Печная установка периодического действия

1О П И С А Н И Е д)ао 1 ззИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликГосударственный комнт Совета Министров ССС по делам изаоретений н открытий(45) Дата опубликования описания 20, 03.7 Иностран ас Корстен, Теодо Фрдтц Петерсон и(72) Авторы изобретени Иностранн ф Электрошокя ярли 71) Заявите 1 пте.1 Г, о.,вер 54) ПЕЧ Н ЛНОВКА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕИСТВ 1 Я вля ано Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, и может быть использовано,в частности, для производства технического карбида кремния.Известна печная установка периодического действия для производства карбида кремния, включающая металлический корпус, футерованный огнеупорным материалом, токоподводы, соединенные с установленными в стенках печи электродами, между которыми расположен стерженьсопротивления из углеродистого материала 1.Основными недостатками известной установки являются следующие.В связи с тем, что в процессе реакции объем смеси снижается, в печах такой конструкции возникает опасность обрыва электрического контакта, в результате которого во внутреннем пространстве печи образуются электродуги, приводящие к местным перегревам, что отрицатель- но скавывается на работе печи. Кроме того, в связи с тем, что в настоящее время из экономических соображений предпочитают пользоваться печами большой мощности что одновременно связано с их высокой нагрузкой электроэнергией, обусловленное снижением объема шихты и опусканием валика карбида кремния, который очень часто пригорает к внутренней стороне головок печи, предъявляют высокие требования к качеству материала, из которого построена печь, в особенности к лин. пым стенкам и вмонтированным в них элен-родам, выполнение которых связано с большими материальными затратами.Головки печи под действием термическихи механических нагрузок подвергаются чрезмерно высокому износу, так что практически после каждого цикла работы печи их необхоо . димо ремонтировать, что влечет за собой остановку работы печи.Целью изобретения я ется повышение срока службы печной уст вки и сокращение затрат на ремонт.Цель достигается тем, что электроды предлагаемой печной установки встроены ниже верхнего уровня пода печи и связаны с концами стержня сопротивления, размещенного в реакционном пространстве, с помощью углеродистого материала, имеющего электрическое сопротивление ниже, чем у стержня, и расположенного перпендикулярно к горизонтальной поверхности контакта электродов к оси стержня сопротивления. Предусматривается также, что электроды снабжены змеевиками из профилированных труб, соединенных с токоподводом и И системой водоохлаждения.В печной установке подовые электроды своими контактными поверхностями расположены полностью или частично под подом печи, на нем или над ним. Под печи, т.е. поверхность прилегания шихты, предпочтительно располагать в одной плоскости с уровнем грунта, 5Электроды установлены таким образом, что их контактные поверхности находятся в той же плоскости, что и уровень грунта или примерно на 10 см ниже этой плоскости, благодаря чему исключается механическое повреждение10 при разгрузке печи .Смесь между подовыми электродами и стержнем сопротивления устанавливается посредством электропроводного материала, для чего предпочтительно применять материал, обладающий более высокой удельной электропроводностью, чем материал, из которого выполнен стержень сопротивления. Более высокая электропроводцость соединительного звена, однако, может также быть обеспечена за счет увеличения поперечного сечения соединительного звеня относительно поперечного сечения стержня сопротивления. Рец;а 1 ощим при этявляется то, чтобы возцикаюгцая в соедици 1 льном звене тепловая энсргия, развиваемая током, была недостаточной для образования карбида кремния с тем, чтобы оц образовывался только в зоне вокруг стержня сопротивления.Соединительное звено может быть выполнено из вертикально нанесенной ца электроды засыпки из кокса и/или графита, предпочтительно измельченного, или из нанесенного на электроды цельного материала, при этом не обязательно цельный материал наносить ца электроды вертикально. В качестве цельного материала, электропроводность которого в зависимости от различных условий является удовлетворительной, могут быть, например, использованы керамические элементы с графитовыми сердечниками, металлы или металлические сплавы, точки плавления которых лежат выше реакционных температур, или футеровочные массы из углерода и/или графита, которые скреплеЭО 45 50 55 60 цы, в данном случае откоксованы, при помогци связующего средства, например пека.Расстояние между стержнем сопротивления и подовыми электродами и соответственно находящаяся в зависимости от него минимальная высота соединительного звена выбрано так, что растущий в процессе кампании печи валик карбида кремния не может вследствие уменьшения объема шихты опускаться вплоть до соприкосновения с подом печи и/или с контактными поверхностями электродов и прирасти к ним, при этом запланированный размер валика карбида кремния зависит от емкости и подаваемой электрической энергии.Необходимая для хода реакции шихта может быть насыпана над электродами и стержнем сопроти. ния в форме естественного конуса, и печь может работать без стенок, т.е. без торцовых и боковых ограничений элементами стенок. Однако печной агрегат может быть также целиком заключен в стены, к кото 25 35 40 рым прилегает шихта, но здесь как с торцовых,так и с боковых сторон могут быть в качествеограничительных элементов применены простыетранспортабельные стенки.Открытая засыпка шихты в условиях цехасчитается, однако, нерентабельной вследствиепотребности в большой площади, поэтомуподобные печные агрегаты наиболее целесообразно строить и эксплуатировать как стационарные установки на открытом воздухе.В качестве подовых электродов могут использоваться снабженные элементами для подключения тока и воды охлаждения графитовыеи/или угольные электроды, которые традиционно применяются в печных агрегатах, как торцовые электроды,Однако в качестве подовых электродов предпочтительно применять снабженные элементами для подключения тока ц Водь 1 охлажденияэлектроды с набивочной массой цз кокса и/или графита, в которые могут бытьвмонтированы металлические электропроводники, в частности цз меди. В этц электроды с набивочцой массой могут бытьвмонтированы охлаждающие па трубки изметалла, предпочтительно из меди, при этом вданном случае подвод тока и охлаждающаясистема могут быть заключены в общие охлаждаемые металлические трубы, предпочтительнов профилированные медные.В качестве массы для набивки электродовпредпочтительнее использовать смесь из угля,графита и связующего средства, которую передвводом в эксплуатацию электрода коксуют вотжигательной печи путем нагрева до 600 С сцелью механического упрочнения и повышенияэлектропроводности.В качестве подовых электродов могут бытьиспользованы снабженные элементами для подключения тока и воды охлаждения электродыиз металла, в особенности из меди, в которыев данном случае введены охлаждающие шлангииз мета лаПрименение электродов с набивочной массой или металлических электродов указанноготипа возможно благодаря их установке согласно изобретению как подовых электродов, таккак благодаря увеличению пространственногорасстояния между электродами и зоной собственно нагрева, температура на электродахзначительно ниже, чем в известных печных агрегатах с торцовым расположением электродов,при этом соединительное звено, электропроводность которого выше, чем электропроводностьсобственно стержня сопротивления, играет решающую роль, Для охлаждения подовых электродов применяется водяное охлаждение. На фиг.изображена предложенная печная установка, общий вид в плане; на фиг. 2 - разрез А - А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б - Б фиг. 1; на фиг. 4 - подовый электрод в поперечном разрезе; на фиг. 5 - охлаждаемая часть подового электрода в поперечном разрезе; на фиг. 6 - то же, вид сверху; на фиг. 7 - подовый электрод из металла в поперечном разрезе,602133 Формула изобретения 5Подовые электроды 1 с элементами 2 подключения тока и труба 3 охлаждения размещены на дистанции, соответствующей длинепечной установки, Подовые электроды с элементами подключения проложены под уровнем 4 грунта и размещены в монтажной камере 5, заключенной в бетонный кожух. Монтажная камера обслуживается через люки, накрытые плитами 6. Соединение между подовыми электродами 1 и приложенным горизонтально стержнем 7 сопротивления установлено посредством вертикальной засыпки 8 в формесегмента конуса из измельченного в толчеекокса и/или графита. Сверху находится шихта 9, засыпанная в соответствие с естественным конусом загрузки.На фиг. 3 показана вертикальная засыпка 8на электроды 1 в форме сегмента кокса, а также расположенная под уровнем 4 грунта монтажная камера 5, из которой имеется доступк электродам 1 с элементом 2 подключения токаи трубой 3 охлаждения. Электрод 1 (фиг. 4),выполненный из угля или графита, расположен 20под уровнем 4 грунта и связан с полюснымивыступами и охлаждающими трубами 3 для подвода воды к охлаждающим карманам 10. Между электродом 1 и бетонным кожухом монтажной камеры 5 проходит уплотненный угольнымфетром или асбестовой шерстью температурныйшов. Электрод 1 посредством опорных приспособлений 11 закреплен в полумонтажной камере. На поверхность электрода 1 предпочтительнее наносить слой 12 из чистого графита, который служит для более эффективного контак- ЗОтирования с вертикальной засыпкой 8 в формеконусного сегмента.Электрод из набивочной массы 1 (фиг. 5)расположен под уровнем 4 грунта в монтажной камере 5, к которой проложен токонесущий провод 2 из профилированных медных шини трубы 3 охлаждения. На фиг. 6 просматриваются применяемые для охлаждения регистрыиз медных труб.Электрод 1 из медной плиты с профилированной контактной поверхностью ( фиг. 7) размещен под уровнем 4 грунта в монтажной камере 5 и содержит полюсные выступы и систему охлаждения. На профилированную меднуюплиту нанесен защитный слой из массы длянабивки электродов.Для всех электродов, показанных на 4фиг. 1 - 7, наличие монтажной камеры 5 неявляется обязательным, так как она может отсутствовать при расположении сбоку элементов подключения тока и, в данном случае, охлаждения,Установка работает следующим образом.После установки вертикальной засыпки 8 игоризонтального стержня 7 загружается шихта и подается электроэнергия к подовому электроду 1 с созданием цепи через засыпку и горизонтальный стержень. Тепловая энергия,выделяющаяся вокруг горизонтального стержня,обеспечивает протекание процесса получениякарбида кремния. 6Преимуществами предложенной печной установки являются следующие.Отпадает нсобходимость в головках печи из огнеупорного материала для монтажа торцовых электродов.За счет предлагаемого расположения электродов они не подвержены непосредственному воздействию высоких температур в зоне реакции, благодаря чему гарантируется их более длительнь 1 й срок службы, кроме того, оборудование системы охлаждения требует,вывих материальных затрат.Масса, расположенная сверху шихты, обеспечивает как прижатие соединительного звена к электродам, так и плотное прижатие стержня сопротивления к соединительному звену, благодаря чему обеспечивается безупречный контакт, который сохраняется также при опускании образующегося валика карбида кремния за счет снижения объема шихты.Обрыв стержня сопротивления от электрода, который имеет место при торцовом расположении электродов и вследствие плохого контакта приводит к локальным перегревам вследствие образования электродуг, здесь практически исключается, и соответственно исключается разрушение электрода.Кроме того, для образующегося валика карбида кремния имеется больше пространства для их перемещения, если он опускается в результате снижения объема шихты, так как при этом исключается возможность его прирастания к головкам печи.Опускание валика и расположенного под ним материала засыпки происходит более равномерно, благодаря чему исключается образование мостов и пустот,1. Печная установка периодического действия для получения, в частности, карбида кремния, содержащая токоподводы, соединенные с электродами, между которыми расположен стер жень сопротивления из углеродистого материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы печи и сокращения затрат на ремонт, электроды встроены ниже верхнего уровня пода печи и связаны с концами стержня сопротивления, размещенного в реакционном пространстве, с помощью углеродистого материала, имеющего электрическое сопротивление ниже, чем у стержня, и расположенного перпендикулярно к горизонтальной контактной поверхности электродов и оси стержня сопротивления.2. Печная установка по и. 1, отличающаяся тем, что электроды снабжены змеевиками из профилированных труб, соединенных с токо- подводом и системой водоохлаждения.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Вочка И. Электрическая плавильная печь, ОНТИ, 1936, с. 325 - 328,г.7 АСос Редактор Е. Братчикова Тех Заказ 16 О 2 Тир сударственного по делам нзо5, Москва, Ж ППП Патент Миьисеров ГГГ ии 1 г Проектная, 4