一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法
阅读说明：本技术 一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法 (Method for smelting silicon carbide by utilizing sealed environment-friendly silicon carbide smelting furnace ) 是由 夏开展 于 2021-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法,在密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼,冶炼过程为首先配置反应原料并混料：将硅质原料和碳质原料按照1.17～1.19：1的比例进行配置并混合均匀；再进行装炉：将配置混合的反应原料装炉；最后进行冶炼：对装好的炉通电冶炼32～36小时,通电过程中,前85％～95％的时间段送电变压器功率为额定功率,后5％～15％的时间段的送电变压器功率为额定功率的2/3,冶炼完成后冷却3天后出炉,分级获得碳化硅。本发明应用在密封式碳化硅冶炼炉中,将下部炉料的粒度变粗,碳质原料的粒度为1mm～3mm,硅质原料的粒度为3～10mm,使料隙增加,有效改善炉料的透气性,提高炉内热量及硅质炉料的传送,有利于提高产品一级品率。(The invention provides a method for smelting silicon carbide by using a sealed environment-friendly silicon carbide smelting furnace, wherein silicon carbide smelting is carried out in the sealed environment-friendly silicon carbide smelting furnace, and the smelting process comprises the following steps of firstly preparing reaction raw materials and mixing the materials: mixing a siliceous raw material and a carbonaceous raw material according to the weight ratio of 1.17-1.19: 1, and mixing uniformly; and then furnace charging is carried out: charging the prepared and mixed reaction raw materials into a furnace; and finally, smelting: and (3) electrifying the assembled furnace for smelting for 32-36 hours, wherein in the electrifying process, the power of the power transmission transformer in the first 85-95% time period is the rated power, the power of the power transmission transformer in the later 5-15% time period is 2/3 of the rated power, cooling for 3 days after smelting is finished, discharging, and grading to obtain the silicon carbide. The invention is applied to a sealed silicon carbide smelting furnace, coarsens the granularity of furnace charge at the lower part, the granularity of carbonaceous raw material is 1 mm-3 mm, and the granularity of siliceous raw material is 3-10 mm, increases the material gap, effectively improves the air permeability of the furnace charge, improves the heat in the furnace and the transmission of the siliceous furnace charge, and is beneficial to improving the first-grade product rate of products.)
技术领域
本发明属于碳化硅冶炼技术领域，涉及一种炼碳化硅方法，具体是一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法。
背景技术
传统碳化硅冶炼炉由炉底、端墙、侧墙三部分组成，其中炉底是地平面；端墙是固定于炉底的安装有通电电极的挡料体；依据炉体容量的不同，侧墙是十数块乃至数十块的活动体，冶炼炉装炉时将侧墙在冶炼炉炉底上按序组装，用作炉料的挡体，冶炼炉完成冶炼炉后又将侧墙拆卸并组装于另一冶炼炉上作为该炉的炉料挡体，如此循环使用。这样，侧墙在装炉时组装，冶炼完成后为了便于出炉作业又将侧墙拆除，而侧墙的拆卸过程由于高温炉料忽然扑向炉外，大量高温炉料与空气混合后爆燃产生大量粉尘严重污染环境，另一方面，在冶炼过程中，由于侧墙相互间、侧墙与炉底间的缝隙难以密封，使得炉表的烟气、窑炉尾气治理难度较大。
为了响应国家环保工作要求，改善员工作业环境，将侧墙浇筑成一整体构体，使侧墙和炉底、端墙成为一个整体构体，将原来的活动侧墙改为整体砼的固定侧墙，如此，冶炼炉就是一断面为“U”型的无盖箱体，固定侧墙的冶炼炉其密封性能大大得以改善，一方面有利于冶炼炉尾气的收集治理，另一方面，作业过程不用拆卸侧墙，彻底治理了粉尘，尾气和粉尘的治理，使得作业环境清洁有序，满足生产需要，收到了很好的效果，但是冶炼炉环保工作改善的同时也产生了新的问题，“U”型断面的冶炼炉和传统炉型相比，其透气性差，尤其是冶炼炉下部透气性很差。碳化硅的形成是在高温下进行的，而对流是炉内热量传送的主要形式，透气性差不利于对流传热；气体对流过程也是硅质原料的输送过程，透气性差不利于硅质原料的输送，对碳化硅产品形成极为不利。
发明内容
为了解决密封环保式碳化硅冶炼炉采用传统方法冶炼碳化硅造成的上述技术问题，本发明提供了一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，具体步骤如下：
S1配置反应原料并混料：将硅质原料和碳质原料按照1.16～1.20的比例进行配置并混合均匀；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼32～36小时，通电过程中，前85％～95％的时间段送电变压器功率为碳化硅冶炼炉的额定功率，后5％～15％的时间段的送电变压器功率为碳化硅冶炼炉额定功率的3/5～3/4，冶炼完成后冷却后出炉，分级获得碳化硅。
所述步骤S3中，碳化硅冶炼炉的额定功率为125000KVA～51000KVA。
进一步，所述碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为3mm～10mm，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以上的炉料碳质原料的粒度为＜2mm，硅质原料的粒度＜1mm。
本发明的碳化硅冶炼炉的炉墙是固定式炉墙，冶炼炉是密封环保式碳化硅冶炼炉，具体如申请人已申请的专利“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的冶炼炉，以及“一种碳化硅冶炼炉的侧墙”(CN211261772U)所公开的碳化硅冶炼炉炉墙。密封环保式碳化硅冶炼炉和传统炉型相比，透气性差，不利于炉内热量及硅质炉料的传送，对产品形成不利，为了解决这一问题，本发明将下部炉料的粒度变粗，碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度要求为3mm～10mm，使料隙增加可有效改善炉料的透气性。
但透气性的改善会加大结晶筒烧坏炉底的可能性，为此需要制定对应的送电工艺，送电工艺的调整是为了防止结晶筒下沉太快，本发明送电工艺是临近停炉时降低输入负荷为正常冶炼功率的2/3。
所述硅质原料是石英砂，所述碳质原料是无烟煤或太西煤的一种。
所述硅质原料硅含量≥98％，所述碳质原料固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％。
进一步，所述步骤S2装炉后，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料的堆积密度是250～300kg/m3；堆积密度小，有利于提高冶炼炉下部的透气性，堆积密度与炉料的粒径密切相关。透气性好，有利于生成的SiO蒸气、Si蒸气和碳化硅分解产生的Si蒸气流动。
进一步，为了增加冶炼炉下部炉料的透气性，本发明碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为4mm～10mm。
本发明突出的技术效果为：
1.本发明应用在密封式碳化硅冶炼炉中，将下部炉料的粒度变粗，碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为3～10mm，使料隙增加,有效改善炉料的透气性,提高炉内热量及硅质炉料的传送，有利于提高产品一级品率。
2.本发明将碳化硅冶炼送电工艺设置成主要冶炼工艺均匀的负荷输入，临近停炉时降低输入负荷，使得临近停炉时的冶炼功率是正常冶炼功率的2/3,解决了碳化硅冶炼炉炉料透气性改善后，结晶筒烧坏炉底的可能性，防止结晶筒下沉太快，影响冶炼过程平稳进行，进而影响产品合格率。
附图说明
图1本发明利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法工艺图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行说明。
实施例一
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，冶炼包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置807吨粒度为4mm～10mm的石英砂和680吨粒度为1mm～3mm的太西煤均匀混合，标记为A料，配置1613吨粒度＜1mm的石英砂和1360吨粒度＜2mm的太西煤均匀混合，标记为B料；本步骤石英砂和太西煤按照1.186:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，先将A料装炉，再将B料装炉使得碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为4mm～10mm，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料的堆积密度是250kg/m3～290kg/m3；碳化硅冶炼炉高度1/3位置以上的炉料碳质原料的粒度为＜2mm，硅质原料的粒度＜1mm；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼34小时，通电过程中，第0～30.6小时的时间段送电变压器功率为51000KVA，第30.6～34小时的时间段的送电变压器功率为设置为34000KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为65％，冶炼炉内结晶筒较为完整，结晶筒无明显下沉。
实施例二
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，冶炼包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置704.43吨粒度为3mm～10mm的石英砂和607.26吨粒度为1mm～3mm的太西煤均匀混合，标记为A料，配置1408.85吨粒度＜1mm的石英砂和1214.52吨粒度＜2mm的太西煤均匀混合，标记为B料；本步骤石英砂和太西煤按照1.16:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，先将A料装炉，再将B料装炉使得碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为3mm～10mm，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料的堆积密度是260kg/m3～300kg/m3；碳化硅冶炼炉高度1/3位置以上的炉料碳质原料的粒度为＜2mm，硅质原料的粒度＜1mm；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼32小时，通电过程中，第0～30.4小时的时间段送电变压器功率为45000KVA，第30.4～32小时的时间段的送电变压器功率为设置为27000KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为72％，冶炼炉内结晶筒较为完整，结晶筒无明显下沉。
实施例三
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，冶炼包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置810.91吨粒度为3mm～10mm的石英砂和675.76吨粒度为1mm～3mm的太西煤均匀混合，标记为A料，配置1621.82吨粒度＜1mm的石英砂和1351.52吨粒度＜2mm的太西煤均匀混合，标记为B料；本步骤石英砂和太西煤按照1.20:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，先将A料装炉，再将B料装炉使得碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为3mm～10mm，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料的堆积密度是260kg/m3～300kg/m3；碳化硅冶炼炉高度1/3位置以上的炉料碳质原料的粒度为＜2mm，硅质原料的粒度＜1mm；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼36小时，通电过程中，第0～30.6小时的时间段送电变压器功率为51000KVA，第30.6～36小时的时间段的送电变压器功率为设置为38000KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为63％，冶炼炉内结晶筒较为完整，结晶筒无明显下沉。
实施例四
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，冶炼包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置125.17吨粒度为3mm～10mm的石英砂和165.56吨粒度为1mm～3mm的太西煤均匀混合，标记为A料，配置397.35吨粒度＜1mm的石英砂和331.12吨粒度＜2mm的太西煤均匀混合，标记为B料；本步骤石英砂和太西煤按照1.20:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，先将A料装炉，再将B料装炉使得碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为3mm～10mm，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料的堆积密度是260kg/m3～300kg/m3；碳化硅冶炼炉高度1/3位置以上的炉料碳质原料的粒度为＜2mm，硅质原料的粒度＜1mm；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼36小时，通电过程中，第0～30.6小时的时间段送电变压器功率为12500KVA，第30.6～36小时的时间段的送电变压器功率为设置为8300KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为60％，冶炼炉内结晶筒较为完整，结晶筒无明显下沉。
对比例一
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，其特征在于，包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置2420吨粒度＜2mm的石英砂和2040吨粒度＜1mm的太西煤均匀混合，本步骤石英砂和太西煤按照1.186:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，炉料的堆积密度是350kg/m3～450kg/m3；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼34小时，通电过程中，第0～30.4小时的时间段送电变压器功率为51000KVA，第30.4～34小时的时间段的送电变压器功率为设置为34000KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为50％，结晶筒较为完整。
对比例二
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，冶炼包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置807吨粒度为4mm～10mm的石英砂和680吨粒度为1mm～3mm的太西煤均匀混合，标记为A料，配置1613吨粒度＜1mm的石英砂和1360吨粒度＜2mm的太西煤均匀混合，标记为B料；本步骤石英砂和太西煤按照1.186:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，先将A料装炉，再将B料装炉使得碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料碳质原料的粒度为1mm～3mm，硅质原料的粒度为4mm～10mm，碳化硅冶炼炉高度1/3位置以下的炉料的堆积密度是250kg/m3～290kg/m3；碳化硅冶炼炉高度1/3位置以上的炉料碳质原料的粒度为＜2mm，硅质原料的粒度＜1mm；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼34小时，送电变压器功率为设置为9000KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为59％，结晶筒烧坏，且下沉明显。
对比例三
一种利用密封环保式碳化硅冶炼炉冶炼碳化硅的方法，在“一种高效环保的碳化硅冶炼炉”(CN110849151A)所公开的密封环保式碳化硅冶炼炉炉进行碳化硅冶炼，冶炼包括以下步骤：
S1配置反应原料并混料：配置2420吨粒度＜2mm的石英砂和2040吨粒度＜1mm的太西煤均匀混合，本步骤石英砂和太西煤按照1.186:1的比例进行配置混合；石英砂的硅含量≥98.5％，无烟煤的固定碳﹥83％、灰份2％～7％、挥发份7％～9.5％；
S2装炉：将S1配置混合的反应原料装炉，炉料的堆积密度是350kg/m3～450kg/m3；
S3冶炼：对S2装好的炉通电冶炼34小时，送电变压器功率为设置为51000KVA，冶炼完成后冷却3天后出炉，分级获得碳化硅。
出炉后，碳化硅一级品率为48％，结晶筒烧坏，且下沉明显。
表1各实施例对比例不同工艺碳化硅冶炼情况表
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
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