Способ получения карбида кремния и печь для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

CO

CO

4:ь

ЬЭ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4857449/26 (22) 06.08.90 (46) 15.12.93 Бюл. ¹ 45-46 (71) Сибирский металлургический институт им.С.Орджоникидзе (72) Толстогузов Н.В.; Павлов С.ф. (73) Сибирский металлургический институт им.С.Орджоникидзе (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА КРЕМНИЯ И ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: получение металлургического карбида кремния. Сущность изобретения: в шахтную печь подают смесь из кремнезем — и углеродсодержащего вещества. Печь включает вертикальную шахту, средства для загрузки шихты и выгрузки готового продукта, электроды, установленные соосно горизонтально в нижней части печи с возможностью перемещения навстречу друг другу с торцами, скошенными вверх, а также подвиж(в) RU (и) 2004493 С1 (51) 5 С01В31 36 ный в горизонтальной плоскости перпендикулярно движению электродов под, представляющий собой два бункера, сообщающиеся с шахтой поочередно и снабженные днищем в форме короба с перфори— рованной крышкой и патрубком для подачи газа, установленные с возможностью вертикального перемещения. Шихта прогревается при движении по шахте сверху вниз за счет тепла реакционных газов.

Шихту прокаливают и одновременно уплотняют пропусканием электрического тока через электроды Прокаленный продукт периодически выгружают на перфорированную крышку короба при разведении электродов и опускании днища с одновременным охлаждением газом, поступающим через па;— рубок короба. Увеличивается производительность за счет снижения потерь непрореагировавшей шихты и прямого ее нагрева. Снижается трудоемкость за счет механизации процесса выгрузки. 2 сп.ф-лы, 2 ил.

2004493

20

Изобретение относится к черной ме,таллургии и может быть использовано для получения карбида кремния для металлургических целей, Известен способ производства карбида кремния в керновых электропечах сопротивления. Шихта, состоящая из смеси кварца и чистого по примесям восстановителя (обычно нефтяного кокса), в этом случае нагревается за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расположенный в центре ее керн, вручную выложенный из крупных кусков кокса. Температура в центре керна при этом достигает 2700-2800

К. Шихта, окружающая керн, под действием высоких температур превращается в карбид, который затем постепенно перекристаллизуется, превращаясь в друзы крупно-кристаллического карбида. После этого печь отключают, выкатывают иэ-под зонта, охлаждают, после чего карбид вручную отделяют от остатков непрореагировавшей шихты и кернового материала, При производстве карбида подобным способом в подобных электропечах обеспечивается высокое качество карбида.

Наиболее близким к изобретению является известный способ получения карбида кремния в вертикальной шахтной печи и печь для его осуществления. Недостатком известного способа и устройства являются высокая трудоемкость процесса и невысокая его производительность, Целью изобретения является снижение трудоемкости процесса и увеличение его и роизводительности.

Поставленная цель достигается тем, что

- роизводство карбида кремния осуществляется полунепрерывным процессом (ших. та загружается и нагревается непрерывно, а выгрузка карбида осуществляется порциями) иэ крупно-кускового природного сырья (высокозольные угли или вмещающие угли по»оды, шунгин и др,) или специально окускованной шихты в шахтной печи. Нагрев породы (или окускованной шихты) при этом по мере опускания ее в шахте производится непрерывно за счет тепла отходящих газов и тепла карбида кремния, а высокотемпературное прокачивание в нижней части шахты осуществляется порциями электрическим током, причем во время выгрузки карбида он охлаждается нейтральным или колошниковым газом, преимущественно подогретым до 760-800 С, А его тепло затем передается в шахту печи для.подогрева новых порций шихты.

Для уменьшения расхода электроэнергии шихта в шахте печи может подогреваться также за счет тепла частичного сжигания

55 колошникового газа, который подается в шихту печи выше уровня электродов.

Печь для получения карбида кремния, включающая шахту для подогрева шихты и расположенные в ее нижней части токаподводящие электроды выполнена прямоугольной, а горизонтально расположенные электроды имеют прямоугольное сечение, один иэ размеров которого совпадает с шириной шахты, и установлены с возможностью перемещения навстречу друг другу, а под печи выполнен подвижным в горизонтальной плоскости, перпендикулярной направлению перемещения электродов, и представляет собой два бункера, каждый из которых сообщается с шахтой печи поочередно и снабжен днищем в форме короба с перфорированной крышкой и патрубком для.подачи газа, установленного с возможностью вертикального перемещения, Предварительный подогрев кусковой шихты в шахте печи до 1350 —.1500 С повышает ее электропроводность и позволяет осуществить интенсивный ее нагрев в промежутке между электродами и быстрое образование карбида. Этому же способствует и то, что электроды имеют возможность перемещаться навстречу друг другу, уплотняя шихту, повышая тем самым ее электропроводность, скорость ее нагрева и скорость восстановления шихты в промежутке между электродами.

Предварительный подогрев шихты в шахте, использование для этой цели физического тепла карбида и физического тепла высоконагретых в промежутке между электродами реакционных газов, а также улавливание монооксида кремния, образующегося в момент спекания вышележащими слоями шихты уменьшает расход сырья и электроэнергии. С другой стороны, зависание шихты, зажатой в промежутке между электродами, позволяет с минимальными затратами энергии и минимальными потерями непрореагировавшей шихты заменить под печи и тем самым механизированным путем отделить ранее спеченную шихту и выдать ее из печи, Именно сочетание непрерывной загрузки шихты в шахту печи с периодическим спеканием шихты в промежутке между подвижными электродами и порционной выдачей спеченной шихты с помощью шины-бункера в подвижном поду позволяет полностью исключить затраты ручного труда на выдачу карбида и увеличить производительность процесса.

На фиг, 1 представлена шахтная печь, разрез; на фиг, 2 — вид печи в плане.

2004493

Печь состоит из прямоугольной, футеровэнной огнеупорным кирпичом шахты 1 и двух горизонтально расположенных в нижней части шахты плоских электродов 2 со скошенными вверх торцами. Электроды 2 в горизонтальной плоскости имеют размеры, соотносимые с шириной шахты печи, и установлены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости с помощью механизма 3. Печь оборудована подвижным подом 4, который с помощью роликов 5 по рельсам 6 может перемещаться в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения электродов 2. Подвижный под в 2 раза превышает размеры печи в плане, В подвижном поду выполнены два бункера 7 и 8 для выдачи карбида после его прокаливания в промежутке междузлектродами и для выгрузки карбида из печи, размеры которых в плане равны размерам шахты печи в нижнем ее сечении, Внутри бункеров установлены коробы 9, 10, Сверху размещено загрузочное устройство 11, снизу — нож 12 для выгрузки карбида и емкость

13. Бункеры снабжены кэк минимум одним патрубком 14 для подачи газа и перфорированной крышкой 15. Коробы могут перемещаться в вертикальном направлении вверх и вниз с помощью механизмов 16, которые могут быть выполнены как гидравлическими (цилиндро-поршневыми), так и электромеханическим и др. При перемещении короба вниз в поде печи образуется емкость, объем которой вмещает обьем шихты и 10 — 20% постели из ранее полученного кускового карбида. При максимальном перемещении короба вверх его поверхность устанавливается на уровне поверхности пода, В момент подачи восстановленного горячего карбида он охлаждается нейтральным или колошниковым газом. Подача газа производится через патрубок 14 и перфорированную поверхность короба 15.

Печь работает следующим образом, Кусковатую шихту загружают на колошник печи непрерывно и по мере опускания, под собственным весом она нагревается за счет физического тепла реакционных газов и физического тепла карбида кремния, При подходе к зоне электродов 2 она нагрета до

1350 — 1400 С, Затем эта подогретая шихта опускается в нижний пояс шахты 1 в промежуток между электродами 2. Для этого электроды подводят, увеличивая размер промежутка между ними, а короб 9 в бункере 7 опускается вниз. Вместе с коробом 9 в бункер 7 опускается спеченная за один предыдущий цикл шихта.

Выдачу карбида в бункер и его выгрузку из печи производят следующим образом.

Для выдачи карбида под печь устанавливают один из бункеров пода, например бункер

7, подвижный короб 9, которого поднят вверх таким образом, что поверх его в бункер вмещается 10 — 20% постели. Бункер 8 находится за печью, из него при помощи ножа 12 удаляется готовый продукт (см. фиг.

2). После завершения прокаливания разводят электроды 2, включают подачу газа для охлаждения карбида. а подвижный короб в поду начинает медленно опускаться, Прокаленная шихта при этом занимает объем в бункере пода, После завершения опускания подвижного короба электроды 2 вновь сводят и производят прокаливание второй порции шихты. Примерно через 25-30 мин после начала прокаливания второй порции шихты подачу охлаждающего газа через короб 9 прекращают и под бункером 7 с ранее спеченной шихтой выкатывают из-под печи и устанавливают перед печью (не показано), а под печь закатывают бункер 8, в котором установлено днище-короб, на крышке которого находится постель.

После выката пода из-под печи производят выгрузку карбида из его бункера. Для этого короб 9 с помощью механизма его перемещения 16 поднимаюг в крайнее верхнее положение, после чего карбид ножом

12 выгружают в бункер 13. Затем короб 9 опускают частично вниз, а в образовавшийся проем загружают постель в количеств",:

10 — 20% от обьема, выдаваемо"0 за 1 раз карбида. После этого операция по выдаче карбида повторяется.

Пример 1. В лабораторной шахтной печи сечением 200x?00 мм нагревают, а в промежутке между горизонтальными, расположенными в нижней части шахты электродами прокаливают, кусковатую углеродвысокозольную породу — карельский шунгит(Сто — 31%, SiOz — 57,3",,, А!20з — 3,7%). Время пребывания шунгита в промежутке между электродами (время прокаливания) составляет 32-50 мин. Скорость нагрева шунгита в момент прокаливания от

1350 — 1500 С до 1800 — 1900 С составляет

3,5 — 7,5 /мин. После выдержки электроды разводят, спеченную шихту выпускают и анализируют. Содержание SIC в прокаленной шихте в пределах от 63,4 (выдержка

30 мин) до 90% (выдержка 50 мин). Во арел1я выгрузки подают охлаждающий газ. Расход шунгита 2,92 — 3,2 т/т, Изобретение позволяет полностью механизировать загрузку и выгрузку, использовать дешевые природные кусковатые материалы. а также в ходе восстановления

2004493 (56) Гаршин А.П. Гропянов В.М., Логунов

5 Ю,В, Абразивные материалы. M,: Машиностроение, 19S3, с. 132 — 154.

Патент США ¹ 4162167, кл, С 04 В 35/36, 1979.

1, Способ получения карбида кремния, включающий нагревание шихты из кремнезем- и углеродсодержащего материалов эа 15 счет тепла реакционных газов при перемещении ее сверху вниз в вертикальной шахтной печи, последующее ее прокаливание и охлаждение прокаленного продукта газом, отличающийся тем, что, с целью сни- 20 жения трудоемкости процесса и увеличения его производительности, прокаливание шихты ведут при пропускании через нее электрического тока с одновременным уплотнением и периодической выгрузкой прокаленного продукта.

2. Печь для получения карбида кремния, включающая вертикальную шахту, породы в промежутке между электродами образуется газовая фаза, содержащая значительное количество 3!Ог з. Однако наличие значительного слоя шихты выше эоны спекания позволяет образующуюся моноокись полностью улавливать. Поэтому расход шихты на единицу продукции сокращается примерно на 600 — 700 кг на

Формула изобретения тонну продукта, в результате чего увеличивается производительность процесса. средства для загрузки шихты и выгрузки . прокаленного продукта, электроды и под, ! отличающаяся тем, что, с целью снижения, трудоемкости процесса и увеличения его производительности, электроды установлены горизонтально соосно с двух сторон в нижней части печи с возможностью перемещения навстречу друг другу и выполнены со скошенными вверх торцами, а под выполнен подвижным в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном перемещению электродов, и представляет собой два бункера, каждый из которых сообщается с шахтой печи nooseредно и снабжен днищем в форме короба с перфорированной крышкой и патрубком для подачи газа, установленного с возможностью вертикального перемещения.

2004493

Составитель Ю.Кодинец

Редактор Г.Мельникова Техред М.Моргентал КоРРектоР, М,Петрова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3375

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101