碳化硅冶炼工艺设计.docx

攀枝花学院 本科课程设计碳化硅冶炼工艺设计 学生姓名：______王鑫林 学生学号：_____201311101079 院（系）：______材料工程学院 年级专业：2013级材料科学与工程3班 指导教师： 李亮 助理指导教师： 二〇一六年十月攀枝花学院本科学生课程设计任务书题　目碳化硅冶炼工艺1、课程设计的目的了解碳化硅的用途及前景，熟悉金属碳化硅冶炼技术及生产流程，培养学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力。为进一步进行该工艺的研究打基础。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）设计内容：（1）设备选型；（2）工艺控制参数的选择和设计；设计要求：（1）与生产实际应用相结合；（2）详细数据分析、计算。3、主要参考文献[1] 李游.碳化硅冶炼技术 [M].北京：中国致公出版社, 1998[2] 崔小明.碳化硅的制备及应用[M].杭州化工，2000[3] 李欢欢. 高性能碳化硅的成型及烧结工艺研究[D].北京交通大学,2009.[4] 李正峰. 金属有机化学与催化[M]. 科学出版社，2000[5] 张术兵，魏长城，碳化硅的合成研究评述.材料科学与工程学报，20074、课程设计工作进度计划(1)、9周星期一（10月24日）下达任务，查询资料；(2)、10周（10月31日—11月4日）形成初稿；(3)、11周（11月5日—11月9日）修改定稿。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日摘 要碳化硅是用石英砂、石油焦、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。天然的碳化硅很少，工业上使用的为人工合成原料，俗称金刚砂，是一种典型的共价键结合的化合物。碳化硅是耐火材料领域中最常用的非氧化物耐火原料之一。合成碳化硅所用的原料主要是以 SiO2 为主要成分的脉石，低档次的碳化硅可用低灰分的无烟煤为原料。辅助原料为木屑和食盐。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。大型碳化硅冶炼炉的炉子功率一般为10000kW，每1kg SiC电耗为6~7kW·h，生产周期升温时为26~36h，冷却24h。硅质原料与石油焦在 2000~2500℃的电阻炉内通过以下反应生成碳化硅： SiO2+3C→SiC+2CO↑ -526.09Kj CO 通过炉料排出。加入食盐可与 Fe、Al 等杂质生成氯化物而挥发掉。木屑使物料形成多孔烧结体，便于CO 气体排出。关键词 碳化硅，冶炼，原料，应用目 录摘 要I1 绪论12 实验方法32.1碳化硅的性质32.2碳化硅的合成方法32.2.1艾奇逊法32.2.2 ESK 法43 工艺过程53.1碳化硅冶炼用料53.1.1硅砂53.1.2石油焦炭53.2碳化硅冶炼炉63.2.1碳化硅电阻炉的结构63.2.2活动炉、山型炉和U型炉63.2.3炉用功率的确定73.3冶炼碳化硅的配料计算83.4碳化硅冶炼操作步骤94 结论11参考文献121 绪论碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1893年艾奇逊研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，也就是大家常说的艾奇逊炉，一直沿用至今，以碳质材料为炉芯体的电阻炉，通电加热石英SiO2和碳的混合物生成碳化硅。纯碳化硅为无色，而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅【1】为最常见的一种同质异晶物，在高于2000 °C高温下形成，具有六角晶系结晶构造（似纤维锌矿）。β-碳化硅，立方晶系结构，与钻石相似，则在低于2000 °C生成。虽然在异相触媒担体的应用上，因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目，但直至今日，此型态尚未有商业上之应用。因其3.2g/cm3的比重及较高的升华温度（约2700 °C），碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度，在半导体【2】高功率元件的应用上，不少人试着用它来取代硅。此外，它与微波辐射有很强的耦合作用，并其所有之高升华点，使其可实际应用于加热金属。碳化硅制品可以分为很