硅包底吹氣精煉是一種經(jīng)濟適用且簡單易行的工業(yè)硅提純方法,能有效地去除硅熔體中Al、Ca等有害雜質,均勻硅液成分。目前工業(yè)硅廠多采用單個噴嘴位于底部中心的硅包進行爐外精煉,這種設計在精煉過程中容易產(chǎn)生硅熔體攪拌死區(qū),精煉時間較長,熱量損失多,從而影響精煉后產(chǎn)品硅的質量。本文采用物理模擬和數(shù)值模擬對硅包精煉過程進行研究,探討了不同噴嘴布置、精煉氣體吹入量對包內(nèi)流體流動特性的影響。主要研究內(nèi)容和結論如下:（1）以云南某硅廠的2.5t硅包精煉工藝為研究對象,根據(jù)相似原理,按照1:3的模型與原型比建立了銅管噴嘴硅包的物理模型,采用水模型實驗研究了噴嘴數(shù)目、噴嘴位置以及不同吹氣量對混勻時間的影響。實驗結果表明在單噴嘴硅包精煉系統(tǒng)中,當噴嘴位于偏離硅包底部中心0.3R處,混勻時間最短;對于雙噴嘴硅包精煉系統(tǒng),混勻時間隨著兩噴嘴間距的增大而縮短,噴嘴位于偏心0.7R成180°對稱分布,混勻時間最短。（2）采用VOF多相流模型、標準k-ε湍流模型、無滑移壁面和標準壁面函數(shù)建立了銅管噴嘴硅包精煉的數(shù)學模型,對物理模擬結果進行數(shù)值模擬驗證。模擬結果顯示,與原始中心噴嘴硅包精煉相比,單噴嘴偏心0.3R、雙噴嘴... 

【文章來源】：昆明理工大學云南省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

能源結構的變化趨勢

第一章 緒論3圖1.2 工業(yè)硅生產(chǎn)示意圖[8]Fig. 1.2 Schematic diagram of industrial silicon production[8](a) 電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅 （b) 搗爐機搗爐圖1.3 電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅實物圖Fig. 1.3 Schematic diagram of industrial silicon production圖 1.3 為云南某硅廠采用電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅的實物圖，當?shù)V熱爐中爐料推積在一起，根據(jù)現(xiàn)場冶煉情況，需要對其進行搗爐操作，使硅石與碳質還原劑充分反應，如 1.3(b)。采用電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅，對碳質還原劑和硅石的選擇也有較高要求，爐料的好壞在很大程度上決定了硅產(chǎn)品的質量。碳質材料需要具有固定碳含量高、灰分和水分含量少、機械強度高、粒度適宜、價格便宜等特點，硅石應選擇 SiO2含量高（不低于 98%）的礦石。當原料配比合適、操作和供電制度正確時，經(jīng)礦熱爐熔煉出來的產(chǎn)品硅質量可達到 98%~99%。SiO3CSiC2CO2 (1

[8](a) 電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅 （b) 搗爐機搗爐圖1.3 電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅實物圖Fig. 1.3 Schematic diagram of industrial silicon production圖 1.3 為云南某硅廠采用電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅的實物圖，當?shù)V熱爐中爐料推積在一起，根據(jù)現(xiàn)場冶煉情況，需要對其進行搗爐操作，使硅石與碳質還原劑充分反應，如 1.3(b)。采用電熱法生產(chǎn)工業(yè)硅，對碳質還原劑和硅石的選擇也有較高要求，爐料的好壞在很大程度上決定了硅產(chǎn)品的質量。碳質材料需要具有固定碳含量高、灰分和水分含量少、機械強度高、粒度適宜、價格便宜等特點，硅石應選擇 SiO2含量高（不低于 98%）的礦石。當原料配比合適、操作和供電制度正確時，經(jīng)礦熱爐熔煉出來的產(chǎn)品硅質量可達到 98%~99%。SiO3CSiC2CO2 (1.1)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]硅包底吹富氧精煉氣液兩相流動的數(shù)值模擬[J]. 王軍現(xiàn),于潔,呂國強,馬文會,楊璽,楊興衛(wèi).  硅酸鹽通報. 2016(07)
[2]常壓濕法提純工業(yè)硅試驗研究[J]. 李俊,翟忠標,于站良.  云南冶金. 2016(03)
[3]真空定向凝固去除硅中雜質鋁的研究[J]. 鄭達敏,魏奎先,馬文會,戴永年.  特種鑄造及有色合金. 2015(04)
[4]真空精煉提純工業(yè)硅除鈣研究[J]. 魏奎先,鄭達敏,馬文會,楊斌,戴永年.  真空科學與技術學報. 2014(09)
[5]鼓泡床反應器流動特性的CFD研究進展[J]. 薄守石,王劍,白飛,戴學智,孫蘭義.  現(xiàn)代化工. 2014(07)
[6]多晶硅材料及其生產(chǎn)工藝研究現(xiàn)狀與趨勢[J]. 鄭繼忠,孫賓賓.  科技與企業(yè). 2014(12)
[7]濕法提純制備太陽能級硅過程的研究[J]. 劉瑞聰,湯培平,林康英,劉碧華,游淳毅,王泉.  化學工程. 2014(06)
[8]底吹富氧精煉工業(yè)硅的試驗與實踐[J]. 陳志強,鮑文慧,白玲梅,唐琳,周元廣,李春風.  鐵合金. 2014(01)
[9]250t鋼包精煉底吹氬吹孔位置優(yōu)化的水模型試驗[J]. 倪修華,張才貴,周俐.  特殊鋼. 2013(06)
[10]粗硅的氧化精煉[J]. 戴永年,馬文會,楊斌,劉大春,栗曼,魏欽帥.  昆明理工大學學報(自然科學版). 2012(06)

博士論文
[1]工業(yè)硅生產(chǎn)用碳質還原劑的研究與應用[D]. 陳正杰.昆明理工大學 2017
[2]冶金法制備太陽能級硅工藝中濕法提純及半工業(yè)化研究[D]. 麥毅.昆明理工大學 2014

碩士論文
[1]硅包氧化精煉過程氣液兩相流動行為的分析與優(yōu)化[D]. 王軍現(xiàn).昆明理工大學 2016
[2]六流中間包內(nèi)襯沖蝕研究及結構優(yōu)化[D]. 陳惠娣.河北聯(lián)合大學 2014
[3]工業(yè)硅爐外精煉提純研究[D]. 王統(tǒng).昆明理工大學 2013
[4]非結構化網(wǎng)格生成技術研究及應用[D]. 董亮.江蘇大學 2010
[5]含氫硅烷的硅氫加成反應及其催化劑負載化研究[D]. 劉國旺.浙江大學 2010
[6]用于高粘度流體的攪拌釜的模擬及優(yōu)化[D]. 吳巖.江南大學 2009
[7]鐵水罐吹氣輔助脫硫扒渣數(shù)學物理模擬[D]. 仇東麗.武漢科技大學 2008
[8]太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分析與研究[D]. 馬兆彪.江南大學 2008
[9]鋼包底吹氬工藝開發(fā)[D]. 幸偉.武漢科技大學 2005



本文編號：3440587