Способ получения карбидов металлов

(56) Авторское свидетельство СССР й 171758,кл В ггпу 9/1 В, 1981.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДОВ МЕТАЛЛОВ(7) Сущность изобретения: шихту, содержащуютвердый углеродистый восстановитепь и окислыметаллов, выплавляют в руднотермической электропечи в две стадии, при этом окомкованную СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 11) ОПИСАНИЕ к авторскомушихту на 1 и 2 сто подают в печь соответственно в соотношении 1; (1,5 - 4) поддерживают температуру 400-500 ОС на колошнике слоя шихты, содержащей восстановителя на Э,О - 10,096 больше стехиометрического, регулируя электрический режим (сила тока напряжение), а при увеличении температуры на колошнике более, чем 150 С, начинают вторую стадию процесса и загружают в печь шихту с содержанием восстановителя на 0,1 - 2596 больше стехиометрического синтез спека кристаллов карбида металлов осуществляют при вращении ванны печи вокруг вертикальной оси со скоростью 0,5-4 об/сут. 5 таблИзобретение относится к области металлургии,Цель изобретения - повышение производительности процесса получения карбида кремния,Сущность изобретения заключается в том, что окомкованную шихту на 1 и 2 стадиях подают в печь соответственно в соотношении 1;(1,5 - 4), поддерживают температуру 400 - 500 С на колошнике верхнего слоя шихты, содержащей восстановителя на 3,0-10,0 больше стехиометрического, регулируя электрический режим(сила тока, напряжение) существующими методами, а при увеличении температуры на колошнике более, чем на 150 С, начинают вторую стадию процесса и загружают в печь окомкованную шихту с содержанием восстановителя на 0,1 - 2,5 больше стехиометрического, синтез спека кристаллов карбида металла осуществляют при вращении ванны печи вокруг вертикальной оси со скоростью 0,5-0,4 об/сут.Выбор указанного соотношения шихтовок на 1 и 2 стадиях 1:(1,5-4), параметров вращения корпуса печи 0,5 - 4 об/сут и увеличения температуры на колошнике верхнего слоя шихты, определенных экспериментальным путем, обусловлен характером проведения процесса получения карбида кремния. Отклонение от оптимальных режимов отрицательно сказывается на техникоэкономических показателях процесса.Окомкованную шихту с избытком восстановителя 3,0 - 10,0 больше стехиометрического подают в печь с соотношением ее к шихте на 2 стадии 1:(1,5 - 4,0) для того, чтобы получить связанный углерод, близкий к стехиометрии, и свободный углерод не более 0,5. Применение же на 1 стадии оком- кованной шихты с избытком восстановителя на 0,1 - 2,5 ввыше стехиометрического позволит получить в низу спека кристаллов карбида металла продукт с содержанием Ссвяз на 2 - 100 ниже стехиометрического для С ввиду низкой температуры и меньшей растворимости углерода в кремнии.Если соотношение шихтовок больше 1:1,5, то избыток свободного углерода приводит к резкому увеличению проводимости шихты, выходу электродов в верх печи и прекращению плавки, если отношение меньше 1:4, то получают брак по Ссвяз, т.е. Ссвяз бУдет на 1 - 3 7 ь ниже стехиометРического.В процессе получения карбида кремния осуществляют вращение ванны печи со скоростью 0,5-4 об/сут. Если вращение осуществляют со скоростью меньше 0,5 об/сут, то 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 невозможно достичь равномерного распределения углерода по всему объему спекакристаллов карбида кремния, скорость вращения больше 4 об/сут - электроды выходятиз строя ввиду резкого увеличения на нихдавления шихты,Процесс осуществляют в руднотермической печи, включающей футеровку ванны,выполненную в разъемном корпусе печи,графитированные электроды диаметром100 или 200 мм, расположенные равномерно по окружности, графитовую подину ванны. Дуга горит в начале процесса междуэлектродами и подиной. Процесс получениякарбида кремния осуществляется под слоембрикетов, Избыток углеродистого восстановителя против стехиометрии по реакции5102+ЗС=Б С+2 СО, компенсируя частичноесгорание его в верхней части печи и избирательный улет, способствуя синтезу спекакристаллов карбида металлов, однофазногопо составу. Тонкое совместное измельчениеи брикетирование шихты увеличивает скорость твердофазного восстановителя, повышает газопроницаемость шихты,способствуя спокойному режиму введенияпроцесса, Выбранные величины тока 30007000 А и напряжения 25 - 60 В, регулировкаэлектрических режимов обеспечивает устойчивую на 1 стадии посадку электродов.Из тонкоизмельченной и тщательно перемешанной смеси порошка кварцевого песка, технического углерода ПМ(сажа)готовили окомкованную шихту, Было изготовлено несколько партий брикетов изокомкованной шихты.Состав брикетов приведен в табл. 1.Для выплавки карбида кремния использовали руднотермическую печь мощностью1200 ква с диаметром ванны 890 мм,Партии брикетов погружали в печь и велипроцесс по способу-прототипу (см. табл. 2).Химический состав продукта и показатели процесса приведены в табл. 3.Т,орезультаты выплавки свидетельствуют о том, что по основному изобретениюневозможно получить продукт с содержанием ЯС более 97,На плавках 5 - 8 был осуществлен процесс по изобретению. Комбинация шихтыпредставлена в табл. 4.Температуру колошника на 1 стадииподдерживали в интервале 400 - 500 С, приувеличении ее на 150 С осуществляли загрузку шихты 2 стадии.Химический состав карбида кремния поизобретению и показатели процесса приведены в табл, 5,Предложенная комбинация шихты(табл. 4) позволяет стабильно получать кар1820572 Таблица 1 блица Табл бид кремния требуемого состава по содержанию 51 С с высокой производительностьюи выхода годного,Спек кристаллов карбида кремния монолитен. После охлаждения и разборки ванны он очищается от шихты, дробится, иэмельчается и отмывается от свободного углерода, Отходы составляют 8 - 17 от веса спека и используются на следующей плавке. Спек кристаллов карбида кремния однороден и представлен фазой - а - Я С. Микротвердость карбида кремния составляет 3460 - 3730 кг/мм . Количество примесей не превышает 1,7. Выход годного карбида 5 кремния составляет 83 - 92 , что в 4 - 4,5 раза.превышает этот показатель для традиционной (базовой) технологии. По составу, микротвердости, однородности карбид кремния соответствует требованиям к тех нологическому продукту.Таблица 4 Таблица 5 Составитель Л.РодинаТехред М.Моргентал Корректор М.Петрова РедакторЗаказ 135 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5. Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Формула изобретения,СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДОВ 5 МЕТАЛЛОВ, включающий периодическую загрузку шихты, содержащей твердый углеродистый восстановитель и окислы металлов. и выполнение ее в руднотермической электропечи в две 10 стадии: сначала при содержании восстановителя в окомкованной шихте на 3,010,0 больше стехиометрического, а затем при содержании восстановителя в шихте на 0,1 - 2 Я больше стехиометрического, отличающийся тем, что, с; целью повышения производительности процесса, загрузку шихты на первой и второй стадиях выплавки осуществляют в соотношении 1: (1,5 - 4) причем, на первой стадии выплавки на колошнике слоя шихты поддерживают температуру 400 - 500 С, а вторую стадию выплавки начинают при увеличении температуры на колошнике более, чем на 150 С, при этом процесс ведут при вращении ванны печи вокруг вертикальной оси со скоростью 0,5 - 4 об/сут.