利用除塵粉冶煉碳化硅的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用除塵粉回爐冶煉碳化硅的方法，在碳化硅的冶煉爐中由內(nèi)至外依次設(shè)置爐芯體、反應(yīng)料和保溫料；在所述反應(yīng)料和保溫料中添加除塵粉，所述除塵粉為碳化硅破碎、研磨過程中收集到的粉塵，其碳化硅含量大于70wt％，平均粒度小于45微米；所述保溫料中除塵粉的含量為0.2wt％～1wt％；所述反應(yīng)料中的除塵粉的含量為1.5wt％～4wt％；本發(fā)明對(duì)除塵粉進(jìn)行回爐冶煉再利用，使除塵粉參與二次冶煉，提高全爐經(jīng)濟(jì)效益；解決新料法中在反應(yīng)初期內(nèi)部反應(yīng)速度快、爐壓高，易引發(fā)噴爐等安全事故，并降低了反應(yīng)能耗，同時(shí)提高了碳化硅的產(chǎn)量以及品質(zhì)，有效降低了碳化硅冶煉成本。
【專利說明】利用除塵粉冶煉碳化硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳化硅冶煉領(lǐng)域，尤其涉及一種利用除塵粉冶煉碳化硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)合成碳化硅的方法基本上均為固相合成法，Acheson法為固相合成法中的一種，目前世界碳化娃產(chǎn)量的80%以上是采用Acheson法生產(chǎn)。Acheson法冶煉碳化娃的基本原理是將硅質(zhì)原料和碳質(zhì)原料按照一定的比例加入冶煉爐中，在高溫條件硅質(zhì)原料中的SiO2被碳質(zhì)原料中的C還原生成碳化硅。得到的碳化硅會(huì)進(jìn)行破碎、研磨，在上述過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，收集后得到除塵粉，該除塵粉碳化硅含量大于70%，平均粒度小于45微米，其通常作為廢料處理或作為副產(chǎn)品低價(jià)銷售，未能充分利用，并且導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。同時(shí)，由于該除塵粉粒度小，在堆放或轉(zhuǎn)運(yùn)過程中易揚(yáng)塵，造成生產(chǎn)廠區(qū)環(huán)境污染較嚴(yán)重。
[0003]另外，Acheson法還可分為新料法和焙燒料法。在碳化硅生產(chǎn)的新料法中，反應(yīng)料采用的全部是新鮮原料，物料純度較高，反應(yīng)活性較好，含有揮發(fā)分和較高的水分，但是反應(yīng)初期能耗較高，內(nèi)部反應(yīng)速度 快、爐壓高，易引發(fā)噴爐等安全事故；而焙燒料法是將上一爐未參與反應(yīng)的物料重新裝入冶煉爐反應(yīng)區(qū)進(jìn)行反應(yīng)，物料含水量和揮發(fā)分少，同時(shí)物料中含有碳化硅晶體，促使反應(yīng)比較容易進(jìn)行，但是焙燒料中雜質(zhì)含量較高，使得反應(yīng)物料成份增多，給冶煉帶來負(fù)面影響，不利于提高產(chǎn)品純度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用除塵粉冶煉碳化硅的方法，以降低碳化硅冶煉能耗，并達(dá)到除塵粉充分利用的目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種利用除塵粉冶煉碳化硅的方法，在碳化硅的冶煉爐中由內(nèi)至外依次設(shè)置爐芯體、反應(yīng)料和保溫料；
[0007]其中，在所述反應(yīng)料和保溫料中添加除塵粉，所述除塵粉為碳化硅破碎、研磨過程中收集到的粉塵，其碳化娃含量不小于70wt%,平均粒度小于45微米；
[0008]所述保溫料中的除塵粉的含量為0.2wt%~Iwt所述反應(yīng)料中的除塵粉的含量為 1.5wt%~ 4wt% ο
[0009]在本發(fā)明中，碳化硅的冶煉爐可以是本領(lǐng)域已知的常規(guī)碳化硅冶煉爐。其中，所設(shè)置的爐芯體可以是石墨爐芯體，用于在通電時(shí)為爐中反應(yīng)料生成碳化硅的反應(yīng)提供熱量。所述反應(yīng)料主要用于合成碳化硅，所述保溫料設(shè)置與所述反應(yīng)料的外層，起到爐體保溫的作用，但不可避免會(huì)有部分碳化硅生成。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述保溫料的碳硅比為0.72~0.95 ;所述反應(yīng)料包括第一部分反應(yīng)料、第二部分反應(yīng)料以及由所述反應(yīng)料中其余部分構(gòu)成的第三部分反應(yīng)料；所述第一部分反應(yīng)料填裝于所述爐芯體下方的區(qū)域；所述第二部分反應(yīng)料分為兩段，分別緊挨所述冶煉爐兩端的爐頭設(shè)置于所述爐芯體之上；其中，所述第一部分反應(yīng)料的碳硅比為0.55~0.69，所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比為0.70~0.88，所述第三部分反應(yīng)料碳硅比為0.64~0.75。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第三部分反應(yīng)料的碳硅比高于第一部分反應(yīng)料的碳硅比，所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比高于第三部分反應(yīng)料的碳硅比。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度之和為所述爐芯體長(zhǎng)度的1/5~1/2 ;進(jìn)一步優(yōu)選為所述爐芯體長(zhǎng)度的1/4~1/3 ;所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的寬度方向的寬度不小于所述爐芯體的寬度；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的寬度方向的寬度為所述爐芯體寬度的I~1.5倍。根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述保溫料的碳硅比為0.75~0.85 ;所述第一部分反應(yīng)料的碳硅比為0.6~0.67，所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比為0.72~
0.79，所述第三部分反應(yīng)料碳硅比為0.66~0.73。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述保溫料的除塵粉含量為0.4wt %~Iwt %;所述第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量為1.5wt%~3.5wt%，所述第二部分反應(yīng)料中除塵粉的含量為1.5wt%~3wt% ;所述第三部分反應(yīng)料中除塵粉的含量為1.6wt%~4wt%。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一部分反應(yīng)料的除塵粉的含量為2.0wt%~3.0wt% ;所述第二部分反應(yīng)料的除塵粉的含量為1.5wt%~2.5wt% ;所述第三部分反應(yīng)料的除塵粉的含量為2.5wt%~
3.5wt%。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第三部分反應(yīng)料中除塵粉的含量高于第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量，所述第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量高于第二部分反應(yīng)料中除塵粉的含量。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)本發(fā)明對(duì)碳化硅破碎、研磨過程中收集到的除塵粉進(jìn)行回爐冶煉再利用，使除塵粉參與二次冶煉，提高全爐經(jīng)濟(jì)效益；
[0015](2)本發(fā)明在碳化硅冶煉爐料中添加不同含量的除塵粉，解決新料法中反應(yīng)初期內(nèi)部反應(yīng)速度快、爐壓高，易引發(fā)噴爐等安全事故，并降低了反應(yīng)能耗，同時(shí)提高了碳化硅的產(chǎn)量以及品質(zhì)，有效降低了碳化硅冶煉成本；
[0016](3)本發(fā)明在所述爐芯體上填裝第二部分反應(yīng)料，通過控制所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比等，很好地調(diào)節(jié)了爐芯體兩端的溫度異常，減小了對(duì)碳化硅生產(chǎn)的影響，保護(hù)了爐體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式沿爐芯體方向的物料布置示意圖；
[0018]圖2為圖1沿A-A處的剖視圖。
[0019]其中，1-第一部分反應(yīng)料；2_第二部分反應(yīng)料；3_第三部分反應(yīng)料；4_爐芯體；5-保溫料；6_爐體；7_反應(yīng)料；8-爐頭
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種除塵粉回爐冶煉高品質(zhì)碳化硅的方法，在碳化硅冶煉原料中加入除塵粉，利用除塵粉中的碳化硅晶體作為晶核，使得反應(yīng)物料可以直接在晶核表面生成碳化硅，避免了晶體成核所需的能耗和時(shí)間。
[0021]在本發(fā)明中，用于形成碳化硅的原料包括碳質(zhì)原料和硅質(zhì)原料，其中所述碳質(zhì)原料并無特殊要求，可以是常見合成碳化硅的碳質(zhì)原料，比如石油焦或無煙煤等；同樣，所述硅質(zhì)原料也無特殊要求，可以是常見合成碳化硅的硅質(zhì)原料，比如硅砂等。
[0022]在本發(fā)明中，如圖1和圖2所示，碳化硅的冶煉爐爐體6中由內(nèi)至外依次設(shè)置爐芯體4、反應(yīng)料7和保溫料5 ;所述爐芯體4為石墨，在冶煉時(shí)通電為爐中的反應(yīng)提供熱量；所述反應(yīng)料7和保溫料5為碳質(zhì)原料與娃質(zhì)原料的混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知,所述反應(yīng)料7主要用于合成碳化硅，所述保溫料5設(shè)置與所述反應(yīng)料7的外層，起到爐體保溫的作用，但不可避免會(huì)有部分碳化硅生成。
[0023]碳質(zhì)原料和硅質(zhì)原料中碳與二氧化硅的質(zhì)量比稱為碳硅比。在碳化硅冶煉中，保溫料5需要具備一定的厚度，才能具有良好的保溫性，但保溫料5過厚又會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)料的量相對(duì)減少。另外，不同爐型的碳化硅冶煉爐，其保溫料5的厚度也會(huì)相應(yīng)變化，因此在實(shí)際生產(chǎn)中本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐適當(dāng)?shù)卣{(diào)整保溫料5的厚度，本申請(qǐng)不再贅述。此外，冶煉碳化硅的過程中，爐內(nèi)要產(chǎn)生大量的一氧化碳?xì)怏w，這些一氧化碳?xì)怏w必須能順利從冶煉爐內(nèi)外排，以減小所述反應(yīng)料內(nèi)的壓力。優(yōu)選地，所述保溫料5的碳硅比為0.72~
0.95 ;進(jìn)一步優(yōu)選為0.75~0.85，利用生產(chǎn)碳化硅后的體積收縮，以使所述保溫料5具有良好的透氣性。
[0024]在碳化硅冶煉爐內(nèi)，所述反應(yīng)料7布置在所述爐芯體4的周圍，以吸收爐芯體4的熱量進(jìn)行反應(yīng)。然而反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)料7中的二氧化硅會(huì)首先氣化，在反應(yīng)料7中擴(kuò)散；另外，所述爐芯體4通電后與冶煉爐兩端爐頭8的連接處電阻較大，溫度較高，影響碳化硅合成以及爐體6壽命。
[0025]為保護(hù)所述爐芯體4與爐頭8的連接處，同時(shí)優(yōu)化爐內(nèi)二氧化硅的分布，優(yōu)選地，所述反應(yīng)料7包括第一部分反應(yīng)料1、第二部分反應(yīng)料2以及由所述反應(yīng)料7中其余部分構(gòu)成的第三部分反應(yīng)料3 ;所 述第一部分反應(yīng)料I填裝于所述爐芯體4下方的區(qū)域；所述第二部分反應(yīng)料2分為兩段，分別緊挨所述冶煉爐兩端的爐頭8設(shè)置于所述爐芯體4之上。所述第一部分反應(yīng)料I的碳硅比為0.55~0.69，進(jìn)一步優(yōu)選為0.6~0.67 ;所述第二部分反應(yīng)料2的碳硅比為0.70~0.88，進(jìn)一步優(yōu)選為0.72~0.79 ;所述第三部分反應(yīng)料3的碳硅比為0.64~0.75，進(jìn)一步優(yōu)選為0.66~0.73。同時(shí)所述第三部分反應(yīng)料3的碳硅比高于第一部分反應(yīng)料I的碳娃比，這樣在反應(yīng)時(shí)二氧化娃受熱氣化向上擴(kuò)散，從而更有利于二氧化硅在各部分料中的平衡。所述第二部分反應(yīng)料2的碳硅比高于第三部分反應(yīng)料3的碳硅比，由于碳硅比相對(duì)高，所述第二部分反應(yīng)料2在高溫下的電阻小于第三部分反應(yīng)料3，有利于減小兩端爐頭8處的溫度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第二部分反應(yīng)料2的兩段沿所述爐芯體4的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度之和為所述爐芯體4長(zhǎng)度的1/5~1/2 ;進(jìn)一步優(yōu)選為所述爐芯體4長(zhǎng)度的1/4~1/3 ;其中，所述爐芯體4的長(zhǎng)度方向指的是從所述冶煉爐一端的爐頭8到另一端爐頭的方向。所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的寬度方向的寬度不小于所述爐芯體的寬度，以便所述第二部分反應(yīng)料可以充分覆蓋所述爐芯體兩端的上表面；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的寬度方向的寬度為所述爐芯體寬度的I~1.5倍，以便在合理調(diào)節(jié)溫度的同時(shí)減小對(duì)碳化硅生產(chǎn)的影響。
[0027]本發(fā)明在所述反應(yīng)料7和保溫料5中添加除塵粉，所述除塵粉是在碳化硅進(jìn)行破碎、研磨過程中收集到的粉塵，該除塵粉碳化硅含量不小于70wt%，優(yōu)選70wt%~ 85wt%，平均粒度小于45微米。其中，所述保溫料5中除塵粉的含量為0.2wt%~lwt%，優(yōu)選為0.4wt%~lwt% ;生產(chǎn)中，添加除塵粉的保溫料也有部分會(huì)參與反應(yīng)生成碳化硅，有利于反應(yīng)區(qū)的擴(kuò)大，提高爐產(chǎn)。
[0028]所述反應(yīng)料7中的除塵粉的含量為1.5wt%~ 4wt% ;優(yōu)選地，所述第一部分反應(yīng)料I中除塵粉的含量為1.5~3.3wt%，所述第二部分反應(yīng)料2中除塵粉的含量為
1.5wt%~3wt% ;所述第三部分反應(yīng)料3中除塵粉的含量為1.6wt%~4wt%,并且所述第三部分反應(yīng)料中除塵粉的含量高于第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量，所述第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量高于第二部分反應(yīng)料中除塵粉的含量，以根據(jù)不同部位的溫度不同，促進(jìn)反應(yīng)料生產(chǎn)碳化娃的反應(yīng)。
[0029]進(jìn)一步優(yōu)選地,所述第一部分反應(yīng)料I的除塵粉含量為2.0wt %~3.0wt % ;所述第二部分反應(yīng)料2的除塵粉含量為1.5wt%~2.5wt%;所述第三部分反應(yīng)料3的除塵粉含量為2.5wt%~3.5wt% 。這樣，利用晶核原理，使反應(yīng)生成的碳化硅氣體上升擴(kuò)散后可以更好地在除塵粉中的碳化硅周圍轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟杈w，加速碳化硅晶體的形成、生長(zhǎng)。
[0030]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0031]以下實(shí)施例和對(duì)比例中所用原料包括:無煙煤、除塵粉和硅砂，其中:
[0032]所用無煙煤購自寧煤集團(tuán)公司紅梁礦，含水10wt%，其固定碳含量為88wt% ；
[0033]所用除塵粉為神寧集團(tuán)太西炭基工業(yè)有限公司自產(chǎn)碳化硅破碎、研磨時(shí)收集，其碳化硅的含量約為75wt%，平均粒度約為40微米；
[0034]所用硅砂中含水2wt%，固相中SiO2的含量為99wt%。
[0035]冶煉碳化硅的步驟為:把原料無煙煤、硅砂以及除塵粉分別破碎至200目篩的通過率不小于90% ;按爐中各部位物料的碳硅比以及除塵粉的含量分別對(duì)無煙煤、硅砂和除塵粉進(jìn)行配料；把配好的爐中各部位所需的無煙煤、硅砂和除塵粉計(jì)量，在混料機(jī)中混合均勻；將混合均勻的原料分別填裝至各部位；其中，所述第二部分反應(yīng)料的兩段的長(zhǎng)度均為所述爐芯體長(zhǎng)度的1/5，寬度均為所述爐芯體寬度的1.2倍；電熱合成；停止供電后，冷卻和扒爐，扒下保溫料，取出碳化硅晶體塊和爐芯體石墨塊。
[0036]實(shí)施例1
[0037]按照上述的冶煉碳化硅的步驟進(jìn)行操作，爐中各部位物料的用量由表1給出。反應(yīng)條件:用8000kw功率電熱合成51小時(shí)，冶煉爐的溫度控制在1800°C，爐中心溫度最高不超過 2600°C。
[0038]表1
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種利用除塵粉冶煉碳化硅的方法，在碳化硅冶煉爐中由內(nèi)至外依次設(shè)置爐芯體、反應(yīng)料和保溫料； 其特征在于，在所述反應(yīng)料和保溫料中添加除塵粉，所述除塵粉為碳化硅破碎、研磨過程中收集到的粉塵，其碳化硅含量不小于70wt%，平均粒度小于45微米； 所述保溫料中的除塵粉的含量為0.2wt%~ lwt% ;所述反應(yīng)料中的除塵粉的含量為1.5wt% ~4wt%。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保溫料的碳硅比為0.72~0.95 ;所述反應(yīng)料包括第一部分反應(yīng)料、第二部分反應(yīng)料以及由所述反應(yīng)料中其余部分構(gòu)成的第三部分反應(yīng)料；所述第一部分反應(yīng)料填裝于所述爐芯體下方的區(qū)域；所述第二部分反應(yīng)料分為兩段，分別緊挨所述冶煉爐兩端的爐頭設(shè)置于所述爐芯體之上；其中，所述第一部分反應(yīng)料的碳硅比為0.55~0.69，所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比為0.70~0.88，所述第三部分反應(yīng)料碳硅比為0.64~0.75。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三 部分反應(yīng)料的碳硅比高于第一部分反應(yīng)料的碳硅比，所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比高于第三部分反應(yīng)料的碳硅比。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度之和為所述爐芯體長(zhǎng)度的1/5~1/2 ;所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的寬度方向的寬度不小于所述爐芯體的寬度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度之和為所述爐芯體長(zhǎng)度的1/4~1/3 ;所述第二部分反應(yīng)料的兩段沿所述爐芯體的寬度方向的寬度為所述爐芯體寬度的I~1.5倍。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述保溫料的碳硅比為0.75~0.85 ;所述第一部分反應(yīng)料的碳硅比為0.6~0.67，所述第二部分反應(yīng)料的碳硅比為0.72~0.79，所述第三部分反應(yīng)料碳硅比為0.66~0.73。
7.如權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述保溫料的除塵粉含量為0.4wt%~Iwt% ;所述第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量為1.5wt%~3.5wt%,所述第二部分反應(yīng)料中除塵粉的含量為1.;所述第三部分反應(yīng)料中除塵粉的含量為1.6Wt%~4wt%。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一部分反應(yīng)料的除塵粉的含量為2.0wt%~3.0wt% ;所述第二部分反應(yīng)料的除塵粉的含量為1.5wt%~2.5wt% ;所述第三部分反應(yīng)料的除塵粉的含量為2.5wt%~3.5wt%。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三部分反應(yīng)料中除塵粉的含量高于第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量，所述第一部分反應(yīng)料中除塵粉的含量高于第二部分反應(yīng)料中除塵粉的含量。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述除塵粉中碳化硅含量為70wt%~85wt % ο
【文檔編號(hào)】C01B31/36GK103964441SQ201410200610
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】李光明, 唐曉舟, 劉銅強(qiáng), 劉智華, 劉衍寧, 胡鳳偉, 李繼鋒, 郭雪, 張啟勇, 馬俊斯, 岳龍, 丁洪貴, 齊志麗 申請(qǐng)人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司