Способ получения карбида кремния и печь для его осуществления

АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ПАТЕН Ь) Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА КРЕМНИЯ И ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: получение металлургическогокарбида кремния. Сущность изобретения: в шахтную печь подают смесь из кремнезем- и углеродсодержащего вещества. Печь включает вертикальную шахту, средства для загрузки шихты ивыгрузки готового продукта, электроды, установленные соосно горизонтально в нижней части печис возможностью перемещения навстречу друг другу с торцами, скошенными вверх а также подвижВ) ЮЭ (11) 2004493 С 151) 5 С 01 В 31 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 патрубок 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.10 20 Изобретение относится к черной ме,таллургии и может быть использовано дляполучения карбида кремния для металлургических целей,Известен способ производства карбидакремния в керновых электропечах сопротивления. Шихта, состоящая из смеси кварца и чистого по примесям восстановителяобычно нефтяного кокса), в этом случае нагревается за счет тепла, выделяющегосяпри прохождении тока через расположенный в центре ее керн, вручную выложенныйиз крупных кусков кокса. Температура вцентре керна при этом достигает 2700-2800К. Шихта, окружающая керн, под действиемвысоких температур превращается в карбид, который затем постепенно перекристаллизуется, превращаясь в друзыкрупно-кристаллического карбида. Послеэтого печь отключают, выкатывают иэ-подзонта, охлаждают, после чего карбид вручную отделяют от остатков непрореагировавшей шихты и кернового материала,При производстве карбида подобнымспособом в подобных электропечах обеспечивается высокое качество карбида.Наиболее близким к изобретению является известный способ получения карбидакремния в вертикальной шахтной печи ипечь для его осуществления. Недостаткомизвестного способа и устройства являютсявысокая трудоемкость процесса и невысокая его производительность,Целью изобретения является снижениетрудоемкости процесса и увеличение егои роизводительности.Поставленная цель достигается тем, чтопроизводство 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 углипооды, шунгин и др,) или специально окускованной шихты в шахтной печи. Нагревпороды (или окускованной шихты) при этомпо мере опускания ее в шахте производитсянепрерывно за счет тепла отходящих газови тепла карбида кремния, а высокотемпературное прокачивание в нижней части шахтыосуществляется порциями электрическимтоком, причем во время выгрузки карбидаон охлаждается нейтральным или колошниковым газом, преимущественно подогретым до 760-800 С, А его тепло затемпередается в шахту печи для.подогрева новых порций шихты.Для уменьшения расхода электроэнергии шихта в шахте печи может подогреваться также за счет тепла частичного сжигания 25 30 35 40 45 50 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 пе. ремещаться 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.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Печь состоит из прямоугольной, футерованной 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 как 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 оь 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 выгрузкуиз 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 количестве 10 - 20% от обьема, выдаваемого за 1 раз карбида, После этого операция по выдаче карбида повторяется.П р и м е р 1. В лабораторной шахтной печи сечением 200 х 200 мм нагревают, а в промежутке между горизонтальными, расположенными в нижней части шахты электродами прокаливают, кусковатую углеродвысокозольную породу - карельский шунгит (Ств - 31%, %02 - 57,3" А 20 з - 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 5 С в прокаленной шихте в пределах от 63,4 О (выдержка 30 мин) до 90 О (выдержка 50 мин), Во время выгрузки подают охлаждающий газ. Расход шунгита 2,92 - 3,2 т/т,Изобретение позволяет полностью механизировать загрузку и выгрузку, исполь. зовать дешевые природные кусковатыематериалы, а также в ходе восстановления(56) Гаршин А,П, Гропянов В.М., Логунов5 Ю,В, Абразивные материалы. М,: Машиностроение, 1983, с. 132-154.Патент США М 4162167,кл, С 04 В 35/36, 1979,10 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 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 Оз. Однако наличие значительного слоя шихты выше эоны спекания позволяет образующуюся моно- окись 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 егопроизводительности, 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 поочередно и снабжен днищем в форме короба с перфорированной крышкой и патрубком для подачи газа, установленного с возможностью вертикального перемещения,2004493 2 Составитель Ю.КодинеТехред М.Моргентал орректор . М,Петрова Мельников едакт Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 337 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин