CN113880093A

CN113880093A - 一种碳化硼生产工艺

Info

Publication number: CN113880093A
Application number: CN202111405202.0A
Authority: CN
Inventors: 王基峰; 王芳; 王晓艳; 耿伟峰; 张柯
Original assignee: Songshan Zhengzhou Boron Technology Co ltd
Current assignee: Songshan Zhengzhou Boron Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-01-04

Abstract

本发明提供一种碳化硼生产工艺，包括以下步骤：步骤1：将原材料制成颗粒物料，原材料包括硼酸、多种碳素材料、水以及粘接剂；步骤2：将适量颗粒物料投入长晶装置进行长晶处理，每隔4‑5小时，往长晶装置内添加适量颗粒物料，添加2‑3次，对长晶过程中产生的烟气进行冷却、净化处理并收集其中的原材料后再排放，最后一次添加颗粒物料8‑10小时后长晶结束；步骤3：长晶结束后将长晶完成的块状碳化硼取出，自然冷却后，剥离其表面未参与长晶的原材料后，将剩下的块状碳化硼进行破碎、酸洗、研磨处理，根据需要制成粒度不同的碳化硼颗粒。本发明所提供的碳化硼生产工艺，大幅度提升碳化硼的长晶效率，降低原材料的浪费，为生产流程带来极大方便。

Description

一种碳化硼生产工艺

技术领域

本发明涉及碳化硼生产技术领域，具体涉及一种碳化硼生产工艺。

背景技术

在碳化硼生产过程中通常会采用碳热还原法，分为电弧炉法和碳管炉法。主要过程是将硼酐/硼酸与碳黑均匀混合，通保护气体保护，在高温下利用碳还原氧化硼，得到碳化硼。传统的生产工艺中，用电弧对原材料加热长晶的过程中，由于原材料粒度较小，大量原材料会随着高温烟气排出，严重降低生产效率，而且加大了生产成本；另外，现有的碳化硼生产用长晶设备在使用完毕后，由于结构设计较为复杂，长晶炉内的物料往往不便于取出，影响碳化硼后续生产效率；此外，现有的碳化硼生产工艺在生产碳化硼的过程中，经常需要单独通入保护气体，不仅结构设计复杂，而且提高了生产成本。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种碳化硼生产工艺，具体方案如下：

一种碳化硼生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：先将原材料制成糊状物料，然后通过制粒机制成颗粒物料，所述原材料包括硼酸、多种碳素材料、水以及粘接剂；

步骤2：将适量颗粒物料投入长晶装置进行长晶处理，每隔4-5小时，往长晶装置内添加适量颗粒物料，添加2-3次，对长晶过程中产生的烟气进行冷却、净化处理并收集其中的原材料后再排放，最后一次添加颗粒物料8-10小时后长晶结束；

步骤3：长晶结束后将长晶完成的块状碳化硼取出，自然冷却后，剥离其表面未参与长晶的原材料后，将剩下的块状碳化硼进行破碎、研磨处理，根据需要制成粒度不同的碳化硼颗粒；

步骤4：将步骤2中收集的原材料、步骤3中剥离的原材料重新投至长晶装置进行二次利用。

基于上述，步骤1中的制粒机包括中空的底座，所述底座上设有筒体，所述筒体上部设有进料仓，筒体内设有转杆，所述转杆上设有螺旋推送叶，转杆由设置在筒体顶部的驱动电机驱动其转动，筒体底部沿周向设有多根出料管，所述出料管与颗粒模具的一端连接，颗粒模具的另一端设有延伸至筒体外部的方形管，底座上设有气缸，所述气缸的伸缩端设有支撑板，所述支撑板的底部等间距设有多片在方形管内上下移动的刀片，底座外围设有集料槽，集料槽的底部设有多个与所述颗粒模具对应的镂空结构，对应集料槽的下部设有收集斗，收集斗的下部顺接有收集箱。

基于上述，步骤2中的长晶装置包括底托，所述底托上设有坩埚，所述坩埚的外部罩设有炉体，所述炉体的外部沿轴向设有多块板架，所述底托的上方通过多根立杆支撑有顶板，底托、顶板之间转动设有多根分别与多块所述板架螺接的第一丝杆，多根所述第一丝杆上均设有传动轮，多个所述第一传动轮通过传动带传动连接，其中一根第一丝杆由设置在顶板上的第一伺服电机通过齿轮结构驱动其转动；底托、顶板之间转动设有三根第二丝杆，每根所述第二丝杆均与滑动安装在所述立杆上的升降架螺接，所述升降架上还设有针对所述坩埚的石墨电极，每根第二丝杆均由各自的第二伺服电机通过齿轮结构驱动其转动；顶板上设有与坩埚对应的排烟罩，所述排烟罩的顶部设有排烟管。

基于上述，所述颗粒模具包括一端与所述出料管螺接的连接筒，所述连接筒的内部设有隔板，所述隔板上沿周向设有多个通孔，挡板上还设有多根加热棒，连接筒的另一端螺接有端头，所述端头的中间设有出口，出口外端设有与所述方形管连接的方形接头，所述加热棒延伸至所述出口处。

基于上述，所述坩埚的底部设有多根支撑腿，所述支撑腿的底部设有万向轮，底托上开设有两道与所述支撑腿对应的凹槽。

基于上述，所述步骤1中的原材料还包括发泡剂。

基于上述，所述步骤1中硼酸与碳素材料的份量比为5:1。

基于上述，所述发泡剂采用碳酸氢钠。

基于上述，步骤2中每次往所述长晶装置中添加颗粒物料，第二伺服电机转动，使得石墨电极向上提升，控制石墨电极伸入坩埚内原材料表面以下的深度为原材料总深度的1/5-2/5。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：

1、本发明中，通过将原材料制成颗粒物料，使得碳化硼在长晶的过程中不仅可以大幅度降低原料的流失，为生产工艺流程提供极大的方便，而且还有效提升了碳化硼的长晶效率；另外，制粒机的结构设计简单巧妙，为原材料制成颗粒物料提供了极大的帮助，提高了碳化硼的生产效率。

2、本发明中，长晶装置的结构设计不仅使得原材料能够在适宜环境中进行高效长晶，而且也便于将长晶完成的碳化硼取出，结构设计简单、实用。

3、本发明中，步骤1中的原材料还包括发泡剂，而发泡剂采用碳酸氢钠，碳化硼在长晶的过程中，发泡剂会产生二氧化碳气体，使得颗粒物料变得输送多孔，提高碳化硼长晶效率的同时，降低生产能耗；另外，二氧化碳本身也是一种保护气体，进一步提升了碳化硼的长晶效率及原材料利用率。此结构设计不仅可以提高。

附图说明

图1是本发明中制粒机的整体结构示意图。

图2是本发明中制粒机的俯视图。

图3是本发明中模具的结构示意图。

图4是本发明中模具的左视图。

图5是本发明中模具的右视图。

图6是本发明中长晶装置的结构示意图。

图中：1.底座；2.筒体；3.进料仓；4.转杆；5.螺旋推送叶；6.驱动电机；7.出料管；8.模具；8-1.连接筒；8-2.隔板；8-3.通孔；8-4.加热棒；8-5.端头；8-6.出口；8-7.方形接头；9.方形管；10.气缸；11.支撑板；12.刀片；13.集料槽；14.收集斗；15.镂空结构；16.收集箱；17.底托；18.立杆；19.顶板；20.坩埚；21.炉体；22.排烟罩；23.排烟管；24.第一丝杆；25.第一伺服电机；26.传动带；27.第二丝杆；28.第二伺服电机；29.升降架；30.石墨电极；31.支撑腿。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例

如图1-6所示，本发明提供一种碳化硼生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

为保证将原材料制成颗粒物料的效率，步骤1中的制粒机包括中空的底座1，所述底座1上设有筒体2，所述筒体2上部设有进料仓3，筒体2内设有转杆4，所述转杆4上设有螺旋推送叶5，转杆4由设置在筒体2顶部的驱动电机6驱动其转动，筒体2底部沿周向设有多根出料管7，所述出料管7与颗粒模具8的一端连接，颗粒模具8的另一端设有延伸至筒体2外部的方形管9，底座1上设有气缸10，所述气缸10的伸缩端设有支撑板11，所述支撑板11的底部等间距设有多片在方形管9内上下移动的刀片12，底座1外围设有集料槽13，集料槽13的底部设有多个与所述颗粒模具8对应的镂空结构15，对应集料槽13的下部设有收集斗14，收集斗14的下部顺接有收集箱16。

为确保碳化硼的长晶效率以及便于操作使用，步骤2中的长晶装置包括底托17，所述底托17上设有坩埚20，所述坩埚20的外部罩设有炉体21，所述炉体21的外部沿轴向设有多块板架，所述底托17的上方通过多根立杆18支撑有顶板19，底托17、顶板19之间转动设有多根分别与多块所述板架螺接的第一丝杆24，多根所述第一丝杆24上均设有传动轮，多个所述第一传动轮通过传动带26传动连接，其中一根第一丝杆24由设置在顶板19上的第一伺服电机25通过齿轮结构驱动其转动；底托17、顶板19之间转动设有三根第二丝杆27，每根所述第二丝杆27均与滑动安装在所述立杆18上的升降架29螺接，所述升降架29上还设有针对所述坩埚20的石墨电极30，每根第二丝杆27均由各自的第二伺服电机28通过齿轮结构驱动其转动；顶板19上设有与坩埚20对应的排烟罩22，所述排烟罩22的顶部设有排烟管23。

上述颗粒模具8包括一端与所述出料管7螺接的连接筒8-1，所述连接筒8-1的内部设有隔板8-2，所述隔板8-2上沿周向设有多个通孔8-3，挡板上还设有多根加热棒8-4，连接筒8-1的另一端螺接有端头8-5，所述端头8-5的中间设有出口8-6，出口8-6外端设有与所述方形管9连接的方形接头8-7，所述加热棒8-4延伸至所述出口8-6处。

碳化硼长晶完成后，为便于将其取出，上述坩埚20的底部设有多根支撑腿31，所述支撑腿31的底部设有万向轮，底托17上开设有两道与所述支撑腿31对应的凹槽。

为进一步保证碳化硼的长晶效率，上述步骤1中的原材料还包括发泡剂。

为达到最佳长晶效果，步骤1中硼酸与碳素材料的份量比为5:1。

制得说明的是，所述发泡剂采用碳酸氢钠，该发泡剂在遇高温时所产生的二氧化碳不仅使得颗粒物料疏松多孔，而且还能作为碳化硼长晶过程中的保护气体。

本发明中采用电弧对原料加热进行碳热还原的方式生产碳化硼，为保证碳化硼的长晶效率，步骤2中每次往所述长晶装置中添加颗粒物料，第二伺服电机28转动，使得石墨电极30向上提升，根据经验控制石墨电极30伸入坩埚20内原材料表面以下的深度为原材料总深度的1/5-2/5。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种碳化硼生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤3：长晶结束后将长晶完成的块状碳化硼取出，自然冷却后，剥离其表面未参与长晶的原材料后，将剩下的块状碳化硼进行破碎、酸洗、研磨处理，根据需要制成粒度不同的碳化硼颗粒；

2.根据权利要求1所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：步骤1中的制粒机包括中空的底座（1），所述底座（1）上设有筒体（2），所述筒体（2）上部设有进料仓（3），筒体（2）内设有转杆（4），所述转杆（4）上设有螺旋推送叶（5），转杆（4）由设置在筒体（2）顶部的驱动电机（6）驱动其转动，筒体（2）底部沿周向设有多根出料管（7），所述出料管（7）与颗粒模具（8）的一端连接，颗粒模具（8）的另一端设有延伸至筒体（2）外部的方形管（9），底座（1）上设有气缸（10），所述气缸（10）的伸缩端设有支撑板（11），所述支撑板（11）的底部等间距设有多片在方形管（9）内上下移动的刀片（12），底座（1）外围设有集料槽（13），集料槽（13）的底部设有多个与所述颗粒模具（8）对应的镂空结构（15），对应集料槽（13）的下部设有收集斗（14），收集斗（14）的下部顺接有收集箱（16）。

3.根据权利要求1所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：步骤2中的长晶装置包括底托（17），所述底托（17）上设有坩埚（20），所述坩埚（20）的外部罩设有炉体（21），所述炉体（21）的外部沿轴向设有多块板架，所述底托（17）的上方通过多根立杆（18）支撑有顶板（19），底托（17）、顶板（19）之间转动设有多根分别与多块所述板架螺接的第一丝杆（24），多根所述第一丝杆（24）上均设有传动轮，多个所述第一传动轮通过传动带（26）传动连接，其中一根第一丝杆（24）由设置在顶板（19）上的第一伺服电机（25）通过齿轮结构驱动其转动；底托（17）、顶板（19）之间转动设有三根第二丝杆（27），每根所述第二丝杆（27）均与滑动安装在所述立杆（18）上的升降架（29）螺接，所述升降架（29）上还设有针对所述坩埚（20）的石墨电极（30），每根第二丝杆（27）均由各自的第二伺服电机（28）通过齿轮结构驱动其转动；顶板（19）上设有与坩埚（20）对应的排烟罩（22），所述排烟罩（22）的顶部设有排烟管（23）。

4.根据权利要求2所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：所述颗粒模具（8）包括一端与所述出料管（7）螺接的连接筒（8-1），所述连接筒（8-1）的内部设有隔板（8-2），所述隔板（8-2）上沿周向设有多个通孔（8-3），挡板上还设有多根加热棒（8-4），连接筒（8-1）的另一端螺接有端头（8-5），所述端头（8-5）的中间设有出口（8-6），出口（8-6）外端设有与所述方形管（9）连接的方形接头（8-7），所述加热棒（8-4）延伸至所述出口（8-6）处。

5.根据权利要求3所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：所述坩埚（20）的底部设有多根支撑腿（31），所述支撑腿（31）的底部设有万向轮，底托（17）上开设有两道与所述支撑腿（31）对应的凹槽。

6.根据权利要求1所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：所述步骤1中的原材料还包括发泡剂。

7.根据权利要求1所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：所述步骤1中硼酸与碳素材料的份量比为5:1。

8.根据权利要求6所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：所述发泡剂采用碳酸氢钠。

9.根据权利要求3所述的碳化硼生产工艺，其特征在于：步骤2中每次往所述长晶装置中添加颗粒物料，第二伺服电机（28）转动，使得石墨电极（30）向上提升，控制石墨电极（30）伸入坩埚（20）内原材料表面以下的深度为原材料总深度的1/5-2/5。