Карбид кремния

     Состав  и некоторые свойства нефтяных коксов, используемых для получения карбида кремния

     Нефтяной  кокс поступает на склад сырья  с влажностью в пределах 5 - 20 % и крупностью 0-25 мм. Подготовка кокса к производству карбида кремния сводится к его просушиванию до влажности 3 -4 % и измельчению до крупности минус 2 мм при содержании фракции минус 1 мм не менее 65 %.

     Сушка нефтяного кокса производится на специальной установке, схема которой представлена на рис.  
 
 
 
 
 
 

1 - кран; 2 - бункер; 3 - питатель; 4 - электромагнит; 5 -транспортер; 6 - щековая дробилка; 7 - элеватор; 8 - сушильный барабан; 9 - транспортер; 10 - закром сухого нефтяного кокса.

     Влажный нефтяной кокс подается краном 1 в бункер 2 и с помощью питателя 3 поступает  на транспортер 5, на котором электромагнитом 4 из кокса отбирается металлическая  примесь. С транспортера 5 нефтяной кокс поступает в щековую дробилку 6 (типа С - 182Б) и затем в элеватор 7 и сушильный барабан 8, который обогревается природным газом. Топка сушильного барабана имеет две горелки типа ГНП, а воздух для сжигания газа подается вентилятором. Температура в топке составляет не более 1000 °С, а в камере смешения, куда поступают дымовые газы через окна внешней части кирпичной перегородки между топкой и камерой сжигания - около 700 °С. Дымовые газы из камеры поступают в сушильный барабан и выполняют функцию энергоносителя. Температуру в разгрузочной камере поддерживают ~ 70 °С. За сушильным барабаном 8 устанавливают последовательно два циклона (типа ЦН - 24 диаметром 700 мм и СК - ЦН - 34 диаметром 900 мм), обеспечивающих снижение запыленности дымовых газов, выходящих из барабана и выбрасываемых затем через дымовую трубу в атмосферу. Процесс сушки нефтяного кокса заканчивается поступлением высушенного кокса посредством транспортера 9 в закрома сухого нефтяного кокса 10.

     Высушенный нефтяной кокс подвергают дроблению и рассеву на специальном оборудовании, схема комплектования которого представлена на рис. 1.

     В наибольшей степени всем требованиям  производства карбида кремния удовлетворяет  нефтяной кокс, содержащий следующие  компоненты: зола - 0,8 %, летучие - 10,0 %; сера - 1,5 %; влага - 3 - 4 %; крупность частиц кокса должна быть -2-0 мм с преимущественным содержанием фракции 1 -0 мм не менее 65%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Подготовка  возвратных материалов

     К возвратным материалам относится возвратная шихта, отличающаяся от первичной шихты измененными соотношениями компонентов вследствие удаления влаги, летучих и разложения поваренной соли под воздействием температуры. К возвратным материалам относятся также силоксикон, аморф и графитированный керновый материал. Химический состав возвратных материалов приведен в табл.

     Таблица-Химический состав крупно-кристаллического куска SiC и промежуточных продуктов (возвратных материалов) при производстве зеленого карбида кремния

     Подготовка  возвратной шихты заключается в  ее дроблении с удалением фракции > 25 мм и осуществляется по схеме, приведенной на рис. 1

     По  этой схеме возвратная шихта из котлована  горячей разборки и с подины печи 1 подается грейферным краном 2 в бункер 3, оснащенным сверху решеткой с размерами ячеек 250 х 250 мм для предотвращения попадания в бункер спеков шихты и кирпича. Из бункера 3 по транспортеру 4 возвратная шихта поступает в зубчатую дробилку (типа СМ — 438) и выходит после нее в виде фракции крупностью не более 70 мм. Затем элеватором 6 дробленая возвратная шихта попадает на виброгрохот 7 с сеткой (Р25 - 5). Сходы виброгрохота 7 фракции > 25 мм поступают с помощью транспортера 12 в бункер отходов 8, а просев (фракция < 25 мм) транспортером 9 и реверсивным транспортером 10 подается в бункер дробленой шихты 11.

     Рис.1. Технологическая схема аппаратурного оформления последовательности операций подготовки возвратной шихты с целью ее использования в составе свежей шихты для получения карбида кремния: 1 - подина печи; 2 - грейферный кран; 3 — бункер; 4 - транспортер; 5 — зубчатая дробилка; б — - элеватор; 7 - грохот с сеткой; 8 - бункер отходов; 9 - транспортер; 10 - реверсивный транспортер; 11 - бункер дробленой шихты; 12 - реверсивный транспортер 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Подготовка  аморфа и кернового  материала.

     Подготовка  аморфа для его использования  в реакционной шихте состоит  в его дроблении и грохочении с выделением фракции < 25 мм и производится по схеме, показанной на рис. 2. Согласно приведенной схеме аморф краном 1 убирается от печи и транспортируется автомашиной на складирование в пролет подготовки подин. Затем краном 2 аморф подается в бункер 3 и далее транспортером 4 в зубчатую дробилку 5; дробленый аморф элеватором 6 транспортируется на виброгрохот 7 с сеткой Р25 - 5. Затем аморф фракции < 25 мм по конвейеру 8 и реверсивным ленточным конвейером 9 передается в бункер дробленного аморфа 10, а фракция > 25 мм доизмельчается в щековой дробилке 11 и поступает в бункер 10.

     Рис. 2. Технологическая схема аппаратурного оформления последовательности операций подготовки аморфа для использования его в процессе получения карбида кремния: 1,2 - краны; 3 - бункер; 4 - транспортер; 5 - зубчатая дробилка; 6 -элеватор; 7 - виброгрохот с сеткой; 8 - конвейер; 9 - реверсивный ленточный конвейер; 10 - бункер дробленного аморфа; 11 - щековая дробилка. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Керновый  материал представляет собой нефтяной кокс с примесью карбида кремния и его подготовка заключается в выделении на грохоте (ГР - 3) с сеткой СР70 - 10,0 материала фракции < 70 мм и в использовании его при загрузке печей. Сходы грохота, состоящие из смеси силицированного материала и карбида кремния, направляются в отвал.

     ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КАРБИДА  КРЕМНИЯ.

     Карбид  кремния SiС (природный минерал муассанит) из-за высокой твердости и превосходных абразивных свойств используется в основном для изготовления шлифматериалов. Его применяют также для изготовления карбидкремниевых огнеупоров на кремнеземистой, алюмосиликатной и нитридной связках. По своим электрофизическим свойствам SiС занимает промежуточное положение между алмазом и кремнием. Промышленность производит зеленый и черный карбид кремния; зеленый цвет монокристаллам придает азот, а черный — алюминий.

     На  основе карбида кремния (называемого  еще карборундом) получают нагреватели (силиты и глобары) для печей сопротивления. В теплоэнергетике карборунд применяют в составе огнеупорных масс в качестве заполнителя для футеровки ошипованных экранов топок энергетических котлов. Стойкость огнеупорной футеровки может быть повышена, а стоимость ее снижена, если часть карбида кремния в составе массы заменить дистен-силлиманитовым концентратом. Внедрение этой футеровки в условиях «Днепроэнерго» позволило уменьшить удельный расход карбокорунда и получить экономический эффект. Плитками из карбида кремния футеруют гидроциклоны, которые применяют при обогащении железных, марганцевых и других руд. SiС используют для раскисления жидкой стали.

     Карбид  кремния используют в составе  композиционных жаростойких материалов, в наибольшей мере соответствующих  требованиям, предъявляемым к покрытиям корпуса космического корабля многоразового использования «Спейс Шаттл». При входе этого корабля в атмосферу из космического пространства максимальная температура на передней кромке фюзеляжа достигает 1465°С, поэтому покрытия различных частей корабля изготавливают из SiС, SiO2 алюмосиликатных и силиконовых волокон.

     Зарубежные  исследователи сосредоточивают  усилия на изучении карбида кремния как возможного материала для конструкций передней стенки термоядерных реакторов. Остаточная радиоактивность SiС через 106 с после снятия нейтронного потока снижается до уровня активности углерода и практически в любой момент характеризуется величиной на несколько порядков меньше, чем остаточная активность алюминия и коррозионностойкой стали.