Подготовка электропечи и загрузка ее шихтой

Современное промышленное производство карбида кремния для абразивной, огнеупорной и электротехнической промышленности осуществляется в электропечах сопротивления [4, 3|. В таких печах нагревателем служит центральный стержень (керн) из токопроводящего кускового углеграфитового материала, вокруг которого засыпают шихту, состоящую из близкого к стехиометрическому составу смеси кварцевого песка с массовой долей Si0₂ не менее.

98.5% и нефтяного кокса зольностью не более 1%.

К настоящему времени опубликовано более 100 патентов, посвященных способам производства, конструкциям электропечей, составам сырьевых материалов и добавок, составу и качеству получаемого продукта [12|. Однако, хотя в опубликованных работах и предлагаются интересные способы производства карбида кремния, как, например, получение SiC в дуговой электропечи, где дуга горит между двумя электродами, изготовленными из смеси кварцевого песка и углерода, ачесоновский способ в своей основе сохранился до наших дней, исключая лишь непринципиальные изменения в конструкции и габаритах электропечей, применяемых сырьевых материалах и некоторых других технологических деталях. Такое продолжительное существование способа Ачесона объясняется простотой его осуществления и получением достаточно высокого качества продукта.

В мировой практике для получения карбида кремния применяются стационарные и подвижные электропечи (табл. 3.7).

Стационарные печи мощностью 10 МВт нашли применение в Японии (фирма Showa Denko К.К.) и в Голландии (фирма ФРГ Elektro-Schmelzwerke Kemften).

Анализ данных, приведенных в табл. 3.7, показывает, что мировая практика промышленного производства технического карбида кремния базируется на использовании электропечей сопротивления, работающих примерно с одинаковыми энергетическими затратами и с применением близких по своим характеристикам сырьевых материалов. Следует при этом отметить, что каждый вид печей имеет свои преимущества и недостатки: стационарные печи имеют повышенный срок службы и более низкую стоимость, а подвижные печи позволяют повысить уровень механизации процесса и улучшить условия труда.

В России и других странах СНГ к настоящему времени нашли широкое применение только подвижные электропечи мощностью 3−5 МВт.

На рис. 3.8 показано устройство подвижной электропечи мощностью.

3.5 кВ А, применяемой в России.

Подвижная электропечь состоит из пода, выполненного из обычного шамотного кирпича, выложенного в гнездах чугунных кассет, боковых и торцевых стенок. Боковые стенки печи представлены перфорированными щитами, установленными по краям пода и удерживаемыми в вертикальном положении.

Тины электропечей и некоторые параметры технологического процесса SiC

в России и за рубежом

Таблица 3. 7.

Рис. 3.8. Принципиальная схема устройства электропечи для производства карбида кремния и схема ее загрузки:

а — устройство электропечи подвижной: 1 — токоподводящие электроды; 2 — боковой шит передней стенки; 3— кирпичная кладка; 4 — стойка для крепления боковых щитов; 5— боковой щит задней стенки; 6— контактный материал из графитированных отсевов; 7— защитные электроды; 8 — торцевая стенка из огнеупорного кирпича; 9 — бетонный корпус торца; 10 — тележки концевые; 11— тележка средняя; б, в— поперечное сечение электропечи до начала и после завершения кампании (процесса) соответственно: 1 — исходная шихта; 2— керн; 3— слой графита; 4— карбид кремния (основной продукт); 5— аморф; б — сростки; 7— силоксикон; 8— непрорсагировавшая шихта стойками, которые входят в гнезда печной рамы. Между щитами выкладываются изолирующие слои из шамотного кирпича. По концам печной рамы установлены торцевые стенки из шамотного кирпича, в которые вмонтированы пакеты угольных электродов. На наружную часть электродов устанавливаются контактные плиты, к которым прикрепляются болтами шины, подводящие ток от печного трансформатора. Принципиальная электрическая схема подключения печи к однофазному трансформатору показана на рис. 3.9.

Печной трансформатор электропечи имеет установленную мощность 4000 кВ, А и допустимую силу тока в обмотке высокого напряжения < 400 А. Напряжение с высокой стороны составляет 10,5—11,0 кВ, а с низкой — 408−206 В (17 ступеней измерения напряжения).

Рис. 3.9. Принципиальная электрическая схема включения печи сопротивления мощностью 4000 кВ А:

• 1 — шины высокого напряжения (10 кВ);
• 2 — воздушные разъединители; 3 — масляный выключатель (типа ВМГ-10); 4— измерительные трансформаторы тока (типа ТПЛ- 10−0,5/Р-400); 5 — печной трансформатор; 6 — плавкие предохранители; 7 — вольтметры (типа Э-378) для измерения линейного и фазного напряжения

Нагревательным элементом печи служит керн — центральная часть загрузки печи из нефтяного (графитированного) кокса, который нагревается проходящим через него током.

Перед загрузкой печи шихтой производят ее подготовку, заключающуюся в зачистке пода и рамы печи, восстановлении изоляционных поясов, осмотре кассет, переборке подины с заменой дефектного кирпича, а также производят операции: зачистка рабочих электродов от карбида кремния и спеков, заделка выгоревших мест, выбоин и трещин в рабочих электродах графитной пастой, ревизия и ремонт контактных участков и ошиновки, установка на печь боковых стенок и изоляционных блоков.

Капитальный ремонт печей производится через 60−90 печекампаний и включает полную замену кирпичей кладки торцов и подины, замену рабочих и изоляционных электродов, ремонт металлоконструкции печи и ее ходовой части и ревизию контактного устройства.

Загрузка печи шихтой производится в соответствии с технологической картой процесса на зеленый или черный карбид кремния.

При загрузке печи производится ряд последовательных операций: загрузка на подину печи шихты, загрузка печи до уровня керна, установка керновых щитов и укладка керна с уплотнением его в контактных зонах, загрузка шихты по бокам керна, извлечение керновых щитов, загрузка шихты сверху керна.