Вплив монооксиду вуглецю на тепловий баланс промислової печі при виробництві карбіду кремнію
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2025-2(96)-46-51Ключові слова:
карбід кремнію, піч Ачесона, монооксид вуглецю, енергетичний баланс, утилізація СО, теплота згоряння, енергоефективність, матеріальний баланс, абразивні матеріалиАнотація
Дослідження стосується процесів утворення та утилізації монооксиду вуглецю в печах Ачесона при виробництві карбіду кремнію. Однією з ключових проблем є значні обсяги СО, що утворюється як побічний продукт хімічної реакції, та недостатнє використання його енергетичного потенціалу. Існуючі конструкції печей передбачають лише факельне спалювання СО на виході з бічних каналів, що забезпечує обмежений рівень регенерації теплоти. Оптимізація енергетичного балансу виробництва SiC можлива завдяки дослідженню кількісних характеристик утворення СО та пошуку шляхів його ефективного використання. Об’єктом дослідження є процес утворення монооксиду вуглецю та його вплив на енергетичний баланс печі Ачесона. Метою роботи є оцінка обсягів СО, визначення його теплових характеристик і встановлення частки в загальному енергоспоживанні виробництва. Для досягнення поставленої мети виконано експериментальні виміри температур у робочому просторі печі, проведено аналіз реакцій утворення СО, складено матеріальний баланс та виконано розрахунки енергетичного потенціалу газу. На підставі порівняння розрахункових і експериментальних даних визначено кількість СО на одиницю маси SiC та оцінено можливість його утилізації. Результати показали, що утворений у процесі виробництва обсяг СО еквівалентний 40 % від підведеної електроенергії, проте існуюча система утилізації забезпечує використання лише 12–14 % цього потенціалу. Зроблено висновок про доцільність розробки технічних рішень для ефективної регенерації теплоти СО з метою підвищення енергоефективності виробництва та зменшення витрат електроенергії.
Посилання
Kumar, P.V. and Gupta, G.S. (2002), «Study of formation of silicon carbide in the Acheson Process», Steel Research International: a journal for steel and related materials, Vol. 73, No. 2, pp. 31–38.
Vangskasen, J. (2012), Metal-producing Mechanisms in the Carbothermic Silicon Process, NTNU, Trondhejm, 111 p.
Kadkhodabeigi, M., Tveit, H. and Johansen, S.T. (2011), «Modeling the Tapping Process in the Submerged Arc Furnaces Used in High Silicon Alloys Production», ISIJ International, pp. 12–22.
Gupta, G.S., Raja, P. and Tiwari, K. (2019), «An Analysis of Heat Distribution in the Production of SiC Process», 14th Global Congress on Manufacturing and Management (GCMM-2018), pp. 64–70.
Derevyanko, I.V. and Zhadanos, A.V. (2010), «Mathematical Modeling of Heat Power Processes of Silicium Carbide Production in Acheson Furnace», Metallurgical and Mining Industry, Vol. 2, No. 5, pp. 330–335.
Matizamhuka, W.R. (2019), «Gas transport mechanisms and the behaviour of impurities in the Acheson furnace for the production of silicon carbide», Heliyon, Vol. 5, No. 4, doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e01535.
Ivanenko, O.I., Homelia, M.D. and Panov, Ye.M. (2020), «Rozrobka zakhodiv zi znyzhennia vykydiv monooksydu vuhletsiu dymovykh haziv pechei vypaliuvannia pid chas vyrobnytstva elektrodiv», Vcheni zapysky TNU im. V.I. Vernadskoho. Seriia. Tekhnichni nauky. Khimichni tekhnolohii, Vol. 31 (70), No. 4, рр. 170–179.
Ivanenko, O.I. (2021), «Naukovi osnovy znyzhennia ekolohichnykh ryzykiv zabrudnennia atmosfernoho povitria pidpryiemstvamy vuhlehrafitovoho vyrobnytstva», D.Sc. Thesis of dissertation, Kyiv, 417 р.
The Engineering Toolbox, [Online], available at: https://www.engineeringtoolbox.com
Grande, T., Sommerset, H., Hagen, E. et al. (1997), «Effect of Weight Loss on Liquid-Phase-Sintered Silicon Carbide», J. Am. Ceram. Soc, Vol. 80, No. 4, рр. 1047–1052.
Shinoda, Y., Nagano, T. and Gu, H. (1999), «Super plasticity of Silicon Carbide», Journal of the American Ceramic Society, Vol. 82, No. 10, рр. 2916–2918.
Raj, P., Gupta, G.S. and Rudolph, V. (2020), «Silicon carbide formation by carbothermal reduction in the Acheson process: A hot model study», Thermochimica Acta, Vol. 687, рр. 178–185.
Список використаної літератури:
Kumar P.V. Study of formation of silicon carbide in the Acheson Process / P.V. Kumar, G.S. Gupta // Steel Research International: a journal for steel and related materials. – 2002. – Vol. 73, № 2. – Р. 31–38.
Vangskasen J. Metal-producing Mechanisms in the Carbothermic Silicon Process / J.Vangskasen. – Trondhejm : NTNU, 2012. – 111 p.
Kadkhodabeigi M. Modeling the Tapping Process in the Submerged Arc Furnaces Used in High Silicon Alloys Production / M.Kadkhodabeigi, H.Tveit, S.T. Johansen // ISIJ International. – 2011. – Р. 12–22.
Gupta G.S. An Analysis of Heat Distribution in the Production of SiC Process / G.S. Gupta, P.Raja, K.Tiwari // 14th Global Congress on Manufacturing and Management (GCMM-2018). – 2019. – Р. 64–70.
Derevyanko I.V. Mathematical Modeling of Heat Power Processes of Silicium Carbide Production in Acheson Furnace / I.V. Derevyanko, A.V. Zhadanos // Metallurgical and Mining Industry. – 2010. – Vol. 2, № 5. – Р. 330–335.
Matizamhuka W.R. Gas transport mechanisms and the behaviour of impurities in the Acheson furnace for the production of silicon carbide / W.R. Matizamhuka // Heliyon. – 2019. – Vol. 5, № 4. DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e01535.
Іваненко О.І. Розробка заходів зі зниження викидів монооксиду вуглецю димових газів печей випалювання під час виробництва електродів / О.І. Іваненко, М.Д. Гомеля, Є.М. Панов // Вчені записки ТНУ ім. В.І. Вернадського. Серія : Технічні науки. Хімічні технології. – 2020. – Т. 31 (70), № 4. – С. 170–179.
Іваненко О.І. Наукові основи зниження екологічних ризиків забруднення атмосферного повітря підприємствами вуглеграфітового виробництва : дисертація д.т.н. / О.І. Іваненко. – Київ, 2021. – 417 с.
The Engineering Toolbox [Electronic resource]. – Access mode : https://www.engineeringtoolbox.com.
Effect of Weight Loss on Liquid-Phase-Sintered Silicon Carbide / T.Grande, H.Sommerset, E.Hagen and other // J. Am. Ceram. Soc. – 1997. – Vol. 80, № 4. – P. 1047–1052.
Shinoda Y. Super plasticity of Silicon Carbide / Y.Shinoda, T.Nagano, H.Gu // Journal of the American Ceramic Society. – 1999. – Vol. 82, № 10. – P. 2916–2918.
Raj P. Silicon carbide formation by carbothermal reduction in the Acheson process: A hot model study / P.Raj, G.S. Gupta, V.Rudolph // Thermochimica Acta. – 2020. – Vol. 687. – P. 178–185.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Ігор Леонідович Шилович, Кирило Олександрович Шумивода
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
