專利名稱：變功率送電冶煉碳化硅的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及碳化硅的冶煉方法，屬于國際專利分類表C分冊中硅，其化合物領域。
背景技術：
碳化硅工業(yè)化生產(chǎn)是以石英砂、石油焦、木屑、食鹽為原料，基本化學反應方程式為，這是一個吸熱反應，須為反應提供所需能源。理論推算每生產(chǎn)1公斤碳化硅的能耗為4491千卡，折合成電能是5.222度，而實際生產(chǎn)中，由于不可避免的能量損失，實際能耗要遠遠大于此值。目前，國內碳化硅冶煉通常采用的是間接加熱的臥式間接爐，以電作為加熱能源，碳化硅冶煉生產(chǎn)的主要技術經(jīng)濟指標有單位電能消耗、單位原料消耗量、變壓器小時產(chǎn)量、功率因數(shù)和由這些指標綜合構成的單位成本。電費在碳化硅冶煉生產(chǎn)成本中占的比重最大，約為40％～50％。所以，單位耗電量是考核碳化硅冶煉生產(chǎn)的一項重要指標。國內平均水平為每噸碳化硅耗電9000度左右，最好水平為每噸耗電8000度。
在工業(yè)化冶煉碳化硅的過程中，當電阻爐中反應料的溫度達到約1500℃以上時，開始有碳化硅生產(chǎn)的反應發(fā)生。隨著溫度的提高，反應速度加快。1800℃以下得到的一般為β晶型的碳化硅晶體，反應溫度為1800～2400℃時，可得到α晶型的碳化硅。冶煉過程中在反應區(qū)域碳化硅蒸氣達到飽和，因而碳化硅氣體逐步凝聚使得碳化硅晶體得以長大成塊。碳化硅晶體的分解溫度一般為2400℃以上，超過此溫度，碳化硅晶體將逐步分解。因此，工業(yè)化冶煉碳化硅的關鍵在于如何控制反應溫度，以使得生成碳化硅的反應能夠快速進行，而不至于分解。用電阻爐工業(yè)化生產(chǎn)碳化硅時，反應是在爐體內部發(fā)生的，外面覆蓋著反應料和保溫料，爐內的反應無從了解，只能憑經(jīng)驗推斷并加以控制，但由于冶煉的不同階段單位時間內的反應量不一樣，因而所需的能量也不相同，故恒功率送電的冶煉方法并不合理。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于改變恒功率送電的冶煉方法，提供一種變功率送電冶煉碳化硅的方法，以達到節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質量的目的。
本發(fā)明的技術方案是將冶煉過程分為三期，即冶煉前期、冶煉中期和冶煉后期；控制時間、溫度、爐阻和送電功率；冶煉時間為連續(xù)20小時，0～8小時為前期，8～15小時為中期，15～20小時為后期；冶煉前期采用125％平均功率送電，使冶煉爐內溫度上升至2000℃，爐阻達到初始值的55％，冶煉中期，輸入功率視爐阻變化而變化，爐阻變小減小輸入功率，爐阻變大增大輸入功率，控制爐內溫度在2000℃～2200℃，冶煉后期，輸入功率為平均功率的85％，控制爐內溫度在2200℃～2000℃。
由于恒功率送電的冶煉方法具有冶煉前期能量提供不足，溫度上升慢，導致反應速度慢，不利于冶煉設備的充分利用；冶煉后期能量過剩，導致反應溫度過高，使得碳化硅晶體分解，造成能源的損失。根據(jù)這一規(guī)律，同時利用石墨隨溫度變化，電阻系數(shù)發(fā)生變化的規(guī)律，與SiC生成逆反應加劇爐芯截面積增大，電阻變小的變化規(guī)律調整冶煉爐是如功率，從而使SiC生成全過程在受控制的工藝狀態(tài)上運行。
本發(fā)明在冶煉前期為了盡快地提高爐溫，以最大功率送電，這一階段也有少量的碳化硅生成，所提供的能量一部分用于提高爐溫，另一部分用于生成碳化硅反應。冶煉中期動態(tài)控制功率送電，這一階段爐內溫度趨于穩(wěn)定，一般控制在2000℃～2200℃范圍內較適合，生成碳化硅的反應主要在此階段發(fā)生，所提供的能量一部分用于反應所需，一部分為冶煉爐的熱量損失，開始時由于反應比較劇烈，需要的能量相對大一些，隨后反應趨緩，能量需求逐漸減少，故送電功率可逐步下降。冶煉后期維持反應溫度在2200℃～2000℃范圍內較好，這一階段有生成碳化硅的反應發(fā)生，但主要為碳化硅的晶體長大和晶體形狀完善過程。由于合理安排了冶煉過程中輸入能量的分配，使我廠在碳化硅冶煉生產(chǎn)上取得了明顯的節(jié)能降耗的作用，獲得的經(jīng)濟效益和社會效益都十分明顯。實施前，平均耗電量為每爐66000度，平均產(chǎn)量為每爐6.8噸，平均每噸耗電9707度；實施后，平均耗電量為每爐62000度，平均產(chǎn)量為每爐8.2噸，平均每噸耗電7281度。
具體實施例方式目前，國內生產(chǎn)的碳化硅仍普遍采用艾奇遜固相法，即把石英砂、石油焦等原料按化學計量配合，并加入適量食鹽等混合均勻成為反應料，在將反應料裝入臥式電阻反應爐中加熱進行碳熱還原反應合成碳化硅。由于碳化硅的冶煉涉及到物理、化學、電學、傳熱學、結晶學等方面，影響其冶煉效果的因素比較多，而其中以反應溫度的影響最為關鍵。反應溫度是通過輸入電能加熱達到的，因此輸入電能功率的大小是控制溫度高低的關鍵。本項目改變了以往普遍采用的恒功率送電的冶煉方法，而是根據(jù)冶煉過程中反應對于能量的要求變化輸入繁榮功率，將爐內反應區(qū)域的溫度盡可能地控制在最為適合于碳化硅生成的范圍內，以使所需要的碳化硅產(chǎn)品，而不至于使碳化硅發(fā)生分解反應。在實際生產(chǎn)過程中，由計算機按功率送電曲線自動控制電能的輸入，使得能源在整個冶煉過程中得到合理分配，充分發(fā)揮其效率，從而提高能源的利用率，取得節(jié)能降耗的效果。
以8噸碳化硅電阻爐為例，冶煉過程如下；1、原料配比石油焦碳11.5噸，硅砂18噸，工業(yè)鹽1噸。
2、送電分配冶煉前期時間為7～8小時，溫度控制在2000℃以下，送電功率為3900KVA每小時；冶煉中期時間為6～8小時，溫度控制在2000℃～2200℃，送電功率為3300～3500KVA/小時；冶煉后期時間為4～6小時，溫度控制在2200℃～2000℃，送電功率3000KVA/小時。
3、冶煉時間共20小時，總耗電量62000度，出產(chǎn)品8.2噸，每噸耗電7381噸。
4、產(chǎn)品質量達到國家84磨料標準。
權利要求
1.一種變功率送電冶煉碳化硅的方法，其特征在于將冶煉過程分為三期，即冶煉前期、冶煉中期和冶煉后期；控制時間、溫度、爐阻和送電功率；冶煉時間為連續(xù)20小時，0～8小時為前期，8～15小時為中期，15～20小時為后期；冶煉前期采用125％平均功率送電，使冶煉爐內溫度上升至2000℃，爐阻達到初始值的55％，冶煉中期，輸入功率視爐阻變化而變化，爐阻變小減小輸入功率，爐阻變大增大輸入功率，控制爐內溫度在2000℃～2200℃，冶煉后期，輸入功率為平均功率的85％，控制爐內溫度在2200℃～2000℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變功率送電冶煉碳化硅的方法。主要特征是將冶煉過程分為前中后三期,控制每期時間、溫度、爐阻和送電功率。使能源在冶煉過程中得到合理分配,充分發(fā)揮其效率,達到節(jié)能降耗的效果。
文檔編號C01B31/36GK1333181SQ01128529
公開日2002年1月30日 申請日期2001年8月8日 優(yōu)先權日2001年8月8日
發(fā)明者王述平 申請人:王述平