Four industriel au silicium : méthodes de réparation du trou de coulée de la brique de carbone

Four à silicium industriel : méthodes de réparation du trou de coulée en briques de carbone

Le four à silicium industriel est un type de four à arc submergé spécifiquement utilisé pour la production de silicium en fusion. Dans le four, la zone du trou de coulée (ou « œil du four ») est le maillon le plus faible, subissant les dommages les plus rapides en raison de l'érosion sévère causée par le laitier et le silicium en fusion à haute température. Cette section critique est généralement revêtue de briques de carbone.

1. Mécanismes d'endommagement des briques de carbone du trou de coulée

Les dommages causés aux briques de carbone dans le trou de coulée résultent principalement de deux facteurs : la sensibilité inhérente du carbone à l'oxydation et l'érosion mécanique due aux fluides à haute température.

1.1 Oxydation des briques de carbone

Bien que les briques de carbone offrent des avantages significatifs pour cette application, elles présentent un défaut critique : la sensibilité à l'oxydation. La zone du trou de coulée est perpétuellement exposée à l'air, ce qui accélère le taux d'oxydation des briques de carbone.

1.2 Érosion mécanique

L'usure mécanique se produit à partir de plusieurs sources :

   L'action de rinçage du silicium en fusion pendant la coulée, qui agrandit progressivement le trou de coulée.

   Opérations de nettoyage mécanique agressives lorsque le laitier à haute viscosité provoque un mauvais écoulement ou une ouverture difficile du trou de coulée.

   Écaillage thermique causé par des fluctuations rapides de température entre la phase de coulée à chaud et la phase de bouchage/refroidissement ultérieure, en raison du cycle de fonctionnement intermittent du four.

   Répartition inégale du courant dans le four à arc submergé, ce qui peut créer des points chauds localisés et accélérer l'usure du trou de coulée.

2. Méthodes de réparation du trou de coulée

L'exposition prolongée aux gaz du four, au silicium en fusion et au laitier corrode et érode le trou de coulée en une forme ovale. Une fois agrandi, il devient difficile à boucher, ce qui entraîne des fuites et des « fuites », nécessitant une réparation ou un remplacement.

2.1 Méthode de réparation traditionnelle

L'approche conventionnelle consiste pour les techniciens à réparer manuellement le trou de coulée endommagé. Le processus comprend :

   Le nettoyage des dépôts de silicium et de laitier dans la zone.

   Le remplissage du trou de coulée endommagé, à l'intérieur et à l'extérieur, avec de la pâte d'électrode.

   La formation d'une couche protectrice extérieure à l'aide d'un réfractaire coulé.

Dans une opération typique avec cinq trous de coulée en rotation, chacun nécessite une réparation après 5 à 7 jours d'utilisation. Cette maintenance fréquente a un impact négatif sur les principaux indicateurs techniques et économiques, caractérisés par une forte intensité de main-d'œuvre, de mauvaises conditions de travail, de longs temps d'arrêt, des coûts élevés et une faible efficacité globale.

2.2 Technologie de réparation avancée des trous de coulée

Pour remédier aux inefficacités de la méthode traditionnelle, une nouvelle technologie de réparation a été développée. La procédure spécifique est la suivante :

① Enlèvement de précision : utilisez une foreuse spécialisée pour percer la brique de carbone endommagée. La profondeur et le diamètre du trou sont déterminés par l'étendue des dommages.

② Remplissage composite : remplissez la cavité nouvellement créée avec un matériau composite composé de pâte d'électrode, de carbure de silicium et de brai. Ce matériau de remplissage est choisi pour son excellente fluidité et ses propriétés de liaison lorsqu'il est chauffé, ce qui lui permet de se fritter en une structure monolithique avec la brique de carbone d'origine. Le composant carbure de silicium ajoute une résistance à l'oxydation et à l'usure, prolongeant la durée de vie.

③ Insertion d'un manchon en graphite : insérez un manchon en carbone graphite dans la cavité remplie. Le manchon en graphite offre une résistance supérieure à l'usure mécanique, à l'oxydation et à la corrosion pour la structure du trou de coulée.

④ Scellement des interstices : utilisez de la pâte d'électrode et de la pâte à interstices fins pour sceller tous les interstices restants entre le matériau de remplissage et le manchon en graphite, en vous assurant que la brique de carbone et le manchon sont fusionnés pendant la cokéfaction.

⑤ Réparation du canal de coulée : réparez le canal de coulée avec un matériau coulé à haute teneur en alumine, puis appliquez une couche protectrice de pâte d'électrode.

Après cette réparation, une cuisson contrôlée est nécessaire avant que le trou de coulée ne soit remis en service. Cette technologie de pointe a été largement adoptée dans l'industrie en Chine. Les applications sur le terrain démontrent qu'elle prolonge efficacement la durée de vie du trou de coulée, réduit la fréquence des remplacements, réduit les coûts de réparation et améliore le rendement global et la performance économique des fours à silicium industriels.

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