42对棒环形布棒还原炉能量耗散研究

由于无法对大型还原炉环状硅棒排布方式对能耗的影响做出准确判断,对42对棒西门子多晶硅还原炉进行仿真模拟计算,建立两种环状硅棒布棒方式(三环排布、四环排布)的还原炉模型。通过对还原炉的炉行为及棒行为分析发现,硅棒直径加大能耗也会相应加大,且这种变化受炉内流场和温度场共同影响;同时,还原炉内内环硅棒辐射能耗随硅棒直径的增大呈先增大后减小的变化趋势,而排列在外环的硅棒辐射损耗则随硅棒直径的增大而不断增大。针对42对棒西门子还原炉内硅棒的排布方法,提出选用硅棒三环排布的方式可达到降低该还原炉总能耗的目的。

推舟还原炉热场流场数值模拟

使用推舟还原炉进行铀氧化物颗粒氢气环境下的还原纯化,最大的难点在于如何做到推舟还原炉中各温区内气体分布的均匀性和温场的稳定性,结合使用工况对推舟还原炉热场和流场的数值模拟,分析了推舟还原炉炉管内部流场和温场分布,确保研制出的推舟还原炉不存在设计缺陷。在综合考虑推舟还原炉运行时的导热、对流、辐射等传热方式,获得了模拟状态下在推舟还原炉内部氢气还原时设备各温区的温度场、流场的分布情况,为该型设备设计及制造提供了重要的理论数据支撑。

竖罐炼镁还原炉内多反应场耦合仿真

竖罐炼镁技术是对传统皮江法进行改进和创新后的新型炼镁技术。以具有10个竖式还原罐的竖式炼镁还原炉为研究对象,对还原罐内球团还原过程与罐外烟气热流场耦合仿真计算。模拟结果显示:还原过程中罐内镁还原率在周向、径向分布均匀,罐外流场稳定,还原6 h后,罐内球团基本完全反应。还原炉内10个罐内球团填充层的镁还原过程按预先分组依次循环进行,单组罐镁还原率曲线及10个罐内镁还原率总体平均的结果都表现出随时间呈锯齿状的变化规律。改变入口烟气温度以50 K的幅度从1473 K增大到1573 K时,相同时间内,镁还原率平均值增幅保持在10%左右。

多晶硅还原炉变压器负荷分析

多晶硅的生产过程中,需要消耗大量的电能,而变压器的损耗,在整个电能损耗中,占据了很大一部分。因此,在满足生产的条件下,优化多晶硅还原炉变压器的设计负荷,减少多晶硅变压器的损耗以及维护费用,是降低多晶硅生产成本的关键因素,其设备的可靠性也是影响整个生产线生产效率最为关键的一环。

粗铅熔炼技术中侧吹还原炉水套系统改进工艺研究

本文针对粗铅熔炼工艺,着重描述了侧吹还原炉的工艺原理与生产技术,然后分析了侧吹还原炉上部改为风套系统后的利弊。与原水套系统的对比可知,使用风套系统能提高系统的作业率和物料处理能力,降低工艺设备风险和尾气中CO含量,达到了降本增效的目的。

基于48对棒CVD还原炉出口的CFD模拟

现役大型多晶硅还原炉由于内部流场和温度场不均匀,存在产品性能差的问题,因此提出在原料出口增设内接管来改善炉内流场和温度场的均匀性问题。利用SolidWorks建模软件建立48对棒多晶硅CVD还原炉模型,对其进行数值模拟得到不同硅棒生长阶段下的尾气温度的模拟结果,拟合实际温度验证模型的准确性,进一步对模型网格进行网格无关性验证,验证模拟的准确性。通过对其流场和温度场的截面分析得出:在出口处设置高度为500 mm的上端封闭式内接管,有利于增加还原炉内部物料在炉内的停留时间和多晶硅的均匀沉积。因此在还原炉出口处安装内接管,有利于改善炉内物料停留时间以及流场和温度场的均匀分布,提高多晶硅沉积致密性和均匀性。

HIsmelt工艺熔融还原炉用耐火材料的抗侵蚀性研究

为促进HIsmelt工艺的进一步发展和应用,根据HIsmelt工艺熔融还原炉(SRV)的特点,利用静态坩埚法对比研究了SRV渣在1 500℃下对铬刚玉砖、微孔刚玉-莫来石砖、刚玉-莫来石砖、刚玉-尖晶石砖的侵蚀。结果表明:1)铬刚玉砖抗SRV渣渗透侵蚀能力最强,因为FeO与铬刚玉砖中的Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)反应生成高熔点物,抑制炉渣的渗透和侵蚀。2)微孔刚玉-莫来石砖中镁铝尖晶石与钙铝黄长石的生成在侵蚀层形成保护层,阻止SRV渣的渗透侵蚀,在3种无铬材料中,表现出最优的抗侵蚀性。3)刚玉-莫来石砖中由于大量钙长石的形成产生的缝隙造成渣的不断渗入,使得熔渣对砖的侵蚀较严重。4)刚玉-尖晶石砖中原位生成粒径小、活性高的尖晶石晶粒,能有效吸收熔渣中的铁离子形成镁铝铁复合尖晶石,阻挡SRV渣的侵蚀。

基于Fluent的多晶硅还原炉关键结构优化设计

改良西门子法是多晶硅生产的主要方法,而多晶硅还原炉是多晶硅制备的主要设备。针对传统多晶硅还原炉的流场、温度场和辐射场不均匀导致生产的多晶硅尺寸不规则的问题,本文对还原炉的炉顶封头结构、出气口位置布局和硅棒底盘布局进行优化设计。利用Fluent软件Do辐射模块对多晶硅还原炉进行气-固辐射仿真分析,对比优化前后的流场、温度场和辐射场的云图、流线图等,结果表明:上出气口排气设计能够有效提高炉内气体流动速度,减少炉内气体回流,增加气体流动均匀性,有效解决炉内顶部产生的温度死区,平衡炉内上下温度差;椭圆形顶部封头优化了还原炉整体空间,降低设计成本,有效抑制圆形封头中气体旋涡的产生,增加炉内气体流动均匀性;采用平行圆周对称式硅棒增加整体辐射量,优化了传统还原炉中外圈硅棒与中心硅棒辐射不均匀现象,有效防止了不规则硅棒的产生,提高了多晶硅的产量,为多晶硅还原炉的结构设计提供一个新的方案。

超快激光在多晶硅还原炉的应用技术优化研究

针对电子级多晶硅还原炉底盘附着的残留物,研究超快激光技术在电子级多晶硅还原炉的应用。通过超快激光电子级多晶硅还原炉清洗设备结构,分析其清洗电子级多晶硅还原炉设备过程。选取试验材料、试剂和设备后,分别制备含有无定形硅粉、氯硅烷水解物、二氧化硅粉尘、甲基硅油油脂、多晶硅颗粒等污染物的基板作为还原炉污染样本;并以制备的还原炉污染样本为基础,设定初始条件和边界条件后,展开电子级多晶硅还原炉污染试件清洗试验。结果表明:污染物基本被去除;在不同清洗次数下,超快激光清洗时的重复频率和扫描速度越高,其清洗电子级多晶硅还原炉污染试件效果越好。

银涂层节能还原炉技术的开发与大规模应用研究

对现役多晶硅还原炉内壁进行增反射改性,进而使其拥有优越的近红外电磁波反射性能,是国际上重点攻关的多晶硅还原炉节能优化方向。文章提出一种还原炉内壁银涂层增反射改性方法,并在全球范围内率先将其成功应用在现役48对棒大型还原炉的节能升级上,该项成果已获得国际领先评价。由全48对棒银涂层还原炉组成的万吨级规模高纯多晶硅节能生产线现已经在青海省投产运行。银涂层节能还原炉技术突破了现役不锈钢还原炉内壁增反射改性节能技术大规模应用瓶颈,解决了困扰行业已久的高纯多晶硅低消耗生产难题,填补了多项国际空白,为我国多晶硅行业实现低碳生产探明了一条切实可行的路径。

高铅渣直接还原炉的研发设计

概述了现有的粗铅冶炼工艺和高铅渣直接还原方法,介绍了电热焦炭直接还原炉、侧吹熔融还原炉、底吹电热熔融还原炉3种高铅渣直接还原炉的研发设计。

三维还原炉内多晶硅化学气相沉积的数值模拟

建立描述SiHCl3—H2系统中混合气体的动量、热量和质量同时传递,且耦合气体反应、表面反应的模型,研究利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Mechanics)软件Fluent6.2结合物质传递和反应模型,数值模拟三维还原炉内物质分布规律、热传递现象和多晶硅的沉积特性。计算结果表明,随气体流量、硅棒表面温度和操作压力的增加,硅沉积速率增长。理论研究结果对优化现有12对棒还原炉工艺参数和设计新型、大直径还原炉具有理论指导意义。

氧化铝真空碳热还原炉瞬态温度场模拟计算

以昆明理工大学真空冶金国家工程实验室氧化铝真空碳热还原炉为研究对象,依据传热学理论和氧化铝真空碳热还原炉的结构特点,分析了氧化铝真空碳热还原炉的加热和散热过程,并用有限元法建立了真空碳热还原炉瞬态温度场数值模拟计算模型,运用ANSYS软件对还原炉在持续加热下的瞬态温度场分布进行了数值模拟计算并得出了还原炉温度场的三维分布状况,同时分析了瞬态温度场的变化情况。经过具体实验验证,模拟计算结果与实验所测的局部各点测量值误差均在2%以内,实际所测的平均值与模拟结果误差在1%以内。

西门子CVD还原炉内硅棒生长环境的数值模拟

考虑包括热辐射在内的质量传递、动量传递、热量传递三维模型,利用流体力学计算软件,对18对棒西门子多晶硅CVD还原炉实际情况进行数值模拟。考察了两种进气方式下还原炉内的流场和温度场分布。计算结果表明,为了实现硅棒均匀沉积,与底盘上分散进气、中心集中出气的还原炉结构相比,中心集中进气、中环与外环之间分散出气的流场及温度场分布更为合理。后者可能有效避免气体在进出口间的"短路"现象,又使炉内各处温度分布更为均匀,减小硅棒不均匀生长现象。模拟结果还表明,采用典型工况的数据,还原炉中总能量损失占能量输入的78.9%,辐射热损失占总能量损失的70.9%,产品单位质量能耗为72.8 kWh./kg-1,与很多其他研究结果及实际相一致。

金属镁还原炉中烟气流动对传热过程的影响

采用CFX软件对皮江法镁还原炉内的烟气流动进行数学建模和仿真计算,研究镁还原炉内的烟气流动对炉子传热过程的影响情况.依据流动分析,给出了一些提高镁还原炉热效率的措施.结果表明:改善炉内流场是提高金属镁还原炉热效率的主要方向.

带式无舟皿连续还原炉制备粒度均匀的细颗粒钨粉

细晶粒、超细及纳米硬质合金的用途越来越广泛,制备粒度均匀的细钨粉是制备此类合金的关键。本试验研究以工业蓝色氧化钨和超细黄色氧化钨为原料,在带式无舟皿连续还原炉中用氢气还原制备钨粉。试验结果表明,采用带式无舟皿连续还原炉,以蓝色氧化钨为原料制备的细颗粒钨粉粒度均匀性明显优于四管炉生产的钨粉;以超细黄色氧化钨为原料可制备出粒度均匀、氧含量低、比表面在3.5m2/g左右、粒度为90nm左右的纳米钨粉;钨粉性能主要受还原温度、氢气流量、钢带传动速度及料层厚度等工艺参数的影响。

一种新型多晶硅还原炉流动与传热的数值模拟

在传统多晶硅还原炉结构基础上,提出了一种内部流场为平推式流动的新型多晶硅还原炉,并采用计算流体力学方法研究了该还原炉内的速度场和温度场。流场模拟结果表明,新型多晶硅还原炉内混合气的流动基本上实现了平推式流动;温度场模拟结果发现,通过改变操作参数,采用平推式流动可实现炉内温度场的控制,解决了传统还原炉局部温度过高的问题,可避免硅粉的产生,长期保持还原炉内壁面的抛光效果,降低还原炉辐射电耗;计算结果表明,在相同的条件下,采用新型多晶硅还原炉的还原电耗较传统还原炉可降低8.5%。

基于Fluent的还原炉底盘温度场均匀化分析

针对24对棒的多晶硅还原炉底盘的温度场均匀化问题,结合大型多晶硅还原炉的研制要求,应用Ansys 13.0中的Fluent对多晶硅还原炉底盘的辐射、导热和对流的传热过程进行了模拟分析,对不同进口流量(225 t/h、170 t/h和125 t/h)的还原炉底盘进行了流场模拟,得到不同流量情况下的还原炉底盘内部流场的速度场、温度场和压力场。结果表明:进口流量越大,底盘内部流场总温度越低,流体能量越低;进口流量越大,阻力降越大。综合考虑温度场和阻力降,进口流量取170 t/h是最优值。

硅热炼镁还原炉的用能分析与节能措施探讨

对我国硅热法炼镁还原炉的用能状况进行了计算分析。研究表明:硅热法炼镁还原炉的热利用率和生产率都非常低。制约还原炉热利用率和生产率提高的主要因素包括燃料及燃烧方式、炉型结构、还原罐的密度与排布方式、装出料方式及装置、余热利用措施等。本文最后还对此提出了一些具体的节能措施。

多晶硅还原炉炉膛内的辐射传热模型研究

为了提高多晶硅还原炉结构设计的安全性和指导运行过程中的冷却系统调节控制,需要对多晶硅还原炉的传热过程进行模拟。由于炉膛内的传热主要是由多晶硅棒产生的高温热辐射,分别采用离散传播辐射模型(DTRM)、基于球形谐波法的P1模型和蒙特卡罗模型(Monte Carlo)对多晶硅还原炉炉膛内的辐射换热进行数值模拟。