Подготовка электропечи к работе и загрузка шихты в печь

Современное промышленное производство карбида кремния для абразивной, огнеупорной и электротехнической промышленности осуществляется в электропечах сопротивления [11, 31]. 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 SiC>2 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 [136]. 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 габаритных размерах электропечей, в применяемых сырьевых материалах и некоторых других технологических деталях. Такое продолжительное существование способа Ачесона объясняется простотой его осуществления и получением продукта достаточно высокого качества.

В мировой практике для получения карбида кремния применяются стационарные и подвижные электропечки (табл. 2.7).

Типы электропечей и некоторые параметры технологического процесса производства SiC в России и за рубеж ом

Таблица 2.7

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. 2.7, 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 странах СНГ к настоящему времени нашли широкое применение только подвижные электропечи мощностью 3^-5 МВт. На рис. 2.8 показано устройство подвижной электропечи мощностью 3,5 кВА, применяемой в России.

Рис. 2.8. Принципиальное устройство электропечи для производства карбида кремния и схема ее загрузки: а — устройство электропечи подвижной: 1 — токоподводные электроды; 2 — боковой щит 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 — торцовая стенка из огнеупорного кирпича; 9 — бетонный корпус торца; 10, 12 — тележки концевые; 11- тележка средняя; б, в — поперечное сечение электропечи до начала и после завершения процесса соответственно: 1 — исходная шихта; 2 — керн; 3 — слой графита; 4 — карбид кремния (основной продукт); 5 — аморф; 6 — сростки; 7 — силоксикон; 8 — непрореагировавшая шихта.

Подвижная электропечь состоит из пода, выполненного из обычного шамотного кирпича, выложенного в гнездах чугунных кас;

сст, и боковых и торцовых стенок. Боковые стенки печи представлены перфорированными щитами, установленными по краям пода и удерживаемыми в вертикальном положении стойками, которые входят в гнезда печной рамы. Между щитами выкладываются изолирующие слои из шамотного кирпича. По концам печной рамы установлены торцовые 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. 2.9.

Рис. 2.9. Принципиальная электрическая схема включения печи сопротивления мощностью 4000 кВА: / - шины высокого напряжения (10 кВ); 2 — воздушные разъединители; 3 — масляный выключатель (тип ВМГ — 10); 4 — измерительные трансформаторы тока (тип ТПЛ — 10 — 0,5 / Р-400); 5 — печной трансформатор; 6 — плавкие предохранители; 7 — вольтметры (типа Э-378) для измерения линейного и фазного напряжения 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 н-11,0 кВ, а с низкой — 408 -г- 206 В (17 ступеней измерения напряжения).

Нагревательным элементом печи служит керн — центральная часть загрузки печи из нефтяного (графитироваиного) 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 спсков, заделка выгоревших мест, выбоин и трещин в рабочих электродах графитовой пастой, ревизия и ремонт контактных участков и ошиновки, установка на печь боковых стенок и изоляционных блоков.

Капитальный ремонт печей производится через 60 -f- 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.