Разработка технологии производства черного карбида кремния в условиях ОАО "Запорожский абразивный комбинат"

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат

Пояснительная записка к дипломной работе: ___ с., рис. 7, табл. 17, 20 литературных источников.

Объект разработки — физико-химические и технологические исследования процесса синтеза черного карбида кремния в электропечах сопротивления. Цель работы — разработка технологии производства черного карбида кремния в условиях ОАО «Запорожский абразивный комбинат».

В основной части приведена программа цеха, описана работа всех отделений цеха, проведен выбор необходимого количества печей, физико-химические и технологические исследования процесса производства карбида кремния в электропечах сопротивления.

В экономической части приведен расчет себестоимости обработки 1 т черного карбида кремния.

В разделе «Охрана труда» выполнено описание цеховых мероприятий по технике безопасности, промышленно-санитарной техники и противопожарной техники, а также проведен расчет молниезащиты цеха.

Исследовано влияние примесей на процесс образования карбида кремния.

Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего изучения физико-химических основ производства высококачественного карбида кремния и улучшения технологии его производства.

карбид кремний электропечь сопротивление

Введение

Карбид кремния (карборунд) — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала — муассанита. Порошок карбида кремния был получен в 1893 году. Используется как абразив, полупроводник, искусственные драгоценные камни. Природный карбид кремния -- муассанит можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых типах метеоритов и в месторождениях корунда и кимберлита. Практически любой карбид кремния, продаваемый в мире, в том числе и в виде муассанитового украшения, является синтетическим. Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году в качестве небольшого включения в метеорите Каньон Диабло в Аризоне Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого и был назван минерал в 1905 году. Исследование Муассана о естественном происхождении карбида кремния было изначально спорным, потому что его образец мог быть загрязнён крошкой карбида кремния от пилы (в то время пилы уже содержали данное вещество).

Хоть карбид кремния и является редким веществом на Земле, однако, он широко распространен в космосе. Это вещество распространено в пылевых облаках вокруг богатых углеродом звезд, также его много в первозданных, не подверженных изменениям, метеоритах. Карбид кремния нашли в космосе и в метеоритах, почти исключительно, в форме бета-полиморфа. Анализ зёрен карбида кремния, найденных в Мерчисонском углеродистом хондритовом метеорите, выявил аномальное изотопное соотношение углерода и кремния, что указывает на происхождение данного вещества за пределами Солнечной системы: 99% зёрен SiC образовалось около богатых углеродом звёзд принадлежащих к асимптотической ветви гигантов. Карбид кремния можно часто обнаружить вокруг таких звезд по их ИК-спектрам. Из-за редкости нахождения в природе муассанита, карбид кремния, как правило, имеет искусственное происхождение. Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1600−2500 °C. Чистота карбида кремния, образующегося в печи Ачесона, зависит от расстояния до графитового резистора в ТЭНе. Кристаллы высокой чистоты бесцветного, бледно-желтого и зеленого цвета находятся ближе всего к резистору. На большем расстоянии от резистора цвет изменяется на синий или черный из-за примесей. Загрязнителями чаще всего являются азот и алюминий, они влияют на электропроводность полученного материала. Чистый карбид кремния можно получить с помощью так называемого процесса Лели, в котором порошкообразный SiC возгоняется в атмосфере аргона при 2500 °C и осаждается на более холодной подложке в виде чешуйчатых монокристаллов размерами до 2Ч2 смІ. Этот процесс дает высококачественные монокристаллы, в основном состоящие из 6H-SiC фазы (это связано высокой температурой роста). Улучшенный процесс Лели при участии индукционного нагрева в графитовых тиглях дает еще большие монокристаллы до 10 см в диаметре.

Кубический SiC, как правило, выращивается с помощью более дорогостоящего процесса — химического осаждения паров. Чистый карбид кремния также может быть получен путем термического разложения полимера полиметилсилана (SiCH3)n, в атмосфере инертного газа при низких температурах. Относительно CVD-процесса метод пиролиза более удобен, поскольку из полимера можно сформировать изделие любой формы перед запекания в керамику. Существует примерно 250 кристаллических форм карбида кремния. Полиморфизм SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами. Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем. Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определенной последовательности.

Альфа карбид кремния (б-SiC) является наиболее часто встречающимся полиморфом. Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.

Бета-модификация (в-SiC), с кристаллической структурой типа цинковой обманки (аналог структуры алмаза), образуется при температурах ниже 1700 °C. До недавнего времени бета-форма имела сравнительно небольшое коммерческое использование, однако, в настоящее время в связи с использованием его в качестве гетерогенных катализаторов интерес к ней увеличивается. Первыми электрическими системами из SiC были молниеотводы в электроэнергетических системах. Эти устройства должны были обладать высоким сопротивлением до тех пор пока напряжение между ними не достигнет определенного порогового значения VT, после чего их сопротивление должно упасть до более низкого уровня и поддерживать этот уровень, пока приложенное напряжение падает ниже VT.

Карбид кремния часто используется в качестве слоя из триструктурально-изотропного покрытия для элементов ядерного топлива в высокотемпературных газовых реакторах или в очень высокотемпературных реакторах. Карбид кремния обеспечивает механическую устойчивость к топливу и является основным барьером для диффузии продуктов деления. Карбид кремния выступает в качестве топлива для изготовления стали в конвертерном производстве. Он чище чем уголь, что позволяет сократить отходы производства. Также может быть использован для повышения температуры и регулирования содержания углерода.

Использование карбида кремния стоит меньше и позволяет производить чистую сталь из-за низкого уровня содержания микроэлементов, по сравнению с ферросилицием и сочетанием с углеродом. Естественная резистентность карбида кремния к окислению, а также открытие новых путей синтеза кубической формы в-SiC с большей площадью поверхности, приводит к большому интересу в использовании его в качестве гетерогенного катализатора. Эта форма уже использовалась в качестве катализатора при окислении углеводородов, таких как н-бутан, малеиновый ангидрид.

1 Аналитическая часть

1.1 Характеристика черного карбида кремния и область его применения

Карбид кремния SiC (природный минерал муассанит) из-за высокой твердости и превосходных абразивных свойств используется в основном для изготовления шлифматериалов. Его применяют также для изготовления карбидокремниевых огнеупоров на кремнезёмистой, алюмосиликатной и нитридной связках. По своим электрофизическим свойствам SiC занимает промежуточное положение между алмазом и кремнием. На основе карбида кремния получают нагреватели для печей сопротивления. В теплоэнергетики карборунд применяют в составе огнеупорных масс в качестве заполнителя для футеровки ошипованных экранов топок энергетических котлов. Плитками из карбида кремния футеруют гидроциклоны, которые применяют при обогащении железных, марганцевых и других руд. SiC используют для раскисления жидкой стали. Карбид кремния используют в составе композиционных жаростойких материалов[2].

Изучение фазовых равновесий в системе SiC — C было предметом многих теоретических и эксперементальных исследований, выполненных в разные годы и на различном методическом уровне и с применением различной аппаратуры. Данные о термодинамических свойствах SiC, фазовых равновесиях в системе SiC — C постоянно уточняются. Р. В. Олесински и Г. Дж. Аббашиан представили диаграмму состояния системы SiC — C и оценили стабильность SiC в зависимости от температуры и давления.

Рисунок 1.1 Диаграмма состояния системы Si — C

На диаграмме указано эвтектическое превращение при 1404 °C и перетектическое при 2545 °C. Оба эти превращения включают эквимолярное соединение SiC.

Термическим анализом, подкреплённым металлографическим и рентгеноструктурным исследованием, установлено, что в сплаве эвтектического состава при 1404 °C содержится 0,75 (мол.) С. Перитектическое превращение, определенное аналогичным способом, происходит при 2545 °C, включает SiC и жидкость с 27%. Нонвариантное перитектическое равновесие Ж + С-SiC протекает при 2818 К. Аналогичное по вариантности эвтектическое равновесие Ж-Si + SiC происходит при 1677 К. Состав газовой фазы над SiC сложный и зависит от температуры.

Суммарное давление газовой фазы над SiC при различной температуре может быть найдено из выраженияlgУp=27 400/Т + 9,78. Газовая фаза при 2000 К содержит (объемная доля, %): 86,5 Si, 6,1 SiС2. Температура кипения кремния определена равной 3227 °C, а температура сублимации углерода 3798 °C. Карбид кремния хорошо известен своими многочисленными политипами. Политипизм, являясь видом одномерного полиморфизма, несет в себе возможность соединяться в кристаллы различных модификаций, все из которых создаются присоединением идентичных элементарных слоев структуры с различной последовательностью упаковки. Соответственно размеры элементарной ячейки политипов являются постоянными в двух направлениях, расположенных в плане параллельно к слоям упаковки, и отличаются только в направлении, перпендикулярном этим слоем. Образование разнообразных политипов SiC объясняется с позиции дислокационной теории роста кристаллов. На монокристаллах карбида очень часто видны спирали с высотой ступенек, равной параметру элементарной ячейки.

Экспериментальные данные о диффузионных эффектах свидетельствует, что превращение должны протекать по механизму смещения слоев, контролируемому диффузией. Характер и распределение дефектов в кристаллах SiC, испытавших превращение, существенно различались. Плоские дефекты не проходили через весь образец, а оканчивались в объеме и ограничивались частичными дислокациями. Если превращение не охватило весь кристалл, то в областях в-SiC дефектная структура была идентична исходной. На границах б-SiC и в-SiC превращения скопления дефектов упаковки авторы наблюдали в плоскости (111) в-SiC, не совпадающей с плоскостью (0001) б-SiC[1]. Вторая особенность структуры в-SiC и б-SiC у этих границ заключается в том, что плотность дислокаций вблизи границ со стороны б-SiC существенно выше, чем на расстояние 10−20 мкм от границы. Идентификация дислокаций привела авторов к выводу, что в облости б-SiC они представляют частичные дислокации Шокли (ЧДШ) с вектором Бюргерса типа В = ?а (1100), а структура кристаллов в-SiC перестраивается посредством упорядоченного образования дефектов упаковки, ограниченных ЧДШ. Причем движение частичных дислокаций происходит бездиффузионно. Если возможно бездиффузионное зарождение, то переход будет протекать по деформационного их перемещения, требующего термической активации. Химизм процесса получения карбида кремния в общем виде может быть описан балансовой реакцией, Дж/моль:

SiO2 + 3С = SiС + 2СО; ДGТ° = 555 615−322,11 Т,

ДGТ° = 0 при 1725 К

1.2 Существующие схемы синтеза и обоснование выбранной технологии

Карбид кремния SiC (70% Si и 30% С), получаемый по электротермической технологии.

Благодаря сочетанию физических и физико-химических свойств (высоким значениям: температуры инконгруэнтного превращения («плавления») 2545С, твердости 9 единиц по шкале Мооса, кислотоустойчивости, электросопротивления, полупроводниковых характеристик и др.) широко используется в качестве абразивных инструментов и шлифматериалов, формованных огнепупорных изделий и масс, износостойких футеровочных плит, карбидкремниевых нагревателей в электропечах сопротивления, в составах жаростойких материалов и др.

Карбид кремния содержащий 96 — 99% Si называется черным и эффективно используется для изготовления инструмента из шлифзерна на всех связках для обработки заготовок из чугунов, цветных металлов и вольфрамовых твердых сплавов, шлифовальной шкурки для отделочных работ[3].

Карбид кремния в природе встречается очень редко, поэтому его получают путем восстановления кремния кремнезема (кварцевого песка) углеродом (нефтяного кокса) в электрических печах сопротивления.

Технология производства карбида кремния выглядит следующим образом: шихта, состоящая из кварцевого песка нефтяного кокса и возвратных материалов, загружается в электропечь сопротивления, представляющая собой самоходную тележку с установленными по ее торцам огнеупорными стенками с углеродистыми блоками (четыре блока сечением 400Ч400 мм каждый), представляющими токоподводящие узлы[2].

Рабочим электросопротивлением является слой кускового кокса (называемого керном), который укладывается при загрузке.

Рисунок 1.2 Самоходная электропечь сопротивления для получения карбида кремния: 1 — тележка; 2 — механизм передвижения печи; 3 — узел токопровода; 4 — торцовые стенки; 5 — съемные щиты; 6 — упорные стойки; 7 — шихта; 8 — керн.

Основные размеры загружаемого объема печи: длина 14,3 м; расстояние от пода печи до керна 1,05 м; толщина слоя шихты над керном 1,0 м. Первоначально загружают слой шихты на под печи, а затем на этот слой укладывают керн с последующей загрузкой остального количества шихты на сформированный керн и шихту на поде печи (рис. 1. 2).

Загруженная описанным способом электропечь при помощи установленного на раме печи электропривода перемещается к печному трансформатору мощностью 4000 кВА. Процесс получения карбида кремния ведется на напряжении на низкой стороне трансформатора 240−290 В при активной мощности 3400−3600 кВт. Общая продолжительность печи под токовой нагрузкой составляет 26−30 ч, после чего печь отключается от печного трансформатора и охлаждается на воздухе в течение 38−40 ч с последующим перемещением ее на участок разборки прореагировавшей шихты[4]. Наряду с целевым материалом карбидом кремния в ходе процесса образуются промежуточные продукты плавки, химические составы которых приведены в табл.1. 1

Таблица 1.1 Химический состав кускового карбида кремния и промежуточных продуктов при производстве карбида кремния (массовая доля, %)

Продукт

SiC

SiO2

Si

Al2O3

Fe2O3

CaO

C

Карбид кремния

98,5

0,2

0,1

0,2

0,55

0,1

0,4

Аморф

70−75

6−9

-

0,5

0,5

0,2

10−15

Сростки аморфа

65−70

16−32

-

1,0

0,7

0,5

12−25

Силоксикон

40−50

20−35

-

2,0−3,0

1,0

2,0

6−8

Возвратная шихта

20

35−50

-

0,30

0,3−1,0

0,2

25−30

Разборка печи ведется в определенной технологической последовательности. Первоначально снимается слабо прореагировавшая шихта, затем слои спека, силоксикона, сростки аморфа и собственно аморф, освобождая, таким образом для разборки собственно карбида кремния, который представлен кальцеобразным слоем вокруг керна. Охлажденный слой карбида кремния в виде сросшихся друзд (кусков) извлекается из печи, сортируется по внешним признакам качества. На этом этапе заканчивается технологический цикл электротермии карбида кремния.

Для получения товарных порошков карбида кремния различной зернистости, куски карбида кремния подвергают дроблению, измельчению, рассеву, магнитному и химическому обогащению с целью удаления частиц железа, поступающих из стальных шаров и стержней при помоле материала карбида кремния и корольков кремния и кремнистого ферросплава. Химическое обогащение ведут в две стадии: на первой в растворе NaOH, а на второй — в H2SO4.

Производство карбида кремния сопровождается образованием большого количества СО, который дожигается до СО2 в основном в верхних слоях шихты и над шихтой. Содержащаяся в нефтекоксе сера окисляется до SO2. На 1 т карбида кремния образуется от 40 до 60 кг пылегазовых выбросов пыли со средним содержанием твердого вещества 50 мг/м3. Общее водопотребление при производстве карбида кремния составляет 10−15 м3/т. Основная часть сточных вод после механической обработки карбида кремния очищается от взвеси твердых частиц и возвращается в оборотный цикл водоснабжения.

Отвальным продуктом является часть возвратных материалов, в которых содержание примесных оксидов превышает допустимые предельные значения. Эти материалы также могут использоваться для производства описанным электротермическим способом металлургического карбида кремния.

1.3 Теоретические основы получения чёрного карбида кремния

Существуют две кристаллические модификации карбида кремния -SiC и -SiC. Относительно низкотемпературная модификация -SiC имеет гранецентрированную кубическую решетку (= 0,436 нм). При температуре 2100С и выше -SiC превращается в высокотемпературную модификацию -SiC, имеющую слоистую структуру с гексагональной решеткой. В промышленности и технике используют в основном -SiC поэтому ниже приведены свойства и технология получения карбида кремния этой модификации.

Теплота образования карбида кремния из элементов кДж/моль, теплоемкость Дж/(мольК), энтропия Дж/(мольК).

В системе Si-C образуется единственное химическое соединение SiC, называемое карборундом. Это соединение не плавится, а перитектически превращается при 2545С с образованием раствора углерода в жидком кремнии и графита. Зависимость изменения энергии Гиббса реакций образования SiC из элементов от температуры описывается уравнением

SiT + CT = SiCT; Дж/моль,

Siж + CT = SiCT; Дж/моль.

С повышением температуры термодинамическая прочность SiC уменьшается[3].

Карбид кремния в природе встречается очень редко, поэтому его получают путем восстановления кремния кремнезема (кварцевого песка) углеродом (нефтяного кокса) в электрических печах сопротивления. Химизм процесса в общем виде описывают балансовой реакцией SiO2+3C=SiC+2CO,

Дж/моль.

Теоретическая температура начала реакции (то есть условия равновесия реакции при РСО = 101,3 кПа) равна 1725К (1452С). Реально процесс получения карбида кремния происходит с участием газообразного монооксида SiOгаз. Поэтому термодинамический анализ условий получения SiC ведется с учетом реакций образования SiOгаз и взаимодействия его с углеродом до SiC. В промышленном карбиде кремния, как продукте восстановительных процессов, протекающих в шихте, состоящей из кварцевого песка и нефтекокса, присутствуют корольки чистого кремния. Наличие фазы чистого кремния объясняют восстановлением кремнезема до кремния или, что более вероятно, диспропорционированием метастабильного ниже 1870С SiOгаз по реакции

2SiOгаз Si + SiO2.

Для полноты термодинамического анализа процесса получения карбида кремния, необходимо рассматривать температурные условия равновесия приведенных ниже шести реакций:

SiO2 + C = SiOг + СОг; (1)

2SiO2 + SiC = 3SiOг + СОг; (2)

SiO2 + 2C = SiС + СОг; (3)

SiO2 + Siж = 2SiОг; (4)

SiOг + SiC = 2Siж + СОг; (5)

SiOг + C = Siж + CO; (6)

Результаты термодинамических расчетов представлены на рис. 3 в координатах. Область стабильного существования SiC ограничена реакциями (1), (3) и (5), а кривые 1−6 описывают равновесие реакций и характеризуют условия сосуществования (при определенных значениях и температур) следующих фаз:

Линия

1

2

3

4

5

6

Сосуществующие конденсированные фазы

SiO2 и С

SiO2 и SiС

SiС и С

SiO2 и Si

SiС и Si

Cи Si

В точках пересечения линий с газовой фазой сосуществуют следующие конденсированные фазы:

Точка пересечения

А

Б

В

Сосуществующие фазы

SiO2, SiС, С

SiO2, SiС, Si

SiC, Si, С

Рисунок 1.3 Диаграмма термодинамической стабильности фаз в системе Si-O-C в зависимости от температуры и логарифма отношения РSiOСО, области: I — кремнезема; II — твердого углерода; III — карбида кремния; IV — кремния.

2 Основная часть

2.1 Характеристика шихтовых материалов и расчет шихты

Высокие требования к качеству карбида кремния промышленного производства обусловливают необходимость использовать исходные шихтовые материалы с низким содержанием примесных оксидов в кварцевом песке Al2O3 не более 0,45%, Fe2O3 не более 0,45%, Fe2O3 не более 0,35% и в нефтяном коксе золы не более 0,3%. Наряду с исходными в шихту используются возвратные материалы от предыдущих процессов (плавок).

В условиях ОАО «ЗАК» для получения карбида кремния используют кварцевый обогащенный песок Глуховецкого месторождения (I) и кварцевый формовочный песок Гусаровского месторождения (II). Массовые доли полезного компонента SiO2 и примесей должны соответствовать нормам ТУ 21−25−249−82 для I и ТУ 2. 036−743−84 для II.

Норма количества влаги в песке (< 5%) не является браковочным признаком и служит для расчета потребителей песка с его поставщиками. Основной задачей стадии подготовки кварцевого песка к процессу является отмывка глинистых примесей гидроксилов железа, а также кальцита СаСО3 с примесью магнезита MgCO3. Требованиями Т У к качеству песков содержание СаО и MgO не регламентировано из-за стабильного его количества, однако сумма CaO + MgO не должна превышать 0,2%, как это предусматривается нормами ТУ 2−03−837−80 на орловские обогащенные кварцевые пески. Допустимая массовая доля А12О3 в кварцевых обогащенных песках Глуховецкого и Гусаровского месторождений должна быть < 0,3%. Повышенное содержание А12О3 в исходных и возвратных материалах также регламентировано, так как с повышенной концентрацией Аl2О3 связывают затемнение зерен карбида кремния[5].

В качестве восстановителя в производстве карбида кремния используют нефтяной кокс. Доля углерода, вносимого лузкой и древесными опилками, сравнительно невелика; в состав замешки (колоши) по одному из типовых рецептов на 153 кг нефтяного кокса, 230 кг кварцевого песка задается 30 кг лузги, содержание углерода в которой составляет 20%. Таким образом, с лузгой вносится 6 кг твердого углерода, еще более низкое содержание твердого углерода в древесных опилках (< 15%). Нефтяной кокс используется не только как углеродистый восстановитель, но и как проводник тока. Крупные фракции нефтяного кокса идут на приготовление керна (рабочего сопротивления). И все же основные требования к нефтяному коксу предъявляются как к компоненту шихты, обеспечивающему восстановление SiO2 до SiC по реакции SiO2 + 3C = SiC + 2CO. Нефтяной кокс и кварцевый песок должны вносить по возможности меньшее количество минеральных примесей и особенно Fe2O3, A12O3, MgO, CaO и соединении серы.

Высокие требования к качеству конечной продукции (шлиф — зерну и шлифпорошкам из карбида кремния) и многофакторная связь качественных показателей с химическим составом шихтовых материалов обусловливают необходимость тщательного контроля исходных и возвратных шихтовых материалов, а также всего технологического цикла с использованием автоматических средств контроля. Нарушение параметров процесса на каждой стадии может непоправимо сказаться на качестве т выходе стандартного продукта и технико-экономических показателях производства.

Кварцевые пески. В условиях ОАО «ЗАК» для получения карбида кремния используют кварцевый обогащенный песок Глуховецкого месторождения (I) и кварцевый формовочный песок Гусаровского месторождения (II). Массовые доли полезного компонента SiО2 и примесей должны соответствовать нормам, приведенным ниже, % (ТУ 21−25−249−82 для I и ТУ 2. 036−743−84 для II):

Массовая доля, %

SiO2 > 98 > 98

Fe2O3 — < 0,35

Al2O3 — < 0,45

Каолин <2 —

Влага <5 < 5

Мелочь фракции, мм:

< 0,25 <5 —

< 0,315 — < 10

< 0,22 — < 2

Нефтяной кокс в качестве восстановителя в производстве карбида кремния используют нефтяной кокс. Доля углерода, вносимого лузкой и древесными опилками, сравнительно невелика; в состав замешки (колоши) по одному из типовых рецептов на 153 кг нефтяного кокса, 230 кг кварцевого песка задается 30 кг лузги, содержание углерода в которой составляет 20%. Таким образом, с лузгой вносится 6 кг твердого углерода, еще более низкое содержание твердого углерода в древесных опилках (< 15). Нефтяной кокс используется не только как углеродистый восстановитель, но и как проводник тока. Крупные фракции нефтяного кокса идут на приготовление керна (рабочего сопротивления). И все же основные требования ж нефтяному коксу предъявляются как к компоненту шихты, обеспечивающему восстановление SiO2 до SiO по реакции SiO2 + ЗС = SiС + 2СО. Нефтяной кокс и кварцевый песок должны вносить по возможности меньшее количество минеральных примесей и особенно Fе2O3, А12O3, МgО, СаО и соединений серы. Важными показателями качества углеродистого восстановителя, хотя и не регламентируемыми нормативными документами, являются его реакционная способность по отношению к СO2 и SiO2 и удельная электрическая проводимость (УЭП). Восстановитель должен иметь высокую реакционную способность и вместе с тем сравнительно низкую удельную электрическую проводимость. Сочетание этих свойств наиболее четко проявляется в древесном угле. Величина УЭП различных углеродных восстановителей существенно (на несколько порядков) различается при сравнительно низких температурах, а свыше 800−1000°С величины УЭП для всех указанны восстановителей сближаются. Нормы допустимого содержания примесей в определенных марках нефтяного кокса регламентированы ГОСТ 22 898–78 с учетом требований алюминиевой и электродной промышленностей. В производстве карбида кремния используют нефтяной кокс марок КНКЭ (кокс нефтяной крекинговый электродный), КЗ 8 и КЗ 0:

Массовая доля, %: КНКЭ КЗ 8 КЗ 0

влага 3 3 3

летучих 6,5 9 11,5

золы 0,3 0,6 0,8

серы 1 1,5 1,5

мелочи фракции, мм:

< 25 4 — -

<8 — 10 —

Истираемость, % 13 — -

Действительная плотность после

прокаливания при 1300 °С

с течение 5 ч, г/см2 2,08−2,13 2,08−2,13 —

Прокаленный при температуре 1300 °C нефтяной кокс состоит в основном из элементов, %: 89−97 С; 1,2−9,4 Н и 0,4−1,0 S.

Подготовка нефтяного кокса к процессу получения карбида кремния на абразивных заводах включает сушку, дробление и рассев по фракциям[6].

Возвратные материалы. Зональное развитие восстановительных процессов по сечению печи обусловливает образование кроме карбида кремния частично прореагировавшей шихты. Ближе к керну на границе с крупнокристаллическим карбидом кремния получается мелкокристаллический карбид кремния, называемый аморфом. При разборе и сортировке продуктов плавки образуются возвратные материалы, к которым, относится, прежде всего, возвратная шихта. Она отличается от первичной шихты несколько измененными соотношениями в результате удаления влаги и летучих веществ, выгорания углерода на поверхности, а также перемещения в печи поваренной соли под воздействием температуры. К возвратным материалам относятся также силоксикон, аморф и графитированный керновый материал. Примерный химический состав этих материалов приведен в табл.2.1. Сростки с верха и боков печи тщательно отделяются и удаляются в отвал. В связи с этим ниже рассматриваются вопросы подготовки к процессу возвратной шихты, аморфа и прографитированного материала.

Таблица 2.1 Химический состав крупнокристаллического кускового карбида кремния и промежуточных продуктов при производстве зеленого карбида кремния (массовая доля, %)

Продукт

SiC

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

C

Si

П.п.п.

Карбид кремния кусковой

97,82

0,12

0,92

0,48

0,3

0,26

-

0,17

Аморф

71,54

9,21

0,78

0,82

0,74

0,47

15,05

0,16

0,5

Сростки аморфа с силоксиконом

70,11

13,45

1,33

0,69

4,6

0,26

0,03

-

Силоксикон

36,5

35,14

3,6

0,52

2,3

14,65

6,98

-

-

Шихта

11,14

45,4

0,3

0,55

1

0,47

31,5

-

0,8

Таблица 2.2 Химический состав шихтовых материалов

Материалы

SiO2

Fe2O3

Al2O3

СaO

MgO

примеси

C

влага

Кварцевый песок

98,8%

0,3%

0,38%

0,1%

0,1%

0,32%

-

5%

Зола нефтяного кокса

45,6%

14,2%

24,3%

4,8%

5,7%

5,4%

-

-

Нефтяной кокс

Зола (Ас) = 0,32%; Летучие = 4,68%; Сера = 1%; 94% 3,1%

Лузга

Зола (Ас) = 0,25%; Летучие = 74,7%;

25%

16%

Необходимо углерода на восстановление оксидов золы нефтяного кокса:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO 100 0. 320. 456 = 0. 0876 кг;

2/3Al2O3 + 3C = ½Al4C3 + 2CO 1000. 320. 243 = 0. 0412 кг;

2FeO + 8/3C = 2/3Fe3 + 2CO 1000. 320. 128 = 0. 0091 кг;

2CaO + 6C = 2CaC2 + 2CO 1000. 320. 048 = 0. 0099 кг;

Всего: 0. 14 кг.

Активный углерод в 100 кг нефтяного кокса

Сакт.н.к. = Сн.к. — 0,14 = 93,86 кг,

Сн.к = 93,86%.

Количество углерода, которое необходимо для восстановления кремнезёма из 100 кг кварцевого песка.

Скв = SiO20. 95 + SiO20. 05.

Cкв = 98. 80. 95 + 98. 80. 05 = 56.8 кг,

Где 0,95 — доля восстановления SiO2 до SiC;

0,05 — доля восстановления SiO2 до SiC.

Необходимо углерода из расчета его окисления кислородом

С = кг,

где 0,985 доля использования углерода на процессии восстановления.

Необходимо нефтяного кокса

кг.

Образовалось карбида кремния из кварцевого песка

SiCкв = 98,80,95 = 62,57 кг.

Образовалось карбида кремния из золы нефтяного кокса

кг.

Всего карбида кремния образовывается

SiC = SiCкв + SiCн.к. = 62,57 + 0,06 = 62,63 кг.

Расчет количества кварцевого песка и нефтяного кокса, необходимых для синтеза 1 т карбида кремния (98,5% SiC)

Кварцевый песок

Qкв = кг,

Нефтяной кокс

Qн.к. = кг.

Расчет количества кварцевого песка и нефтяного кокса, необходимых для образования обратной шихты и побочных продуктов при работе печи на свежей шихте.

Всего образовывается карбида кремния

Нужно кварцевого песка для образования SiC

Qкв. SiC = кг,

где 985 — кол-во SiC в 1 т карбида кремния, кг.

Количество кремнезема в обратной шихте и побочных продуктов

SiO2об = 985 (3,10,54 + 0,40,07 + 0,070,055 + 0,020,505) = 1690,2 кг.

Необходимо кварцевого песка

Qкв. об. = кг.

Всего кварцевого песка в шихте

Массовая доля углерода в обратной шихте и побочных продуктах

МСТВ = МобСтв. об + МамСтв. ам + МсСтв. с + МсСтв + Мгр =

9853,10,31 + 9853,10,31 + 9850,40,115 + 9850,070,06 + 9850,020,25 + 9850,003 = 1003,8 кг.

Необходимо нефтяного кокса на углерод обратной шихты и побочных продуктов

Мн.к = кг.

Всего нефтяного кокса

кг.

Пребывание количества распушивателя в шихте

кг

Принимаем для последующих расчетов 150 кг.

Проверочный расчет углеродного модуля реакционной шихты

Таким образом, проведенные расчеты углеродного модуля реакционной шихты показали, что по своему значению он значительно ниже практического уровня (38%). Поэтому Мшс необходимо скорректировать до уровня 38%.

Скорректированная величина углеродного модуля за счет нефтяного кокса

Где Х (Qшн. к) — общее количество нефтяного кокса в шихте с Мшс = 38.

5813,1Х = 16 841 954, Х = 2897,2 кг.

Всего нефтяного кокса в шихте

кг.

Удельные расходы исходных шихтовых материалов для производства карбида кремния черного. Удельный расход новых материалов реакционной шихты на 1 т карбида кремния, кг:

— кварцевый песок — 4547,7;

— нефтяной кокс — 2597,2;

— лузга подсолнечника — 150.

Расчет газов, летучих и влаги.

Количество СО, который образуется при формировании кристаллов

карбида кремния

кг.

Количество СО, который образовывается при окислении углерода оксидами золы нефтяного кокса и лузги подсолнечника

кг.

Образовывается СО

2485,7+9,6=2495 кг.

Угар шихты углерода

(2897,20,9386 + 1500,25) 0,015 = 41,4 кг.

Образовывается СО2

41,4 кг.

Количество SO2, что образовывается при окислении серы

кг.

Необходимо кислорода для окисления 41,4 кг углерода и серы (образование 57,9 кг SO2)

кг.

Доля азота, которая сопутствует 139,4 кг кислорода

кг.

Расходуется кислорода

193,4 + 466,7 = 606 кг.

Всего образуется газов

2495 + 151,6 + 57,9 + 466,7 = 3171,2 кг.

Образуется летучего SiO

кг.

Количество летучего шихтового материала

2897,20,0468 + 1500,744 = 247,2 кг.

Влага шихтовых материалов

4547,70,05 + 28 970,031 + 1500,16 = 341,2 кг.

Влага для увлажнения шихты

Расходы воды для увлажнения шихты в промышленных условиях составляют 30 — 35% от выхода карбида кремния. Принимаем 30%.

10 000,3 = 300 кг.

Всего внесено влаги

341,2 + 300 = 641,2 кг.

Таблица 2.3 Материальный баланс производства 1 т карбида кремния черного на свежей шихте

Задано

Получено

Материалы

кг

%

Продукты

кг

%

Кварцевый песок

4547,7

51,43

Карбид кремния

1000

11,31

Нефтяной кокс

2897,2

32,77

Шихта (обратная)

3054

34,54

Лузга

150

1,7

Аморф

394

4,46

Сростки

69

0,78

Воздух для окисления углерода, кокса и серы

606

6,85

Силоксикон

20

0,23

Влага шихтовых материалов

341,2

3,86

Графит

3

0,03

Вода для увлажнения шихты

300

3,39

Потери карбида кремния

20

0,23

Газы

3172

35,87

Летучие

412

4,66

Пар

641

7,25

Несогласованность

57

0,64

Итого

8842,1

100

8842,1

100

2.2 Расчет основного оборудования и выбор агрегатов

Фазная мощность определяется из формулы:

,

Значение cos для данного типа печей равно 0,9. Коэффициент использования времени Кв можно принимать равным 0,91, коэффициент использования мощности Км = 0,85, q = 7500 кВт ч/т.

кВА.

Для определения геометрических параметров керна используют следующую зависимость

,

кВА.

где S — мощность печной установки и — электрический к.п.д. который равен 0,9.

Можем найти поперечное сечение керна b и его длину l по формуле:

,

см.

где удельное сопротивление материала керна = 0,1; - номинальная удельная мощность на керне и она равна 6, h — высота керна, которую принимают равно 30 см., Ккон = 1 и Uнач — максимально допустимое напряжение на керне в начале процесса, которое равно 350 В.

,

см.

2.3 Краткая характеристика самоходной печи сопротивления

Самоходная печь сопротивления (рис. 1.2.) состоит из подины гамачного типа и двух торцовых стенок 4, в которых находятся электроды 3. Последние выполняются из углеродных блоков длиной 1500 мм и сечением 400X400 мм (ТУ 48−12−18−77).

При помощи этих электродов к керну 8 подводится ток. Керн печи выкладывают из исходного и прографитированного нефтяного кокса. Основанием подины является платформа 1, сваренная из швеллеров. Она имеет ходовую часть, состоящую из восьми колесных пар 6. На поперечных швеллерах платформы устанавливают чугунные спаренные колосники подины (донные и боковые), образующие каркас в виде гамака. Для создания электроизоляции между металлом и чугунными колосниками последние укладывают на шамотный кирпич. Образованный каркас изнутри футеруют шамотным кирпичом всухую. На верхние закраины подины устанавливают с разрывами боковые щиты 5 из чугунного литья[5].

Разрывы между щитами закладывают шамотным кирпичом всухую для предупреждения шунтирования тока боковыми стенками. Торцы печи выполняют в виде железобетонного каркаса, заполненного внутри шамотной кладкой, в которую вмонтированы рабочие электроды и изоляционные электроды из угольных блоков длиной 1600 и 600 мм, сечением 400×400 мм (по ТУ 48−12−11−77). Изоляционные электроды предохраняют рабочие электроды от окисления и кирпичную кладку торца от разгара. Для передвижения печи на передней платформе смонтирован электропривод 2. Электрическое напряжение к электродам печи подается через контактные устройства, состоящие из медных плит с приваренными медными накладками и бронзовых колодок, в пазы которых вводятся клеммы гибких поводков короткой сети.

Электрическая схема питания печи осуществляется от однофазного трансформатора (рис. 2. 1). Печной трансформатор типа ЭОЦН 8200−10 имеет установленную мощность 4000 кВ-А, допустимую силу тока в обмотке высокого напряжения с учетом перегрева < 400 А. Напряжение с высокой стороны 10,5 — 11 кВ, с низкой -- 408 — 206 В (17 ступеней изменения напряжения).

Рисунок 2.1 Принципиальная электрическая схема включения печи сопротивления для получения карбида кремния мощностью 4000 кВ·А:

1 — шипы высокого напряжения, 2 — воздушные разъединители, 3 — масляной выключатель, 4 — измерительные трансформаторы тока, 5 — печной трансформатор, 6 — плавкие предохранители, 7 — вольтметры для измерения линейного и фазового напряжения.

Операция переборки пода печи с заменой просоленного кирпича производится один раз в месяц на каждой печи, т. е. один раз после 4−6 кампаний, с выкладкой трех поясов[7]. Для создания хорошего контакта с керном зачищают поверхности рабочих и изоляционных электродов.

Загрузка печи шихтой включает ряд операций, выполнение которых должно производиться в полном соответствии с технологической картой процесса на зеленый или черный карбид кремния. Первоначально подают шихту в печь, устанавливают секции керновых щитов вдоль печи, производят подачу шихты в печь за щитки, затем загружают и разравнивают кварцевый песок, на который укладывают керн. Переходные контакты керн-электрод выполняют из графитированного нефтяного кокса. По окончании укладки керна и устройства переходных контактов на керн подают песок. Слои всех материалов разравнивают, вынимают при помощи электрической тали керновые щиты и подают шихту слоем 8−10 см и аморф. Заканчивают загрузку подачей шихты на верх печи.

2.4 Последовательность технологических операций синтеза черного карбида кремния

2.4.1 Дозировка и подача шихтовых материалов

Химизм процесса получения карбида кремния в общем виде описывается балансовой реакцией восстановления SiO2 углеродом: SiO2 + 3С = SiС + 2СО. Из 60 массовых единиц SiO2 и 36 углерода получается 40 единиц SiС и 56 СО. В практике производства карбида кремния принят модуль Мс (отношение), представляющий собой массовую долю твердого углерода в составе шихты, %. Для реакции SiO2 + ЗС = SiС + 2СО теоретическое значение Мс рассчитывается по выражению Мс = 12·3 X 100/ [60+ (12·3)] = 37,5. Поскольку углерод и кремнезем в шихту для загрузки печей поступают с различными материалами, углеродный модуль можно записать в виде Мс = УС/(УС + У SiO2).

При получении карбида кремния потери SiO2 невелики и поэтому использование кремнезема принимают равным 100%. Углерод, напротив, окисляется кислородом воздуха и влаги. В связи с этим модуль Мс всегда выше теоретического значения 37,5. При получении зеленого карбида кремния модуль Мс принимают равным 39,0 т. е. шихта содержит избыток углерода на 1,34% по сравнению с теоретически необходимым[9].

Расчет шихты ведется на одну замешку (колоши) массой 950−1000 кг. Всего в печь на одну загрузку расходуется до 46 замешек. Полный расчет шихты ведется при составлении материальных и тепловых балансов кампании (плавки) печи. Текущий технологический расчет шихты для ежедневной практики существенно упрощается. На основании многолетнего опыта составляется замешка из всех компонентов шихты, принимая во внимание количество возвратных материалов, кроме нефтяного кокса. Зная химический состав входящих в замешку «компонентов шихты и их массу, рассчитывают необходимое количество нефтяного кокса при принятом модуле шихты по углероду.

Для выполнения расчетов необходимо прежде всего располагать данными о массовой доле (%) кремнезема, углерода и влаги в каждом компоненте шихты. По данным ОАО ЗАК, SiO2 содержание в кварцевом песке принимают равным 99,0%, в возвратной шихте 52,0%, в аморфе 14,7%. Количество углерода в возвратной шихте 32,0%, в лузге 20,0%, в аморфе 15,5%. Содержание в нефтекоксе: твердого углерода 90,5%, золы 0,5%, влаги 0,3% и летучих веществ 8,5%. Количество соли в возвратной шихте принимают равным 0,5%.

Состав замешки принимают следующий, кг: кварцевый песок 250, возвратная шихта 500, лузга 30, аморф 100, кварцевый песок к керну 22 кг. Далее рассчитывают общее количество вносимых компонентами шихты SiO2 и С[19].

Поваренную соль дозируют с учетом принятого для данного процесса получения зеленого карбида кремния ее массового содержания в шихте, обычно равного 6,0%. В рассматриваемом случае масса замешки без добавки поваренной соли, равная 913 кг, все же содержит некоторое количество ее, поступающее с возвратной шихтой, в которой имеется 5% соли. При навеске возвратной шихты 500 кг в состав замешки она вносит 25 кг соли. Тогда дополнительно необходимо ввести в замешку еще 33 кг поваренной соли. На основании произведенных аналогичных расчетов технолог цеха выписывает рецепт с указанием состава шихты, по которому взвешивают компоненты. По приведенному выше расчету состав замешки будет следующий (кг): кварцевый песок 270, нефтяной кокс 153, возвратная шихта 500, лузга 30 и поваренная соль 33.

Операции взвешивания компонентов и приготовление шихты выполняют на участке загрузки шихты в печь. Нефтяной кокс из бункеров 1 подается ленточным транспортером 2 на галерейный ленточный конвейер 3 и далее системой ленточных конвейеров 4 5 и 6 участка загрузки в бункеры 7 (V=12 м3) над весами. Смесь обогащенных кварцевых песков из бункера 8 транспортирующими лотками 9 направляется на ленточный транспортер 3 и далее системой конвейеров передается в бункеры для кварцевого песка 10 (V = 24 м3) над весами. Возвратная шихта из бункеров участка подготовки возвратов конвейером II и элеватором 12 передается на галерейный ленточный конвейер 13, а оттуда конвейерами подается в бункеры 14, над весами 17 (V = 24 м3). Аналогично транспортируется аморф. Поваренная соль и опилки (или лузга) после отделения крупной фракции на сетке транспортирующего лотка 9 передается на конвейер 2 и затем системой конвейеров в бункеры 15 (V=12 м3) над весами.

Сдозированная шихта поступает в бункеры 16, затем последовательно в смесители 18, емкости 19 и посредством питателей 20 и транспортеров 21−24 направляется на участок загрузки печей сопротивления 26. Добавки кварцевого песка для корректировки могут подаваться через емкость 25[5].

Рисунок 2.2 Технологическая схема потоков шихтовых компонентов, подготовки замешек и загрузки печей при получении зеленого карбида кремния: А — поваренная соль; Б — древесные опилки; В — кварцевый песок; Г — аморф; Д — возвратная шихта; Е — нефтекокс.

Управление дозированием и смешиванием компонентов шихты осуществляется устройством многокомпонентного дозирования УМД-1, имеющего следующие технические данные: максимальное количество дозируемых компонентов 6; количество рецептов дозирования 2; массовые значения и последовательность дозирования компонентов в рецептах различны и находятся в следующих пределах, кг:

Рецент «шихта»

Возвратная шихта 450 — 550

Поваренная соль 15 — 60

Кварцевый песок 200 — 300

Опилки 25 — 30

Нефтяной кокс 180 — 230

Рецепт «Аморф»

Аморф 800 — 900

Поваренная соль 40 — 50

Кварцевый песок 200 — 300

Устройство УМД-1 может работать в непрерывном автоматическом, цикличном и ручном режимах. УМД-1 питается переменным током от сети напряжением 220 В. Потребляемая мощность не более 500 Вт.

2.4.2 Ведение процесса синтеза

Печь предыдущей кампании, после окончания процесса отключают от короткой сети и перегоняют с помощью травесной
тележки на участок остывания перед разборкой. На освободившееся место устанавливают новую загруженную печь и подключают ее к короткой сети. Для этого в лазы контактного устройства печи вводят клины (всего 16 контактов) укрепленные на концах гибких поводков, соединенных с шинной отводкой. Контакт достигается через прижимную пасту с помощью винта[20].

Через 40 — 50 мин после подключения печи начинают выделяться пары и газы (СО и др.). С помощью зажженного факела газы поджигаются. По ходу процесса газы выделяются интенсивно, а факелы имеют голубой цвет. По мере развития восстановительных реакций и накопления карбида кремния происходит усадка шихты, уменьшается газовыделение, изменяется цвет пламени (факелов) с голубого до желтого. Нарушение хода процесса проявляется в факелении, т. е. сосредоточенный выброс паров и газов вследствие прорыва их на отдельных участках печи из-за нарушения целостности керна, уменьшения газопроницаемости шихты, неравномерного нагрева по длине керна и др.

Факеленне устраняют подачей влажной шихты, спеков соли и силоксикона. В крайнем случае для тушения факела отключают печь на время не менее 40 мин, деревянным шестом разгребают на 30 — 40 см вглубь верхний слой шихты, затем забрасывают образовавшийся провал спеками соли и силоксикона, а сверху засыпают увлажненной шихтой[11]. После завершения операции по устранению факеления печь включается для продолжения процесса. Нарушением процесса также является вытекание расплавленной поваренной соли, так как она может вызвать оплавление шамотной кладки, разрушение металлоконструкций и т. д. Потеки соли должны удаляться из-под печи. Задаваемыми параметрами электрического режима процесса получения карбида кремния являются установленный расход электроэнергии на кампанию 80±1 МВтч мощность в зависимости от времени кампании и качества кварцевых песков, ток высокой стороны трансформатора (< 400 А) и напряжение низкой стороны трансформатора (240−290 В):

Время от начала кампании, ч 0 — 8 8 — 12 12 — 18 8 — 24

Среднечасовая мощность, кВт

Заданная мощность выдерживается автоматической регулировкой хода печи. Нормально работающая печь должна набрать заданную мощность за 20 — 30 мин. По окончании кампании подсчитывают продолжительность пребывания печи под током, среднечасовую мощность и длительность простоев.

2.4.3 Разборка печей и сортировка блока карбида кремния

После окончания процесса печь охлаждается на воздухе перед операцией разборки. Время остывания с боковыми щитами; 38−40 ч. Цель операции разборки — очистить блок карбида, кремния от непрореагировавших материалов[10].

По окончании остывания печь передвигают по обгонному пути к месту горячей разборки. Мостовым краном снимают боковые щиты и очищают от шихты, после чего снимают кирпич с проемов печи, удаляют скребером и укладывают в металлическую тару. Верхнюю корку спекшейся шихты и силоксикона снимают клещами, затем извлекают металлические стойки. Снятые с печи шихта и спеки охлаждают водой и вывозят на свалку. Возвратную шихту направляют на подготовку для последующих кампаний. После разборки печь подают на участок водяного охлаждения. Блоки сначала охлаждают на воздухе в течение 6 ч, а затем — на стационарных установках. Поливка блока продолжается 45 мин, затем следует выпаривание в течение 15 мин. Цикл «поливка — выпаривание» повторяется 4 раза. После четвертого цикла перед сортировкой печь выдерживают не менее 6 ч.

Стадией сортировки блока заканчивается цикл получения карбида кремния в кусках. При сортировке блоки карбида кремния очищают от мелкокристаллической части (аморфа), сростков аморфа с силоксиконом, кернового кокса и графита. Отсортированный карбид кремния по внешнему виду должен соответствовать образцам витрины, а по химическому составу и крупности — требованиям СТП 10−13. 1−2. 15−84. Размер кусков карбида кремния после сортировки для производства шлиф- материалов не должен превышать 400 мм, для товарного карбида кремния — 300 мм.

Карбид кремния сортируют на стационарных столах. Снятые с верха блока сростки аморфа с силоксиконом загружают в тару, после чего к сортировочным столам устанавливают металлические емкости (V=3 м3) для сбора отсортированного карбида кремния. Верхнюю часть блока карбида кремния взламывают и разворачивают на столы, при этом с внутренней поверхности куска снимают приставший слой графита. Большие куски карбида кремния разбивают металлическими щетками, очищают от графита, аморфа и загружают в металлические емкости. Керновой материал извлекают из печи мостовым краном и загружают в металлические кюбели с раскрывающимся дном (V=1,5 м3). Нижнюю часть блока карбида кремния кусками помещают на столы вместе с аморфом и после очистки также загружают в металлическую емкость[14].

Отсортированный карбид кремния в емкостях взвешивают и передают на участок крупного дробления. Качество карбида кремния определяется химическим составом шлифзерна зернистостью 40, высеянного из пробы, отобранной после среднего дробления. Товарный карбид кремния принимают партией не менее 80 т, отсортированного в течение одной смены.

2.4.4 Воздушная сепарация и рассев шлифматериала

Воздушная сепарация. Высушенный материал из барабанной сушилки подается вибрационным транспортером 52 в приемник пневмотранспортера 53, оттуда в смеси с воздухом по всасывающей трубе направляется в воздушный сепаратор 55. Разрежение в трубе пневмосепарагора создается с помощью вентилятора 54. В воздушном сепараторе происходит разделение потока материала на две фракции > 160 и < 160 мкм. Воздушная смесь с фракцией < 160 мкм поступает в батарейный циклон 56 (группа из двух циклонов типа НИИОГАЗ ЦН-15), в, котором выделяются также две фракции: первая < 160 и > 63 мкм и вторая < 63 мкм. Из батарейного циклона первая фракция (< 160 и > 63 мкм) поступает самотеком в бункер 57 исходного материала для получении шлифпорошков.

Воздушная смесь с фракцией < 63 мкм из батарейного циклона поступает в мокрый циклон 58 (СИОТ тип П) с форсунками для распыления воды и слива осевшей воды[12]. Слив мокрого циклона сбрасывается в шламовую канализацию, а очищенный воздух вентилятором 54 (тип ЦВ-18) выбрасывается в атмосферу. Разгрузка воздушного сепаратора 55 (фракции > 160 мкм) вибрационным транспортером 59-подается в бункер 60, оттуда самотеком направляется на барабанный сепаратор 61 для магнитного обогащения. Воздушная сепарация ведется при следующих режимах: содержание фракции > 160 мкм в разгрузке сепаратора «5%, содержание фракции < 160 мкм в разгрузке циклона < 25,0%, количество твердого в сливе мокрого циклона < 2,0 г/литр, а давление воды, подаваемой в мокрый циклон, — 0,2−0,4 МПа.

Магнитное обогащение. Магнитная сепарация предназначена для удаления магнитных примесей, представляющих собой различные железистые включения в кристаллах карбида кремния, железистые пленки на поверхности кристаллов, а также частицы, попадающие за счет износа футеровки и стержней мельниц.

Обогащение фракции > 160 мкм. Магнитный материал барабанного сепаратора направляется в бункер 62, из которого по мере накопления вывозится в отвал. Немагнитный материал валкового сепаратора поступает в бункер 83, из которого направляется на шестидечный грохот 84 для рассева на зернистости 12−6. Магнитная сепарация фракции < 160 мкм проводится при следующих режимах: сила тока и роликовом сепараторе 1,5−3,4 А, содержание магнитного материала барабанного сепаратора > 20%, роликового сепаратора > 0,6%. В немагнитном материале барабанного сепаратора количество магнитного материала 0,20±0,05 и 0,05−0,15%.

Напряженность магнитного поля для барабанного сепаратора должна быть 1200−1300 Э и роликового 2000−3000 Э.

Рассев шлифзерна. Сходы грохота 84 (фракция > 200 мкм) собираются в бункеры 87, а затем двумя элеваторами 86 и 74 подается в бункер 75 перед рассевом шлифзерна зернистостей 25−16. Просевы грохота 84 (фракции < 63 мкм) собираются в бункеры 85 и являются годной продукцией. Полученные в схеме переработки шлифзерно зернистостей 63−16 и шлнфпорошки зернистостей 12−16 поступают в бункеры 88, предназначенные для соответствующей зернистости. Из бункеров 88 шлифзерно выгружается в контейнеры 89 (или комбинированные мешки). Шлифпорошки из бункеров 88 выгружаются в комбинированные мешки, контейнеры и банки 90.

Качество шлифзерна зернистости 63−6 контролируется на зерновой состав (ГОСТ 3647−80), химический состав (ОСТ 2МТ 74−7-83J, содержание магнитного материала (OCT 2МТ 72−2-83) и определение абразивной способности (ГОСТ 5744−74).

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой