Печная установка периодического действия Советский патент 1978 года по МПК F27B3/10 

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, и может быть использовано, в частности, для производства технического карбида кремния. Известна печная установка периодического действия для производства карбида кремния, включающая металлический корпус, футерованный огнеупорным материалом, токоподводы, соединенные с установленными в стенках печи электродами, между которыми расположен стержень сопротивления из углеродистого материала 1. Основными недостатками известной установки являются следующие. В связи с тем, что в процессе реакции объем смеси снижается, в печах такой конструкции возникает опасность обрыва электрического контакта, в результате которого во внутреннем пространстве печи образуются электродуги, приводящие к местным перегревам, что отрицательно сказывается на работе печи. Кроме того, в связи с тем, что в настоящее время из экономических соображений предпочитают пользоваться печами большой мощности, что одновременно связано с их высокой нагрузкой электроэнергией, обусловленное снижением объема щихты и опусканием валика карбида кремния, который очень чаСто пригорает к внутренней стороне головок печи, предъявляют высокие требования к качеству материала, из которого построена печь, в особенности к ли;:; г.ым стенкам и вмонтированным в них электродам, выполнение которых связано с большими материальными затратами. Головки печи под действием термнчески.х и механических нагрузок подвергаются чрезмерно высокому износу, так что практически после каждого цикла работы печи их необходимо ремонтировать, что влечет за собой остановку работы печи. Целью изобретения является повышение срока службы печной, установки и сокращение затрат на ремонт. Цель достигается тем, что электроды предлагаемой печной установки встроены ниже верхнего уровня пода печи и связаны с концами стержня сопротивления, размещенного в реакционном пространстве, с помощью углеродистого материала, имеющего электрическое сопротивление ниже, чем у стержня, и расположенного перпендикулярно к горизонтальной поверхности контакта электродов к оси стержня сопротивления. Предусматривается также, что электроды снабжены змеевиками из профилированных труб, соединенных с токоподводом и системой водоохлаждения. В печной установке подовые электроды своими контактными поверхностями расположены полностью или частично под подом печи, на нем или над ним. Под печи, т.е. поверхнЪсть прилегания шихты, предпочтительно располагать в одной плоскости с уровнем грунта. Электроды установлены таким образом, что их контактные поверхности находятся в той же плоскости, что и уровень грунта или примерно на 10 см ниже этой плоскости, благодаря чему исключается механическое повреждение при разгрузке печи. Смесь между подовыми электродами и стержнем сопротивления устанавливается посредством электропроводного материала, для чего предпочтительно применять материал, обладающий более высокой удельной электропроводностью, чем материал, из которого выполнен стержень сопротивления. Более высокая электропроводность соединительного звена, однако, может также быть обеспечена за счет уЕзе.пичения поперечного сечения соединительного звена относитеьПьно поперечного сечения стержня сопротивления. Решающим при эт Л: является то, чтобы возникающая в соединительном звене тепловая энергия, развиваемая током, была недостаточной для образования карбида кремния с тем, чтобы он образовывался только в зоне вокруг стержня сопротивления. Соединительное звено может быть выполнено из вертикально нанесенной на электроды засыпки из кокса и/или графита, предпочтительно измельченного, или из нанесенного на электроды цельного материала, при этом не обязательно цельный материал наносить на электроды вертикально. В качестве цельного материала, электропроводность которого в зависимости от различных условий является удовлетворительной, могут быть, например, использованы керамические элементы с графитовыми сердечниками, металлы или металлические сплавы, точки плавления которых лежат выше реакционных температур, или футеровочные массы из углерода и/или графита, которые скреплены, в данном случае откоксованы, при помощи связующего средства, например пека. Расстояние между стержнем сопротивления и подовыми электродами и соответственно находящаяся в зависимости от него минимальная высота соединительного звена выбрано так, что растущий в процессе кампании печи валик карбида кремния не может вследствие уменьщения объема щихты бпускаться вплоть до соприкосновения с подом печи и/или с контактными поверхностями электродов и прирасти к ним, при этом запланированный размер валика карбида кремния зависит от емкости и подаваемой электрической энергии. Необходимая для хода реакции шихта может быть насыпана над электродами и стержнем сопротивления в форме естественного конуса, и печь может работать без стенок, т.е. без торцовых и боковых ограничений элементами стенок. Однако печной агрегат может быть также целиком заключен в стены, к которым прилегает щихта, но здесь как с торцовых, так и с боковых сторон могут быть в качестве ограничительных элементов применены простые транспортабельные стенки. Открытая засыпка шихты в условиях цеха считается, однако, нерентабельной вследствие потребности в больщой площади, поэтому подобные печные агрегаты наиболее целесообразно строить и эксплуатировать как стационарные установки на открытом воздухе. В качестве подовых электродов могут использоваться снабженные элементами для подключения тока и воды охлаждения графитовые и/или угольные электроды, которые традиционно применяются в печных агрегатах, как торцовые электроды. Однако в качестве подовых электродов предпочтительно применять снабженные элементами для подключения тока и воды охлаждения электроды с набивочной :ассой из кокса и/или графита, в которые могут быть вмонтированы металлические электропроводники, в частности из меди. В эти -электроды с набивочной массой могут быть вмонтированы охлаждающие патрубки из металла, предпочтительно из меди, при этом в данном случае подвод тока и охлаждающая система могут быть заключены в общие охлаждаемые металлические трубы, предпочтительно в профилированные медные. В качестве массы для набивки электродов предпочтительнее использовать смесь из угля, графита и связующего средства, которую перед вводом в эксплуатацию электрода коксуют в отжигательной печи путем нагрева до 600°С с целью механического упрочнения и повышения электропроводности. В качестве подовых электродов могут быть использованы снабженные элементами для подключения тока и воды охлаждения электроды из металла, в особенности из меди, в которые в данном.случае введены охлаждающие шланги из металла. Применение электродов с набивочной массой или металлических электродов указанного типа возможно благодаря их установке согласно изобретению как подовых электродов, так как благодаря увеличению пространственного расстояния между электродами и зоной собственно нагрева, температура на электродах значительно ниже, чем в известных печных агрегатах с торцовым расположением электродов, при этом соединительное звено, электропроводность которого выще, чем электропроводность собственно стержня сопротивления, играет рещающую роль. Для охлаждения подовых электродов применяется водяное охлаждение. На фиг. 1 изображена предложенная печая установка, общий вид в плане; на фиг. 2 - азрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б иг. 1; на фиг. 4 - подовый электрод в поеречном разрезе; на фиг. 5 - охлаждаемая асть подового электрода в поперечном разрее; на фиг. 6 - то же, вид сверху; на фиг. 7 - одовый электрод из металла в поперечном разезе.

Подовые электроды 1 с элементами 2 подключения тока и труба 3 охлаждения размеидены на дистанции, соответствующей длине печной установки. Подовые электроды с элементами подключения проложены под уровнем 4 грунта и размещены в монтажной камере 5, заключенной в бетонный кожух. Монтажная камера обслуживается через люки, накрытые плитами 6. Соединение между подовыми электродами 1 и приложенным горизонтально стержнем 7 сопротивления установлено посредством вертикальной засыпки 8 в форме сегмента конуса из измельченного в толчее кокса и/или графита. Сверху находится шихта 9, засыпанная в соответствие с естественным конусом загрузки.

На фиг. 3 показана вертикальная засыпка 8 на электроды 1 в форме сегмента кокса, а также расположенная под уровнем 4 грунта монтажная камера 5, из которой имеется доступ к электродам 1 с элементом 2 подключения тока и трубой 3 охлаждения. Электрод 1 (фиг. 4), выполненный из угля или графита, расположен под уровнем 4 грунта и связан с полюсными выступами и охлаждающими трубами 3 для подвода воды к охлаждающим карманам 10. Между электродом 1 и бетонным кожухом монтажной камеры 5 проходит уплотненный угольным фетром или асбестовой шерстью температурный пюв. Электрод 1 посредством опорных приспособлений 11 закреплен в полумонтажной камере. На поверхность электрода 1 предпочтительнее наносить слой 12 из чистого графита, который служит для более эффективного контактирования с вертикальной засыпкой 8 в форме конусного сегмента.

Электрод из набивочной массы 1 (фиг. 5) расположен под уровнем 4 грунта в монтажной камере 5, к которой проложен токонесущий провод 2 из профилированных медных щин и трубы 3 охлаждения. На фиг. 6 просматриваются применяемые для охлаждения регистры из медных труб.

Электрод 1 из медной плиты с профилированной контактной поверхностью (фиг. 7) раЗ; мещен под уровнем 4 грунта в монтажной камере 5 и содержит полюсные выступы и систему охлаждения. На профилированную медную плиту нанесен защитный слой из массы для набивки электродов.

Для всех электродов, показанных на фиг. 1-7, наличие монтажной камеры 5 не является обязательным, так как она может отсутствовать при расположении сбоку элементов подключения тока и, в данном случае, охлаждения.

Установка работает следующим образом.

После установки вертикальной засыпки 8 и горизонтального стержня 7 загружается шихта и подается электроэнергия к подовому электроду 1 с созданием цепи через засыпку и горизонтальный стержень. Тепловая энергия, выделяющаяся вокруг горизонтального стержня, обеспечивает протекание процесса получения карбида кремния.

Преимуществами предложенной печной установки являются следующие.

Отпадает необходимость в головках печи из огнеупорного материала для монтажа торцовых электродов.

5За счет предлагаемого расположения электродов они не подвержены непосредственному воздействию высоких температур в зоне реакции, благодаря чему гарантируется их более длительный срок службы, кроме того, оборудование системы охлаждения требует ,,ньщих материальных затрат.

Масса, расположенная сверху щихты, обеспечивает как прижатие соединительного звена к электродам, так и плотное прижатие стержня сопротивления к соединительному звену, благодаря чему обеспечивается безупречный контакт, который сохраняется также при опускании образующегося валика карбида кремния за счет снижения объема шихты.

«Обрыв стержня сопротивления от электрода, который имеет место при торцовом расположении электродов и вследствие плохого контакта приводит к локальным перегревам вследствие образования электродуг, здесь практически исключается, и соответственно исключается разрушение электрода.

,Кроме того, для образующегося валика карбида кремния имеется больще пространства для их перемещения, если он опускается в результате снижения объема шихты, так как при этом исключается возможность его прирастания к головкам печи.

Опускание валика и расположенного под

ним материала засыпки происходит более равномерно, благодаря чему исключается образование мостов и пустот.

Формула изобретения

1.Печная установка периодического действия для получения, в частности, карбида кремния, содержащая токоподводы, соединенные с

электродами, между которыми расположен стержень сопротивления из углеродистого материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы печи и сокращения затрат на ремонт, электроды встроены ниже верхнего уровня пода печи и связаны с концами стержня сопротивления, размещенного в реакционном пространстве, с помощью углеродистого материала, имеющего электрическое сопротивление ниже, чем у стержня, и расположенного перпендикулярно к горизонтальной контактной поверхности электродов и оси стержня сопротивления.

2.Печная установка по п. 1, отличающаяся тем, что электроды снабжены змеевиками из профилированных труб, соединенных с токоподводом и системой водоохлаждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Вочка И. Электрическая плавильная печь, ОНТИ, 1936, с. 325-328.