[发明专利]变功率送电冶炼碳化硅的方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及碳化硅的冶炼方法，属于国际专利分类表C分册中硅，其化合物领域。

二、背景技术：

碳化硅工业化生产是以石英砂、石油焦、木屑、食盐为原料，基本化学反应方程式为：，这是一个吸热反应，须为反应提供所需能源。理论推算每生产1公斤碳化硅的能耗为4491千卡，折合成电能是5.222度，而实际生产中，由于不可避免的能量损失，实际能耗要远远大于此值。目前，国内碳化硅冶炼通常采用的是间接加热的卧式间接炉，以电作为加热能源，碳化硅冶炼生产的主要技术经济指标有单位电能消耗、单位原料消耗量、变压器小时产量、功率因数和由这些指标综合构成的单位成本。电费在碳化硅冶炼生产成本中占的比重最大，约为40％～50％。所以，单位耗电量是考核碳化硅冶炼生产的一项重要指标。国内平均水平为每吨碳化硅耗电9000度左右，最好水平为每吨耗电8000度。

在工业化冶炼碳化硅的过程中，当电阻炉中反应料的温度达到约1500℃以上时，开始有碳化硅生产的反应发生。随着温度的提高，反应速度加快。1800℃以下得到的一般为β晶型的碳化硅晶体，反应温度为1800～2400℃时，可得到α晶型的碳化硅。冶炼过程中在反应区域碳化硅蒸气达到饱和，因而碳化硅气体逐步凝聚使得碳化硅晶体得以长大成块。碳化硅晶体的分解温度一般为2400℃以上，超过此温度，碳化硅晶体将逐步分解。因此，工业化冶炼碳化硅的关键在于如何控制反应温度，以使得生成碳化硅的反应能够快速进行，而不至于分解。用电阻炉工业化生产碳化硅时，反应是在炉体内部发生的，外面覆盖着反应料和保温料，炉内的反应无从了解，只能凭经验推断并加以控制，但由于冶炼的不同阶段单位时间内的反应量不一样，因而所需的能量也不相同，故恒功率送电的冶炼方法并不合理。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题在于改变恒功率送电的冶炼方法，提供一种变功率送电冶炼碳化硅的方法，以达到节能降耗，提高产品质量的目的。

本发明的技术方案是：将冶炼过程分为三期，即冶炼前期、冶炼中期和冶炼后期；控制时间、温度、炉阻和送电功率；冶炼时间为连续20小时，0～8小时为前期，8～15小时为中期，15～20小时为后期；冶炼前期采用125％平均功率送电，使冶炼炉内温度上升至2000℃，炉阻达到初始值的55％，冶炼中期，输入功率视炉阻变化而变化，炉阻变小减小输入功率，炉阻变大增大输入功率，控制炉内温度在2000℃～2200℃，冶炼后期，输入功率为平均功率的85％，控制炉内温度在2200℃～2000℃。

由于恒功率送电的冶炼方法具有冶炼前期能量提供不足，温度上升慢，导致反应速度慢，不利于冶炼设备的充分利用；冶炼后期能量过剩，导致反应温度过高，使得碳化硅晶体分解，造成能源的损失。根据这一规律，同时利用石墨随温度变化，电阻系数发生变化的规律，与SiC生成逆反应加剧炉芯截面积增大，电阻变小的变化规律调整冶炼炉是如功率，从而使SiC生成全过程在受控制的工艺状态上运行。

本发明在冶炼前期为了尽快地提高炉温，以最大功率送电，这一阶段也有少量的碳化硅生成，所提供的能量一部分用于提高炉温，另一部分用于生成碳化硅反应。冶炼中期动态控制功率送电，这一阶段炉内温度趋于稳定，一般控制在2000℃～2200℃范围内较适合，生成碳化硅的反应主要在此阶段发生，所提供的能量一部分用于反应所需，一部分为冶炼炉的热量损失，开始时由于反应比较剧烈，需要的能量相对大一些，随后反应趋缓，能量需求逐渐减少，故送电功率可逐步下降。冶炼后期维持反应温度在2200℃～2000℃范围内较好，这一阶段有生成碳化硅的反应发生，但主要为碳化硅的晶体长大和晶体形状完善过程。由于合理安排了冶炼过程中输入能量的分配，使我厂在碳化硅冶炼生产上取得了明显的节能降耗的作用，获得的经济效益和社会效益都十分明显。实施前，平均耗电量为每炉66000度，平均产量为每炉6.8吨，平均每吨耗电9707度；实施后，平均耗电量为每炉62000度，平均产量为每炉8.2吨，平均每吨耗电7281度。

四、具体实施方式：