专利名称：一种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种冶炼碳化硅的方法，尤其涉及一种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法。
背景技术：
在国内外的冶炼碳化硅行业，目前基本采用单芯炉或多芯炉。采用单芯炉的炉芯 主要是横截面为方形的方条体炉芯，横截面为圆形的圆柱体炉芯，横截面为长方形的板状 体炉芯；采用多芯炉的主要有前苏联的双芯炉，德国的三芯炉以及我国的双芯炉。其实， 无论采用哪种炉芯，其目的都是为了提高产品产量、质量，降低能耗、装炉难度、控制技术要 求、喷炉事故发生的可能性等。权衡各种单、多芯炉的利弊，目前行业认为使用外导热表面 积较大的板状体炉芯的单芯炉综合效益是比较好的，其原因是具有相同横截面面积并且通 过相同电流的炉芯，根据热力学原理，它的外导热表面积越大传导热量越好，从而冶炼出的 碳化硅产量和质量也就越高，能耗也就越低。但是现有单芯炉的板状体炉芯仍然存在着不 足之处，在板状体炉芯将电能转变成热能并经炉芯的上下外导热表面将热能传导给反应料 时，由于现有板状体炉芯是近似均匀等厚的发热体，且单位体积的电、热转化效率近似相 等，所以板状体炉芯内的热能以中间面为界面上下垂直传递并通过炉芯的上下外导热表面 将热能均匀的传导给反应料，此时，板状体炉芯的上下外导热表面各处温度接近均匀相等。 当板状体炉芯的上下外导热表面的温度较低时，反应料不能得到充分反应，导致产品的产 量和质量都受到很大的影响；而当板状体炉芯的上下外导热表面的温度较高时，临近炉芯 上下外导热表面的反应料将会大面积的在生成碳化硅后随即分解蒸发，造成能量的损耗加 大。因此现有单芯炉的板状体炉芯给碳化硅生产中供电控制制度在调整温场时带来了很大 的难度。这是目前碳化硅生产企业所遇到的最主要的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法。本发明能够在冶炼碳 化硅的生产中提高产品产量和质量，同时降低能耗、控制技术要求以及喷炉事故发生的可 能性。克服了利用现有单芯炉的板状体炉芯在碳化硅生产中带来的产品产量和质量低下， 能耗大，控制技术要求高的缺陷。
本发明的技术解决方案是 —种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法，其特殊之处是，包含以下步骤
1]、加工炉芯，在炉芯外导热表面形成中心气化区及周边烧结区；
2]、使炉芯中心气化区厚度大于炉芯两侧厚度； 3]、炉芯两端用电极通电加热至炉芯中心气化区发生气化蒸发现象，以充分冶炼 碳化硅。 上述炉芯中心气化区厚度小于1/2炉芯最大宽度时，效果较好。
上述方法中，当0 <炉芯两侧厚度/炉芯中心气化区厚度< 1效果尤佳；当0. 5
3<炉芯两侧厚度/炉芯中心气化区厚度< 1时，效果最佳。
本发明的优点为 1、提高产品产量和产品质量。本发明通过调整供电控制制度，控制炉芯温场，使炉 芯仅在其最厚处形成蒸发气化区，炉芯其余外导热面形成烧结区，反应料在烧结区进行充 分反应，使得反应料最大限度地参与到了有效地反应过程中，从而提高了产品产量；又由于 反应料基本在最佳烧结区进行反应，因此也同时提高了产品的质量。 2、降低能耗。本发明在冶炼过程中，通过调整供电控制制度，控制炉芯温场，使炉 芯仅在其最厚处形成蒸发气化区，炉芯其余外导热面形成烧结区，反应料在烧结区进行充 分反应，蒸发气化区不会因为温度过高而出现在炉芯表面的其他位置，使得能耗仅出现在 炉芯的蒸发气化区，故而有效地降低能耗。 3、降低控制技术要求。本发明在碳化硅冶炼过程中只需通过调整供电控制制度控 制温场，将气化蒸发现象控制在炉芯最厚处即可，无需其它的复杂控制工作。使得供电控制 制度在有明确目的的情况下进行调整，避免了调整的盲目性，也即降低了控制技术要求。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明炉芯结构示意图。
图2为本发明工作原理示意图。 1-炉芯，H-炉芯中心气化区厚度，M-炉芯两侧厚度，D-炉芯最大宽度，I _中心 气化区，II _周边烧结区，L-炉芯横截面截取长度，Sr第一截面积，S2_第二截面积。
具体实施例方式
本发明为一种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法，其炉芯结构参见图1。 本发明所涉及的冶炼碳化硅的方法，首先，需要加工出炉芯1，以在炉芯1外导热
表面形成中心气化区I以及周边烧结区II ;其次，为保证使炉芯1形成中心气化区I与周
边烧结区II ，就要使得炉芯中心气化区厚度H大于炉芯两侧厚度M ;最后，在炉芯1两端用
电极通电加热直至炉芯1中心气化区I发生气化蒸发现象，以达到所需温度，进而反应料
在炉内充分反应，冶炼成碳化硅。 为了提升冶炼效果，可将炉芯中心气化区厚度H设置在小于1/2炉芯最大宽度D 的限度内。还可以进一步将炉芯两侧厚度M与炉芯中心气化区厚度H之比限定在0 1之 间(不含0， 1两个端值)，以求得更加的冶炼效果；当把炉芯两侧厚度M与炉芯中心气化区 厚度H之比再进一步限定到0.5 1之间(不含1)时，将会在冶炼碳化硅时取得最佳的冶 炼效果。 本发明的设计原理是 在加热炉芯时，炉芯外导热面由于提供反应料反应所需的热量，温度会有所下降， 此时炉芯内的高温会向炉芯外导热面传导。根据热力学原理，炉芯横截面上单位面积产生 的热量是一样的，现有等厚板状体炉芯上的两段长度相同的炉芯横截面积也是一样的，故 而热量也一样，于是炉芯内的高温只会上下传导温度至炉芯外导热面，而不会向其余方向 传导热量。
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而在加热本发明所涉及到的炉芯时，如图2中所示取两段炉芯横截面截取长度L 相同的第一截面积S工和第二截面积S2。从图2中可知，由于第一截面积S工和第二截面积S2 所涉及到的的炉芯1厚度不同，故炉芯1厚度大的第一截面积S工大于炉芯1厚度小的第二 截面积S2，由上述的热力学原理可知，第一截面积S工所含热量会大于第二截面积S2所含热 量。这样，炉芯外导热面提供反应料反应所需的热量导致温度下降后，炉芯中心点处的最高 温不但会向炉芯外导热面上下传导，还会向炉芯四周横向传导。本发明就是利用了此原理 进行设计炉芯及控制炉芯温度的。
具体地说，炉芯的设计可为以下几种情况 1、当炉芯两侧厚度M略小于炉芯中心气化区厚度H，即H与M之差越小时，加热炉 芯l，直至炉芯1中心气化区I出现气化蒸发现象。由于炉芯1厚度相差不大，则炉芯1的 热量相差不大，炉芯1中心气化区I很小，这样未蒸发区(即周边烧结区II )处于气化蒸发 的临界点，则未蒸发区均进入了最佳烧结状态。此时的产品产量和产品质量最高，能耗小， 但较难进行炉芯温度控制，如果温度略有升高，就会导致中心气化区I的迅速扩大，增大能 耗。 2、当炉芯两侧厚度M小于炉芯中心气化区厚度H，即H与M之差越大时，加热炉芯 l，直至炉芯1中心气化区I出现气化蒸发现象。由于炉芯厚度相差较大，则炉芯1的热量 相差较大，这样未蒸发区(即周边烧结区II )的两端可能还未进入最佳烧结状态；当提高 温度，使得炉芯1中心气化区处I较大时，才可能将未蒸发区(即周边烧结区II )的两端都 进入到最佳烧结状态。此时的炉芯温度控制较为容易，但产品产量和产品质量较低，能耗加 大。 3、当炉芯两侧厚度M小于炉芯中心气化区厚度H介于上述两者之间时，加热炉芯 l，炉芯1中心气化区I较小时，未蒸发区(即周边烧结区II )的两端都进入了最佳烧结状 态。当炉芯l温度继续略有升高时，炉芯1中心气化区I也不会扩张到很大；当炉芯l温度
略有下降时，未蒸发区(即周边烧结区n)的两端也都仍然在最佳烧结状态。而且由于炉 芯1厚度有一定的差距，会使得炉芯1的热量差不会太小，这样控制炉芯温度也就不会非常 困难。此时的炉芯效果最好。
权利要求
一种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法，其特征在于，包含以下步骤1]、加工炉芯(1)，在炉芯(1)外导热表面形成中心气化区(Ⅰ)及周边烧结区(Ⅱ)；2]、使炉芯中心气化区厚度(H)大于炉芯两侧厚度(M)；3]、炉芯(1)两端用电极通电加热至炉芯中心气化区发生气化蒸发现象，以充分冶炼碳化硅。
2. 根据权利要求1所述的冶炼碳化硅的方法，其特征在于所述炉芯中心气化区厚度(H)小于1/2炉芯最大宽度(D)。
3. 根据权利要求2所述的冶炼碳化硅的方法，其特征在于0 <炉芯两侧厚度(M)/炉芯中心气化区厚度(H) < 1。
4. 根据权利要求3所述的冶炼碳化硅的方法，其特征在于0. 5 <炉芯两侧厚度(M)/炉芯中心气化区厚度(H) < 1。
全文摘要
本发明涉及一种利用单芯炉冶炼碳化硅的方法，克服了利用现有单芯炉的板状体炉芯在碳化硅生产中带来的产品产量和质量低下，能耗大，控制技术要求高的缺陷。包含以下步骤1]加工炉芯，在炉芯外导热表面形成中心气化区及周边烧结区；2]使炉芯中心气化区厚度大于炉芯两侧厚度；3]炉芯两端用电极通电加热至炉芯中心气化区发生气化蒸发现象，以充分冶炼碳化硅。本发明具有能够在冶炼碳化硅的生产中提高产品产量和质量，同时降低能耗、控制技术要求的优点。
文档编号C01B31/36GK101786621SQ20091002107
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月24日 优先权日2009年1月24日
发明者朱胜利 申请人:朱胜利