè)有加熱線圈；所述的爐體下段和爐體中段的加熱線圈由同一電路控制。
[0024]優(yōu)選地，所述的預(yù)留段的體積大于等于工作段體積的3/10 ；爐體下段的體積占爐體工作段的5%?40%，爐體下段的高度大于等于600皿。
[0025]優(yōu)選地，所述的噴嘴采用透氣磚。
[0026]優(yōu)選地，所述的保溫加熱線圈位于爐體上段的下部。
[0027]前面所述的中頻爐在冶煉硅粉廢料中的應(yīng)用。
[0028]一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，將晶體硅切割廢料放入熔化的鐵水中制備娃鐵。
[0029]—種利用晶體娃廢料冶煉娃鐵的方法，其步驟為:
[0030]㈧將冶煉硅鐵合金所需的廢鋼裝爐，爐體下段和爐體中段加熱線圈通電工作將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到15701:以上；
[0031](8)通過(guò)爐體下段的噴嘴和/或噴吹槍將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，調(diào)整加熱線圈的功率，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在14801:以上；
[0032](0吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中段后，通過(guò)爐體中段的噴嘴噴吹硅粉廢料，爐體上段的保溫加熱線圈開(kāi)始工作；連續(xù)噴吹硅粉廢料，控制并維持熔液的溫度在13301:以上，直至硅鐵合金液達(dá)到所需硅鐵合金標(biāo)號(hào)產(chǎn)品的液位。
[0033]優(yōu)選地，還包括步驟(0):將爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進(jìn)行脫碳，進(jìn)行成分最后調(diào)整，得到合格的硅鐵合金液。
[0034]優(yōu)選地，所述的噴吹采用氮?dú)鈬姶担瑖姶档獨(dú)廨d氣量為270?360他13711，硅粉廢料噴吹量為270?4504加111；步驟(八)中廢鋼的加入量根據(jù)硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來(lái)確定。廢鋼加入最好是破碎后加入。
[0035]本發(fā)明采用特定的中頻爐熔化廢鋼成鐵水，通過(guò)氮?dú)鈬姶捣绞綄⒐璺蹚U料直接噴吹加入鐵水中熔化并與鐵水結(jié)合生成硅鐵合金液，是一種無(wú)其他輔助材料加入條件下的生產(chǎn)硅鐵合金的工藝和方法。
[0036]實(shí)際生產(chǎn)中，硅粉廢料成份及特性為:太陽(yáng)能電池硅片切割生產(chǎn)過(guò)程中，由于采用碳化硅線切割工藝，加之切割過(guò)程中產(chǎn)生高溫氧化作用，使得處理后的硅粉廢料有如下成份和特性:
[0037]硅粉廢料成份:
[0038]81:30 ?80%、3102:0 ?:5 ?40%、:0 ?2% ；
[0039]硅粉廢料顆粒度:6.5 VIII至38 VIII ；
[0040]硅粉廢料堆比重:1000?
[0041]本發(fā)明的原理是通過(guò)兩種原料混合加熱，由于各自的特性，針對(duì)簡(jiǎn)單的混合存在一些問(wèn)題，本發(fā)明也相應(yīng)的提出了解決方案，具體為:
[0042]1)硅為非導(dǎo)磁性材料，在中頻爐中不能自身通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)熱而熔化，難以采用電磁加熱；所以本發(fā)明采用通過(guò)與鐵水的熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)熔化并與鐵結(jié)合成硅鐵合金；
[0043]2)硅粉廢料的比重(1000?14001--3)遠(yuǎn)小于鐵的比重(78001--3)，硅粉廢料直接加入鐵水中會(huì)與鐵水分層，不能實(shí)現(xiàn)與鐵水的熱交換而熔化并與鐵結(jié)合成硅鐵合金；
[0044]3)硅鐵合金中硅所占的比例過(guò)高，在傳統(tǒng)的中頻爐中鐵水的總量無(wú)法達(dá)到硅粉廢料噴吹所需要的鐵水總量，為此本發(fā)明采用特殊爐型實(shí)現(xiàn)硅粉廢料噴吹冶煉所需要的鐵水總量。
[0045]本發(fā)明主要是考慮到硅鐵廣泛地用于金屬冶煉中，是煉鋼過(guò)程中重要的脫氧劑之一，是輕金屬冶煉業(yè)中重要的還原劑之一，是冶金工業(yè)不可缺少的原料。同時(shí)，硅鐵還可作為合金元素加入劑，廣泛應(yīng)用于低合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中，硅鐵在鐵合金生產(chǎn)及化學(xué)工業(yè)中，常用作還原劑。由于它屬于高能耗產(chǎn)品，所以全世界上硅鐵的生產(chǎn)絕大多數(shù)是在發(fā)展中國(guó)家及欠發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行，并且要有電力、煤炭及礦產(chǎn)資源的充分供應(yīng)保證。
[0046]硅石是自然界儲(chǔ)量最多的礦產(chǎn)資源之一，也是世界上最難還原的一種礦石。必須在高溫條件下才能實(shí)現(xiàn)，在常壓下其還原溫度較高，這樣硅石中的氧才能與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的一氧化碳溢出燃燒，硅才能與鐵發(fā)生化合反應(yīng)生成硅鐵合金。但是現(xiàn)有的硅鐵的冶煉工藝中，都含有大量的3、？等雜質(zhì)，想去除3、？，需要花費(fèi)大量的人力和物力，而且精度不尚。
[0047]而本發(fā)明對(duì)太陽(yáng)能電池板晶體硅廢料進(jìn)行再利用，減少填埋污染，不但可以解決太陽(yáng)能電池板晶體硅廢料的填埋污染問(wèn)題，還能夠使其作為原料生產(chǎn)硅鐵，從而得到客觀的經(jīng)濟(jì)效益，重點(diǎn)是能得到?jīng)]有3、？的硅鐵。
[0048]3.有益效果
[0049]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0050](1)本發(fā)明的中頻爐能用于利用晶體硅廢料冶煉硅鐵，加熱效果好，效率高，電耗低；利用晶體娃廢料冶煉娃鐵的方法中，使用太陽(yáng)能電池板晶體娃廢料進(jìn)彳丁娃鐵冶煉的時(shí)候，首先原料主要是高純度的硅和碳化硅以及少量的二氧化硅，而晶體硅的冶煉工藝確保其不含有3、？，或者說(shuō)即使有，含量也極低；本發(fā)明同時(shí)利用碳化硅中的碳元素來(lái)還原二氧化硅，因此不需要額外加入焦炭，所以減少了能源的消耗，而且由于不需要加入焦炭，減少了磷元素和硫元素的影響，產(chǎn)品硅鐵是低磷、低硫、低碳以及硅鐵，價(jià)值高；重點(diǎn)是由于原料中不含有磷元素和硫元素，生產(chǎn)過(guò)程中也不添加磷元素和硫元素，其生產(chǎn)的硅鐵中不用擔(dān)心磷和硫雜質(zhì)，無(wú)磷和硫雜質(zhì)，純度高；
[0051](2)本發(fā)明的方法可以在生產(chǎn)硅鐵的同時(shí)，減少太陽(yáng)能電池板廢料的排放，一舉兩得，減少資源消耗，生產(chǎn)工藝采用噴吹方式，縮短了冶煉硅鐵合金的工藝流程；
[0052](3)本發(fā)明生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0053]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖2為實(shí)施例1中的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖3為實(shí)施例2中的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]圖中:1、爐體下段；2、爐體中段；3、爐體上段；4、噴嘴；5、噴吹槍。

【具體實(shí)施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0058]如圖1、圖2和圖3所示，一種中頻爐，包括爐體，爐體分為工作段和預(yù)留段，預(yù)留段位于工作段的上方；預(yù)留段的體積大于等于工作段體積的3/10 ；工作段自下而上分為爐體下段1、爐體中段2和爐體上段3三段；所述的爐體下段1的直徑小于爐體上段3的直徑；所述的爐體中段2的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段2下端的直徑等于爐體下段1的直徑；爐體中段2上端的直徑等于爐體上段3的直徑。還包括噴嘴4和/或噴吹槍5，噴嘴4采用透氣磚。所述的噴嘴4位于爐體中段2的側(cè)壁和/或爐體下段1的底部和丨或爐體下段1的側(cè)壁上；所述的噴吹槍5經(jīng)過(guò)爐體的上部向下插入到爐體下段1的底部。爐體上段3設(shè)有保溫加熱線圈；所述的爐體下段1和爐體中段2設(shè)有加熱線圈。爐體上段3的保溫加熱線圈獨(dú)立工作；所述的爐體下段1和爐體中段2的加熱線圈由同一電路控制。保溫加熱線圈位于爐體上段3的下部。爐體下段1的體積占爐體工作段的5%?40%，爐體下段1的高度大于等于600111111
[0059]一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，其步驟為:
[0060](八)將冶煉硅鐵合金所需的廢鋼裝爐，廢鋼的加入量根據(jù)硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來(lái)確定；爐體下段1和爐體中段2加熱線圈通電工作將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到15701:以上；
[0061](8)通過(guò)爐體下段1的噴嘴4和/或噴吹槍5將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，調(diào)整加熱線圈的功率，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在14801:以上；噴吹采用氮?dú)鈬姶?，噴吹氮?dú)廨d氣量為270?360跑3作，硅粉廢料噴吹量為270?4504加111，下同；
[0062](0吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中段2后，通過(guò)爐體中段2的噴嘴4噴吹硅粉廢料，爐體上段3的保溫加熱線圈開(kāi)始工作，控制并維持熔液的溫度在14801至15201:范圍內(nèi)；連續(xù)噴吹硅粉廢料，控制并維持熔液的溫度在13301:以上，直至硅鐵合金液達(dá)到所需硅鐵合金標(biāo)號(hào)產(chǎn)品的液位。此時(shí)已經(jīng)能達(dá)到硅鐵合金的標(biāo)準(zhǔn)，但是部分情況可能會(huì)存在碳含量過(guò)高的問(wèn)題，此時(shí)針對(duì)這種情況，只需將中頻爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進(jìn)行脫碳，根據(jù)含碳的不同，選擇添加氧化鐵皮，進(jìn)行成分最后調(diào)整，生成合格的硅鐵合金液，冶煉過(guò)程結(jié)束。真空脫碳采用普通的脫碳工藝即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)，所在在此不再贅述。
[0063]本發(fā)明主要是基于以下幾個(gè)方面的機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn):硅、鐵及硅鐵的熔點(diǎn)及比重:
[0064]:熔點(diǎn) 1538。〇，比重 7800^?3
[0065]81:熔點(diǎn) 14141:，比重 23001--3
[0066]？6~81:熔點(diǎn) 13001:，比重 3300^?3
[0067]硅粉廢料中硅粉顆粒被噴吹入鐵水或硅鐵合金液中，在比重差的作用下，硅粉顆粒會(huì)上浮。硅粉顆粒在上升過(guò)程中與鐵水或硅鐵合金液進(jìn)行充分的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)交換而恪化，形成娃鐵合金并逐步提高娃在娃鐵合金液中的濃度。隨著娃的不斷加入和恪化，娃鐵合金中的硅含量逐步上升并最終達(dá)到所需的硅鐵合金產(chǎn)品。硅鐵合金中硅的濃度逐步提高，使得硅鐵合金的熔點(diǎn)逐步下降并變化。
[0068]本發(fā)明利用了碳化硅熔解反應(yīng)機(jī)理
[0069]碳化硅熔解
[0070]碳化硅熔點(diǎn)為27001，比重32001^?3。硅粉廢料中碳化硅顆粒被噴吹入鐵水或硅鐵合金液中，在比重差的作用下上浮。碳化硅顆粒在上浮過(guò)程中與鐵水或硅鐵合金液進(jìn)行充分的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)交換，使得碳與鐵結(jié)合并熔解了碳化硅，硅與鐵水或硅鐵合金液進(jìn)一步結(jié)合形成硅鐵合金液。
[0071]反應(yīng)方程:310？6— 31？6十?:
[0072]二氧化硅反應(yīng)機(jī)理
[0073]二氧化硅熔點(diǎn)16501:，比重22001^?3。硅粉廢料中二氧化硅顆粒被噴吹入鐵水或硅鐵合金液中，在比重差的作用下二氧化硅顆粒上浮，上浮過(guò)程中與鐵水或硅鐵合金液進(jìn)行充分的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)交換，部分二氧化硅顆粒與鐵水或硅鐵合金液沖的碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得二氧化硅被還原成硅。化學(xué)反應(yīng)如下:
[0074]03102— 810+00 個(gè)
[0075]噴吹攪拌及電磁攪拌機(jī)理
[0076](1)噴吹攪拌
[0077]噴吹載氣在吹入鐵水或硅鐵合金液中，在鐵水或硅鐵合金液的加熱下進(jìn)行膨脹，膨脹的氣體對(duì)鐵水或硅鐵合金液進(jìn)行充分的攪拌使得噴入的硅粉廢料在鐵水或硅鐵合金液中被均勻分布，進(jìn)一步促進(jìn)了硅粉廢料顆粒在鐵水或硅鐵合金液熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)交換，加速了硅粉廢料在鐵水或硅鐵合金液中的各種反應(yīng)，縮短了冶煉的時(shí)間。
[0078](2)電磁攪拌
[0079]鐵水或硅鐵合金液在中頻爐電磁力的作用下形成旋轉(zhuǎn)攪拌，攪拌促進(jìn)了硅粉廢料在鐵水或硅鐵合金液中的均勻分布，加強(qiáng)了硅粉廢料顆粒在鐵水或硅鐵合金液中熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)交換，加速了硅粉廢料在鐵水或硅鐵合金液中的各種反應(yīng)，縮短了冶煉硅鐵的時(shí)間。
[0080](3)真空脫碳機(jī)理
[0081]在碳化硅熔解的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的元素，無(wú)法排出。同時(shí)在常壓條件下，二氧化硅熔解的過(guò)程中產(chǎn)生的310熔解在硅鐵合金液中，無(wú)法繼續(xù)反應(yīng)生成31和⑶。因此在硅鐵合金液出爐后經(jīng)過(guò)真空脫碳裝置，即可通過(guò)反應(yīng)平衡移動(dòng)可以去除310，若仍舊含有元素，添加適量的氧化鐵皮，達(dá)到脫除元素的目的，生產(chǎn)合格硅鐵。
[0082]真空脫碳反應(yīng)式如下:
[0083]0+810 — 81+00 個(gè)
[0084]0十？6304— 1^60+00 |
[0085]？6-0？00 —作+⑶ |
[0086]下面結(jié)合具體的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
[0087]實(shí)施例1
[0088]如圖2所示，一種中頻爐，包括爐體，爐體自下而上分為爐體下段1、爐體中段2和爐體上段3三段；爐體下段1的直徑為764臟，高度為700臟，爐體中段2的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段2下端的直徑等于爐體下段1的直徑；爐體中段2的高度為700！11111，側(cè)面與水平面的夾角為60。，爐體上段3的高度為1462臟，爐體中段2上端的直徑等于爐體上段3的直徑，該中頻爐為10噸硅鐵中頻爐。爐體中段2的側(cè)壁底部上設(shè)有2個(gè)噴嘴4，爐體下段1的底部設(shè)有一個(gè)噴嘴4，噴嘴4采用透氣磚；爐體上段3設(shè)有保溫加熱線圈；爐體下段1和爐體中段2設(shè)有加熱線圈。爐體上段3的保溫加熱線圈獨(dú)立工作；爐體下段1和爐體中段2的加熱線圈由同一電路控制。保溫加熱線圈位于爐體上段3的下部。
[0089]使用時(shí)，其步驟為:
[0090]㈧將冶煉硅鐵合金所需的25001?低碳廢鋼裝爐，爐體下段1和爐體中段2加熱線圈通電工作將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到15701:至16101:范圍內(nèi)；硅粉廢料的成份為:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余為 3102，顆粒度:6.5 V111-10 V111 ；
[0091](8)通過(guò)爐體下段1的噴嘴4將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，調(diào)整加熱線圈的功率，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在14801:至15201:范圍內(nèi)；噴吹采用氮?dú)鈬姶?，噴吹氮?dú)廨d氣量為300跑3作，硅粉廢料噴吹量為300匕加111 ；
[0092](0吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中段2后，通過(guò)爐體中段2的噴嘴4噴吹硅粉廢料，爐體上段3的保溫加熱線圈開(kāi)始工作，連續(xù)噴吹硅粉廢料，最終控制并維持熔液的溫度在13301:至13701:范圍內(nèi)，直至硅鐵合金液充滿爐體工作段。
[0093](￡)將硅鐵合金液送入真空脫碳裝置，調(diào)節(jié)真空度至-5，同時(shí)加入氧化鐵皮252.4匕，生產(chǎn)出合格的硅鐵合金液，冶煉過(guò)程結(jié)束。
[0094]出爐硅鐵合金量:102831?，含硅量72.9%。
[0095]實(shí)施例2
[0096]如圖3所示，一種中頻爐，同實(shí)施例1，所不同是爐體下段1的高度為600皿，爐體下段1的體積占爐體工作段的40% ；還包括噴吹槍5，進(jìn)料通過(guò)噴吹槍5，噴吹槍5經(jīng)過(guò)爐體的上部向下插入到爐體下段1的底部。采用噴吹槍5添加硅粉廢料。
[0097]㈧將冶煉硅鐵合金所需的25001?低碳廢鋼裝爐，爐體下段1和爐體中段2加熱線圈通電工作將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到15901:至16301:范圍內(nèi)；硅粉廢料的成份為:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余為 3102，顆粒度:6.5 V111-10 V111 ；
[0098](8)通過(guò)爐體下段1的噴嘴4將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，調(diào)整加熱線圈的功率，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在14501:至15601:范圍內(nèi)；噴吹采用氮?dú)鈬姶担瑖姶档獨(dú)廨d氣量為350跑3作，硅粉廢料噴吹量為390匕加111 ；
[0099](0吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中段2后，通過(guò)爐體中段2的噴嘴4噴吹硅粉廢料，爐體上段3的保溫加熱線圈開(kāi)始工作，連續(xù)噴吹硅粉廢料，最終控制并維持熔液的溫度在13401:至13601:范圍內(nèi)，直至硅鐵合金液充滿爐體工作段。
[0100](￡)將硅鐵合金液送入真空脫碳裝置，調(diào)節(jié)真空度至-5，同時(shí)加入氧化鐵皮252.4匕，生產(chǎn)出合格的硅鐵合金液，冶煉過(guò)程結(jié)束。
[0101]出爐硅鐵合金量:102831?，含硅量72.9%。
[0102]實(shí)施例3
[0103]如圖2所示，一種中頻爐，包括爐體，爐體自下而上分為爐體下段1、爐體中段2和爐體上段3三段；爐體下段1的直徑為874臟，高度為800臟，爐體中段2的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段2下端的直徑等于爐體下段1的直徑；爐體中段2的高度為700！11111，側(cè)面與水平面的夾角為60。，爐體上段3的高度為202?^爐體中段2上端的直徑等于爐體上段3的直徑，該中頻爐為15噸硅鐵中頻爐。爐體中段2的側(cè)壁底部上設(shè)有2個(gè)噴嘴4，爐體下段1的底部設(shè)有一個(gè)噴嘴4，噴嘴4采用透氣磚；爐體上段3設(shè)有保溫加熱線圈；爐體下段1和爐體中段2設(shè)有加熱線圈。爐體上段3的保溫加熱線圈獨(dú)立工作；爐體下段1和爐體中段2的加熱線圈由同一電路控制。保溫加熱線圈位于爐體上段3的下部。
[0104]使用時(shí)，其步驟為:
[0105]㈧將冶煉硅鐵合金所需的37501?低碳廢鋼裝爐，爐體下段1和爐體中段2加熱線圈通電工作將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到15701:至16001:范圍內(nèi)；硅粉廢料的成份為:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余為 3102，顆粒度:10 V111-38 V111 ；
[0106](8)通過(guò)爐體下段1的噴嘴4將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，調(diào)整加熱線圈的功率，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在14801:至15101:范圍內(nèi)；噴吹采用氮?dú)鈬姶?，噴吹氮?dú)廨d氣量為300跑3作，硅粉廢料噴吹量為300匕加111 ；
[0107](0吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中段2后，通過(guò)爐體中段2的噴嘴4噴吹硅粉廢料，爐體上段3的保溫加熱線圈開(kāi)始工作，控制并維持熔液的溫度在14801至15101范圍內(nèi)；
[0108](0)連續(xù)噴吹硅粉廢料，最終控制并維持熔液的溫度在13501:至14001:范圍內(nèi)，直至硅鐵合金液充滿爐體工作段。
[0109](￡)將硅鐵合金液送入真空脫碳裝置，調(diào)節(jié)真空度至-5,同時(shí)加入氧化鐵皮378.6匕，生產(chǎn)出合格的硅鐵合金液，冶煉過(guò)程結(jié)束。
[0110]出爐硅鐵合金量:154241?，含硅量73%。
[0111]以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)文件中的描述和附圖，已能知曉本發(fā)明的工作原理并且能完整實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案以及達(dá)到本發(fā)明所要達(dá)到的效果，所以不再贅述；該示意性描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)和方法并不局限于此，例如可以采用普通中頻爐直接加熱，但是這樣硅含量較低，需要先煉一爐，然后倒出一半到另一個(gè)爐子，然后再加硅粉，程序復(fù)雜，或者說(shuō)直接采用真空爐冶煉或者噴吹進(jìn)料冶煉+后面真空脫碳，這些也都是能根據(jù)本發(fā)明的文件的原理，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以自然想到并且輕松實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相同或者相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，基于專(zhuān)利法的立法精神，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種中頻爐，包括爐體，爐體分為工作段和預(yù)留段，預(yù)留段位于工作段的上方；其特征在于，工作段自下而上分為爐體下段(1)、爐體中段(2)和爐體上段(3)三段；所述的爐體下段(I)的直徑小于爐體上段(3)的直徑；所述的爐體中段(2)的縱截面的形狀為內(nèi)部中空的倒圓臺(tái)形，爐體中段(2)下端的直徑等于爐體下段(I)的直徑；爐體中段(2)上端的直徑等于爐體上段(3)的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中頻爐，其特征在于，還包括噴嘴(4)和/或噴吹槍(5)，所述的噴嘴(4)位于爐體中段(2)的側(cè)壁和/或爐體下段(I)的底部和/或爐體下段(I)的側(cè)壁上；所述的噴吹槍(5)經(jīng)過(guò)爐體的上部向下插入到爐體下段(I)的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中頻爐，其特征在于，所述的爐體上段(3)設(shè)有保溫加熱線圈；所述的爐體下段⑴和爐體中段⑵設(shè)有加熱線圈；所述的爐體下段⑴和爐體中段(2)的加熱線圈由同一電路控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中頻爐，其特征在于，所述的預(yù)留段的體積大于等于工作段體積的3/10 ;爐體下段(I)的體積占爐體工作段的5%?40%，爐體下段(I)的高度大于等于600_;所述的保溫加熱線圈位于爐體上段(3)的下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種中頻爐，其特征在于，所述的噴嘴(4)采用透氣磚。
6.權(quán)利要求1中所述的中頻爐在冶煉硅粉廢料中的應(yīng)用。
7.一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，將晶體硅切割廢料放入熔化的鐵水中制備硅鐵。
8.一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，其步驟為: (A)將冶煉硅鐵合金所需的廢鋼裝爐，爐體下段(I)和爐體中段(2)加熱線圈通電工作將廢鋼熔化成鐵水，并將鐵水繼續(xù)加熱到1570°C以上； (B)通過(guò)爐體下段(I)的噴嘴(4)和/或噴吹槍(5)將硅粉廢料連續(xù)噴吹到鐵水中，形成熔液，調(diào)整加熱線圈的功率，控制并維持加入硅粉廢料后熔液的溫度在1480°C以上； (C)吹入硅粉廢料后熔液的液面上升并注滿爐體中段(2)后，通過(guò)爐體中段(2)的噴嘴(4)噴吹硅粉廢料，爐體上段(3)的保溫加熱線圈開(kāi)始工作；連續(xù)噴吹硅粉廢料，控制并維持熔液的溫度在1330°C以上，直至硅鐵合金液達(dá)到所需硅鐵合金標(biāo)號(hào)產(chǎn)品的液位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，其特征在于，還包括步驟(D):將爐中的硅鐵合金液送往真空脫碳裝置進(jìn)行脫碳，進(jìn)行成分最后調(diào)整，得到合格的硅鐵合金液。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種利用晶體硅廢料冶煉硅鐵的方法，其特征在于，所述的步驟(A)中廢鋼的加入量根據(jù)硅粉廢料中成分組成和所要制備的硅鐵的純度來(lái)確定。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK104482761SQ201410788395
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】王先玉 申請(qǐng)人:王先玉