专利名称：冶炼碳化硅的多炉芯炉及其生产碳化硅的方法
技术领域：
本发明涉及冶炼碳化硅的炉子及其生产方法。
现有各国生产碳化硅，都用的是一个炉芯，这种单炉芯生产方式已有100多年的历史，许多国家力图改进这种高能耗、低产出的落后生产方式，至今成功的甚少，目前仅在加大炉体规模提高机械化水平方面有所发展，这些都没有从根本上解决，单产能耗高、优等品率低，单炉产量小，易产生喷炉等影响生产效益和安全生产等问题。在本申请之前，已申请了一项三芯炉专利，其申请号为01106717.9，申请日期为2001年01月15日，该专利技术可使能耗降低10％以上，单炉产量提高50％，优等品达60％以上，生产还具有不喷炉等优点，但也存在着不适应炉型大型化生产和炉芯数目少、结构单一，不能适应多种容量规格供电设施要求和不同生产条件要求等缺陷。
本发明的目的在于提供一种多炉芯或板状整体炉芯、多电极同时加热，使低温区的反应料的热能相互叠加的冶炼碳化硅的多炉芯炉。
本发明的另一目的是提供用多炉芯炉生产碳化硅的方法。
实现本发明目的的技术方案是这样解决的冶炼碳化硅的多炉芯炉，包括保温墙、反应料和保温料。本发明所作的贡献在于反应料和保温料中埋设有板状或两根或两根以上的炉芯，炉芯的两端与电极连接，电极又与电源连接，上述所说炉芯在反应料中，可以是n个平行排列或立体排列的炉芯，可以等距离排列也可以不等距离排列，当任意一种炉芯排列间距无穷小或等于零时，其炉芯构成板状整体炉芯，所说电极为单块组合式电极或由主电极和副电极所构成的整块电极。
多炉芯炉生产碳化硅的方法在于按下列步骤进行
a.确定多炉芯炉的生产规模，设计炉型；b.根据设计的炉型计算炉芯数目及排列方式；c.确定炉芯的断面形状和尺寸及放置方式；d.选择炉芯材料配比，其炉芯材料主要包括有62-98份的石墨，0-18份烟煤，0-8份碳化硅粉，0-12份二氧化硅粉；e.根据选择的炉芯断面形状和尺寸，按炉芯材料配比将各种成份称重并搅拌均匀装入隔板箱中轻压成型；f.根据炉芯数目及排列方式选择电极断面形式，确定是用组合电极还是整块电极，其电极材料一般选择用碳素块为电极，或者采用其他导电材料；g.确定炉芯间距L，L一般为0-5米；h.确定反应料和保温料的配比，其配比为无烟煤或石油焦碳比∶二氧化硅＝0.3-1∶1-2，反应料和保温料的粒度要求为无烟煤或石油焦碳的径度为0.001-100mm，石英砂的粒度为0.01-30毫米；其中石英砂中含SiO2＞95.0％，无烟煤或石油焦碳中的固定碳＞56％、灰份＜10％；i.按上述步骤确定的各种参数，将电极、反应料、保温料、炉芯、安装入炉，通电冶炼形成产品。
本发明与现有技术相比组合电极多炉芯炉，在SiC冶炼中通过炉内多点发热或整体板状大面积发热和发热点周围低温区的热能相互叠加，有效地利用了热能，提高了热效率，具有传热距离短，传热速度快，温度梯度小，适于生成SiC的温区宽广，炉芯间相互保温性能好和热效率高等技术优点，这种生产SiC新工艺具有生产安全，不喷炉，粉尘少，操作方便，易于避峰供电等优势，采用组合电极形式和多炉芯结构，具有多功能性，调整和运转灵活，炉芯间距可根据要求任意设置，易于炉体大型化及在原有设备上实施改造等特点。
可节能12％以上，单产能耗6000度/T以下，特级品与一级品率较传统技术相比可平均提高约32％，单炉产量可提高约50％，有很好的经济效益。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
图1-1 炉芯平行排列主视剖面图；图1-2 炉芯平行排列横断面剖视图；图2-1 竖立2炉芯排列断面图；图2-2 倒品字炉芯立体排列断面图；图2-3 4炉芯立体排列断面图；图2-4 5炉芯立体排列断面图；图2-5 5炉芯两上三下立体排列断面图；图2-6 6炉芯一上二中三下立体排列断面图；图2-7 6炉芯三上三下立体排列；图2-8 8炉芯园形立体排列断面图；图2-9 5炉芯多边形立体排列断面图；图3-1 电极倒T字形断面图；图3-2 电极T字形断面图；图3-3 电极长方形断面图；图3-4 电极工字形断面图；图3-5 电极正方形断面图；图3-6 电极梯形断面图；图3-7 电极倒梯形断面图；图3-8 电极园形断面图；图3-9 电极多边形断面图3-10电极组合形断面图。
图1-1、图1-2、图3-1为本发明的一个具体实施例。
图1-1、图1-2、图3-1所示，保温墙4内装有反应料2和保温料1，在反应料2中埋设有4芯炉芯3。炉芯3为平行排列，它的两端与电极5连接，电极5又与电源连接。炉芯3为长方形竖立放置。电极5为倒T字形。
炉芯数目、炉芯断面及排列方式主要取决于厂房大小和高度以及生产规模而定，电极结构主要决定于炉芯排列方式及数目多少，选择整块电极还是组合电极。炉芯间距排列一般为等距离排列，只是在特殊炉型时使用不等距离排列或炉芯排列的间距无穷小直至间距等于零时，其炉芯构成板状整体炉芯。
图2-1～图2-9为多炉芯排列组合视图，其炉芯尺寸可以是相同，也可以不相同，其排列组合形状主要取决厂房大小、高低，再根据设计的炉子长、宽、高尺寸确定使用上述的其中一种布置图。
图3-1～图3-10是各种电极形状视图，它可以是由主电极和副电极组成整块电极。也可以由上述图3-1～图3-9任意两种或两种以上形状的电极组合，构成组合电极；由图3-1～图3-9中某一种在相同尺寸或不同尺寸时组合成电极组；或电极彼此独立并与图2-1～图2-8的炉芯个数相对应而构成，例如图3-10中的电极组。这些结构形式的电极组更节约电极材料，具有多功能性，供电效率高，调整和运转更灵活，易于大型化冶炼炉。
c.炉芯3的断面为正方形，尺寸为52×52cm，放置方式为立体平行放置；d.炉芯材料为83份石墨粉，6份烟煤，11份二氧化硅；e.按上述炉芯3形状和尺寸，用4000×600×600的平行隔板箱两组装反应料2，压装炉芯材料装好炉芯，待第一层保温料1、反应料2和炉芯3装好后，用起重机机械将隔板箱提出。同理，再铺另一层。
f.冶炼炉电极采用图3-5整块公共电极，电极材料采用石墨块；g.炉芯间距为1.2米；h.无烟煤(或石油焦碳)与二氧化硅的比例为1∶1.55，共计混合料750吨；i.按上述技术方案装炉，冶炼炉用10000KW的供电设备通电冶炼90小时，可生产硅化硅150吨。
i.按上述技术方案装炉，冶炼炉用5000KW的供电设备通电冶炼90小时，可生产出75吨碳化硅。
综上所述，本发明由于采用多个炉芯发热，传热速度快，热场均匀，适于生成SiC的温区宽广(尤其当多个炉芯间距无穷小或为零时，所构成的板状整体炉芯时温区更加均匀)，炉内温度梯度小，有用功率得到充分利用，不产生热能过于集中。因此，不会产生喷炉事故的发生，保证了生产安全。另外，多炉芯保温效果显著，适合采用避峰供电。
再一方面采用本发明，产品质量得到保证，特级品和一级产品率明显提高，产量可大幅度提高，经济效益和社会效益十分明显。为今后冶炼碳化硅提供更有效技术途径。
权利要求
1.一种冶炼碳化硅的多炉芯炉，包括保温墙(4)，反应料(2)和保温料(1)，其特征在于反应料(2)中埋设有板状或2根或2根以上的炉芯(3)，炉芯(3)的两端与电极(5)连接，电极(5)又与电源连接，上述所说的多根炉芯(3)在反应料(2)中可以是平行排列或立体排列，上述所说电极(5)为单块组合式电极或由主电极和副电极所构成的整块电极。
2.根据权利要求1所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉，其特征在于炉芯数为2、3、4、5、6到N个炉芯，排列方式为根据炉子的宽度、高度、长度而采取等距离或不等距离的立体排列或平行排列形式。
3.根据权利要求1或2所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉，其特征在于当N个炉芯间距无穷小或等于零时，构成板状整体炉芯。
4.根据权利要求1所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉，其特征在于炉芯截面分别为正方形、园形、多边形、长方形，长方形的长宽比为长∶宽＝50～1∶1。
5.根据权利要求1所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉，其特征在于电极断面形状分别为倒T字形、T字形、长方形、工字形、正方形、梯形、倒梯形、园形、多边形、组合形。
6.根据权利要求1所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉，其特征在于单一组合电极或与炉芯个数相对应的电极构成电极组。
7.根据权利要求1或5所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉，其特征在于由任意两种或两种以上形式电极组合成电极组，或某一种电极形状在相同尺寸或不同尺寸时组合成电极组。
8.使用权利要求1所述的冶炼碳化硅的多炉芯炉生产碳化硅的方法，其特征在于按下列步骤进行a.确定多炉芯炉的生产规模，设计炉型；b.根据设计的炉型计算炉芯数目及排列方式；c.确定炉芯的断面形状和尺寸及放置方式；d.选择炉芯材料配比，其炉芯材料主要含有62-98份的石墨，0-18份烟煤，0-8份碳化硅粉，0-12份二氧化硅粉；e.根据选择的炉芯断面形状和尺寸，按炉芯材料配比将各种成份称重并搅拌均匀装入隔板箱中轻压成型；f.根据炉芯数目及排列方式选择电极断面形式，确定是用组合电极还是整块电极，其电极材料一般选择用碳素块为电极，或者采用其他导电材料；g.确定炉芯间距L，L一般为0-5米；h.确定反应和保温料的配比，其配比为无烟煤或石油焦碳∶二氧化硅＝0.3-1∶1-2，反应和保温料的粒度要求为无烟煤或石油焦碳的粒度为0.001-100mm，石英砂的粒度为0.01-30毫米；其中石英砂中含SiO2＞95.0％，无烟煤或石油焦碳中的固定碳＞56％、灰份＜10％；i.按上述步骤确定的各种参数，将电极、反应料、保温料、炉芯、安装入炉，通电冶炼形成产品。
全文摘要
本发明涉及冶炼碳化硅使用的炉子及生产方法。包括保温墙,保温料和反应料,在反应料中埋设板状或2根或2根以上炉芯,炉芯平行或立体排列,炉芯两端与电极连接,电极与电源连接。方法包括炉型设计,炉芯材料配比,炉芯材料含有石墨、烟煤、碳化硅、二氧化硅。选电极材料及形状,确定反应料和保温料配比,采用本发明节能效果十分显著,可避峰供电、不喷炉、优等品率高,产量大,经济效益明显。适合新建或改建各种冶炼炉。
文档编号C01B31/36GK1364996SQ0113277
公开日2002年8月21日 申请日期2001年9月21日 优先权日2001年1月15日
发明者王晓刚, 李晓池 申请人:西安科技学院