NO136660B - - Google Patents

Description

Fremstilling av teknisk siliciumcarbid utfores i overens-stemmelse med den av Acheson utviklede, diskontinuerlige prosess i en elektrisk motstandsovn. Den chargevise drift og den nesten utelukkende anvendelse av en motstandsovn istedenfor en lysbueovn er betinget av egenskapene for siliciumcarbidet som ikke smelter under normalt trykk, men sublimerer og spaltes ved en temperatur over 2500°C, og dessuten av den beregnede anvendelse.

Slike motstandsovner som på samme måte også kan anvendes

for fremstilling av f.eks. elektrografitt, har vanligvis firkant* form, er åpne oventil og har en lengde på inntil 20 m. Bunnen og de faste endevegger ér oppmurt av ildfaste stener, mens.sideveggene kan fjernes. Strommen tilfores gjennom elektroder som er bygget inn i endeveggene og som består- av en pakke med firkantformige kullstaver som fra frontveggen rager inn i ovnen. Kobberlameller som er anordnet mellom kullstavene og som er koblet til en felles kobberplate, tjener som tilkoblingsanordning for den elektriske strom. Beskikningen eller chargen består av en blanding av kornformig koks og kvartssand og av tilsetningsstoffer, som sagmugg og koksalt, og motstandskjernen av kornformig koks er lagt horisontalt . inn i chargen mellom de to endevegger og inneholder dessuten en kjerne av sterkt grafittert koks; For å forbedre stromovergangen er et koks- eller grafittpulver anbragt mellom motstandskjernen og elektrodene. På grunn av tilførselen av den elektriske strom dannes et siliciumcarbidskikt rundt kokskjernen innen temperatur-området 1500-2500°C. Dette skikt betegnes vanligvis som siliciumcarbidvalse.

Da blandingens volum avtar under omsetningen, foreligger

det i forbindelse med ovner med denne konstruksjon risiko for at stromkontakten kan brytes slik at det inne i ovnen dannes lysi-buer som forer til lokale overopphetinger og uheldig påvirker, ovnsprosessen. Da det dessuten av okonomiske grunner idag fore-trekkes å anvende ovner med storre dimensjoner, men da dette sam-tidig er forbundet med en hoy strompåkjenning for disse, stiller den på grunn av volumminskningen betingede nedsynkning av silicium-carMdvalsen som hyppig vokser på innsiden av ovnshodene, usedvanlig strenge krav til materialegenskapene, spesielt til endeveggene og de i disse innforte elektroder, og disse krav kan bare tilfredsstilles ved stor innsats. Slike -ovnshoder er derfor ut-satt for en usedvanlig hoy slitasje på grunn av den.termiske og mekaniske påkjenning, slik at de, må utbedres praktisk talt, efter hver ovnskampanje. Disse slitasjeforekomster blir nærmest uholdbare hvis de forårsaker at ovnskampanjenmå avbrytes.

I US patentskrift nr.V 36^738^ er beskrevet vanlige motstandsovner for. fremstilling av siliciumcarbid f ra ..siliciumdiT oxyd og carbon, med endeveggelektroder og en kjerne som er vannrett anordnet og som består av et på forhånd formet, ikke elektrisk ledende, brennbart ror som er fylt med koks. Den ledende' forbindelse mellom dette ror som består av papir eller plast og som er anordnet i samme hoyde som endeveggelektrodene, og endeveggelektrodene fås via vanlig anvendt hardstampet grafitt.

De ovennevnte ulemper unngås ifolge oppfinnelsen ved hjelp av en ny anordning av elektrodene i en motstandsovn, og denne anordning muliggjor en forenkling av det samlede ovnsanlegg og/ eller anvendelse av et mindre motstandsdyktig elektrodemateriale.

Oppfinnelsen angår således et ovnsanlegg med direkte elektrisk motstandsoppvarming, spesielt for diskontinuerlig fremstilling av silicumcarbid fra siliciumdioxyd og carbon, hvor strommenved hjelp av elektroder og via en forbindelse dannet ;av et elektrisk ledende materiale tilfores gjennom en motstandskjerne av carbon som er lagt vannrett inn i en charge som består av en blanding av kornformig koks, kvartssand og tilsetningsstoffer, idet nevnte forbindelse ikke er utformet som en bestanddel av motstandskjernen og har en hoyere. elektrisk ledningsevne enn denne, og ovnsanlegget er særpreget ved at elektrodene er anordnet under chargen som bunnelektroder og at et i det vesentlige vertikalt legeme er anordnet på hver elektrode for å danne den ledende forbindelse mellom elektrodene og motstands-

kjernen.

I ovnsanlegget ifolge oppfinnelsen er bunnelektrodene med sine kontaktflater anordnet helt eller delvis under, på eller over ovnsbunnen. Denne som tjener som stotteflate for chargen, befinner seg

fortrinnsvis på det samme nivå som terrengnivået. Elektrodene an-bringes fortrinnsvis slik at deres kontaktflater vil befinne seg på det samme nivå som terrengnivået eller inntil ca. 10 cm under dette,

slik at mekaniske beskadigelser ved demontering av ovnen utelukkes. Strommen tilfores ved tilkobling til ledninger som er fort under gulvet.

Forbindelsen mellom bunnelektrodene og motstandskjernen dannes ved hjelp av et elektrisk ledende materiale, fortrinnsvis med en hoyere spesifikk lédningsevne enn kjernematerialet. Den hoyere elektriske ledningsevne for forbindelsen sammenlignet med kjernen kan imidlertid også erholdes ved å gjore tverrsnittet for forbindelsen storre enn kjernens tverrsnitt. Det er bare av avgjorende betydning at den på grunn av elektrisk strom forårsakede varme i forbindelsen praktisk talt ikke vil være tilstrekkelig for dannelsen av SiC, slik at dette på foretrukken måte dannes rundt kjernen. Denne forbindelse kan bestå av en på elektrodene loddrett forekommende beskikning av koks og/eller grafitt, fortrinnsvis av stampet koks og/eller grafitt, eller av et på elektrodene anbragt kompakt materiale som ikke ubetinget behover å være loddrett anbragt på elektrodene. Som kompakt

materiale som tilfredsstiller betingelsene til den elektriske ledningsevne, kan som eksempler keramiske materialer med grafittinnlegg, metaller eller metallegeringer med smeltepunkt over reaksjonstempera-turen eller stampemasser av kull og/eller grafitt som er gjort faste og eventuelt forkokset med et bindemiddel, som bek, anvendes. Av-standen mellom motstandskjernen og bunnelektrodene og den derav betingede minste hoyde for forbindelsen avpasses fortrinnsvis slik at valsen som vokser under selve ovnsprosessen, ikke på grunn av chargens volumminskning vil kunne synke inntil den berorer ovnsbunnen og/eller elektrodekontaktflåtene og der vokse, hvorved valsens bnskede storrelse er avhengig av ovnens storrelse og den tilforte energimengde.

Den for omsetningen nodvendige charge kan fylles over bunnelektrodene og motstandskjernen med en form som tilsvarer chargens naturlige kjegleform ved los beskiknin<g,>-og anle<g>get■kan drives som en haug-ovn uten vegger, dvs. uten på: grunn,av veggelementer forårsakede avgrensninger langs ovnens sider og ender. Det samlede ovnsanlegg kan imidlertid også på vanlig måte være omgitt av vegger for opptak av chargen, men da kari enkle transporterbare'vegger anvendes både for å avgrense ovnens sider og dens ender.

Den åpne beskikning lonner seg imidlertid ikke å utfore,i.en hall på grunn av at den krever oket plass, slik at slike ovner best drives som stasjonære friluftsanlegg.

Som bunnelektroder kan grafitt- og/eller kullelektroder med tilkoblingsanordninger for elektrisk strom og .kjolevann anvendes av den type som vanligvis anvendes i ovnsanlegg med såkalte ende-elektroder.

Det anvendes imidlertid fortrinnsvis som bunnelektrod;er stampemasseelektroder av koks og/eller grafitt som er forsynt med' tilkoblingsanordninger for elektrisk strom og eventuelt kjolevann og hvori eventuelt metalliske" ■ stromledere, spesielt av kobber,, er•lagt inn. I disse stampemasseelektroder kan dessuten kjoleslang;er av metall, fortrinnsvis kobber, være lagt inn, og det kan også anvendes et, kombinert stromtilforsels- og kjolesystem i form av avkjolte meta.llror, fortrinnsvis .profilerte kobberror. Den foretrukne stampemasse- utgjores av en blanding, av kull, grafitt og' bindemidl.er som for elektroden tas i bruk, er. blitt forkokset i en glddeovn ved å oppvarmes til en temperatur på ca. 600°C for å oke dens mekaniske

■fasthet og elektriske ledningsevne..

Som bunnelektroder er dessuten elektroder av metall, spesielt kobber, som er forsynt med strom- og kjolevannstilkoblingeri, foretrukne, og i disse elektroder kan eventuelt kjoleslanger av; metall være lagt inn.

i Det er mulig å anvende stampemasser eller metallelektroder

av den angitte type på grunn av den ifolge oppfinnelsen anvendte anordning av elektrodene som bunnelektroder, da på grunn av, den. okede avstand mellom elektrodene og den egentlige oppvarmings sone temperaturene som forekommer ved elektrodene er betraktelig lavere enn for de kjente ovnsanlegg med elektroder som er fort inn gjennom ovnsendene, og for erholdelse av denne fordel er forbindelsen som har stbrre ledningsevne enn den egentlige kjerne, av utslagsgivende

betydning. Avkjølingen av bunnelektrodene foretas fortrinnsvis med vann..

En utforelsesform av det foreliggende ovnsanlegg vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvorav

Fig. 1 a viser et horisontalriss av anlegget,

Fig. 1 b et tverrsnitt g.jennom anlegget tatt langs linjen A-A' ifolge Fig; la., Fig. 1 c et tverrsnitt gjennom anlegget tatt langs linjen B-B' ifolge Fig. 1-a, og Fig. 2- h elektrodeanordninger som ifolge oppfinnelsen kan anvendes som bunnelektroder.

Ifolge Fig. 1 b er bunnelektrodene1 og 1' med strom- og kjoletilkoblinger hhv. 2,2' og 3,3' anordnet i en avstand som tilsvarer anleggets lengde. , Bunnelektrodene med tilkoblingene er anbragt under gulvet, dvs. under terrengnivået *+, og i montasjekammeret 5,5' som er omgitt av en betongforing. Montasjekammerne er tilgjengelige ved hjelp av leidere som er tildekket med bunnplater 6,6'. Forbindelsen mellom bunnelektrodene 1,1' og den vannrett anordnede motstands--kjeme 7 fås ved hjelp av den loddrett anordnede, kjeglesegmentformige beskikning 8,8' av stampet koks og/eller grafitt. Chargen 9 er anordnet over denne og har en form som tilsvarer dens naturlige kjegleform ved los beskikning.

Det fremgår av Fig. 1 c at den kjeglesegmentformige beskikning 8 er anordnet loddrett på bunnelektrodene 1, og at montasjekammeret 5 er anordnet under terrengnivået h og at elektrodene 1 med strom-og kjoletilkoblingene hhv. 2 og 3 er tilgjengelige fra dette.

Ifolge det på Fig. 1 a viste horisontalriss er de under terrengnivået anordnede deler av anlegget ikke synlige, og Fig. 1 a tjener bare for å tilkjennegi snittlinjene for tverrsnittene ifolge Fig„ 1 b og 1 c.

På Fig. 2 er vist et tverrsnitt gjennom anordningen av en kull-eller grafittelektrode som bunnelektrode. Elektroden av kull eller grafitt 1 er anordnet under terrengnivået <*>+ og står via stromfaner 2 og kjoletilkoblinger 3 for vanntilforsel i forbindelse med kjole-lommer 10. En med kullfilt eller asbestull forseglet ekspansjons-fuge 11 er anbragt mellom elektroden 1 og montasjekammerets 5 betongforing. Elektroden 1 er ved hjelp av stbtteanordninger 12 forankret til montasjekammerets bunn. På overflaten av elektroden 1 hviler et stampet skikt 13 av fortrinnsvis ren grafitt som tjener til å forbedre kontakten med den loddrett anordnede, kjeglesegmentformige beskikning 8.

På Fig. 3- a er vist et tverrsnitt gjennom en avkjolt.- stampemasse-elektrode som er anordnet som bunnelektrode, og på Fig. 3 b -er den samme anordning vist ovenfra.

Elektroden av stampemassen 1 er anordnet i montasjekammeret 5 under terrengnivået U-, og stromledere 2 av. profilerte kobber skinner og kjolerorene 3 er fort inn i montasjekammeret. Det fremgår av'

Fig. 3 b hvorledes de for avkjoling anvendte kobberror 3 er anordnet,,

På Fig. k er vist et tverrsnitt gjennom en avkjolt elektrode

av kobber som er anordnet som bunnelektrode.

Elektroden som består av en kobberplate 1 som har profilert kontaktflate, er i montasjekammeret anordnet under terrengnivået Elektroden er forsynt med stromfaner 2 og med et kjolesystem 3. Et beskyttelsesskikt lh av stampemasse er anbragt på" den profilerte kobberplate 1.

For elektrodene med de på tegningene viste utforelsesformer er det - imidler tid'ikke ubetinget nodvendig med montasjekammere 5. Dette innebærer at disse kan innspares hvis det benyttes sideanordnede strom- og eventuelt kjoletilkoblinger.

Ovnsanleggene ifolge oppfinnelsen byr på folgende fordeler sammenlignet med vanlige ovnsanlegg med gjennom endene innforte elektroder': Bygging "av de'hittil nodvendige ovnshoder av ildfast materiale for opptak av endeelektrodene er unddvendig. Ved at elektrodene anordnes på den angitte måte utsettes disse ikke lenger direkte for de' hbye temperaturer i reaksjonssonen, hvorved de får en garantert lengre holdbarhet. Dessuten blir utforelsen av kjolesystemet mindre' om-fattende. På grunn av vekten av den overliggende charge presses forbindelsen 8 fast mot elektrodene og dessuten motstandskjernen fast mot forbindelsen 8, slik at en utmerket kontakt blir sikret som opprettholdes selv når den dannede siliciumcarbidvalse synker ned på grunn .av volumminskning av chargen. En "avslitning" av motstånds-kjernen fra elektroden* som for en endeanordning bg' som på grunn av dårlig kontakt og derav folgende lysbuedannelse forer til overopp-heting som bevirker et forbruk av elektrodene, kan derfor ikke lenger forekomme. Dessuten har siliciumcarbidvalsen uhindret bevegelses-frihet når den synker ned på grunn av volumminskning av chargen "ander selve ovns.prosessen, fordi den ikke lenger kan vokse på ovnshodene. Valsen og den underliggende charge synker derfor jevnere, hvorved bro- og hulromdannelser unngås, slik at slike ovner brenner praktisk talt uten såkalte "blærer". Oppbrytningen av siliciumcarbidvalsen blir dessuten ikke lenger vanskeliggjort på grunn av slike forekomster. Valsen er derimot lett tilgjengelig fra alle sider, slik at chargen kan fjernes vad hjelp av enkle kjoretoyer uten om-fattende krananlegg. Ovnsanleggene utsettes ikke lenger for mekaniske beskadigelser da ifolge oppfinnelsen dessuten alle strbmtilforsler og tilkoblinger er anordnet under gulvet, slik at det ytterliggere fås en hoy driftssikkerhet.

Dessuten må anvendbarheten av de foreliggende ovnsanlegg som

har elektroder anordnet som bunnelektroder og som drives ved hjelp av direkte elektrisk motstandsoppvarming, betegnes som overraskende da ifolge den overensstemmende fordom blant fagfolk den tilstrebede stromtilfbrsel ikke kunne erholdes ved hjelp av en slik anordning fordi den elektriske strom erfaringsmessig ville ta den korteste vei, dvs. i dette tilfelle under kjernen og direkte gjennom chargen.

Claims (15)

1. Ovnsanlegg med direkte elektrisk motstandsoppvarming, spesielt for diskontinuerlig fremstilling av siliciumcarbid fra siliciumdioxyd og carbon, hvor strømmen ved hjelp av elektroder og via en forbindelse dannet av et elektrisk ledende materiale tilføres gjennom en motstandskjerne av carbon som er.lagt vannrett inn i en charge som består av en blanding av kornformig koks, kvartssand og tilsetningsstoffer, idet nevnte forbindelse ikke er utformet som en. bestanddel av motstandskjernen og har en høyere elektrisk ledningsevne enn denne, karakterisert ved at elektrodene er anordnet under chargen (9) som bunnelektroder (1,1') og at et i det vesentlige vertikalt legeme (8,8') er anordnet på hver elektrode for å danne dén ledende forbindelse mellom elektrodene og motstandskjernen (7).

2. Ovnsanlegg ifølge krav 1,karakterisert ved at bunnelektrodenes (1,1') kontaktflater befinner seg på samme nivå som ovnsbunnen (4).

3. Ovnsanlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forbindelsen (8,8') mellom bunnelektrodene (1,1') og motstandskjernen (7) består av en beskikning av koks og/eller grafitt som er anordnet loddrett på elektrodene.

4. Ovnsanlegg ifølge krav 3,karakterisert ved at beskikningen (8,8') består av stampet koks og/eller grafitt.

5. Ovnsanlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forbindelsen mellom bunnelektrodene (1,1') og motstandskjernen (7) består av et kompakt materiale som er anbragt på<1 >elektrodene.

6. Ovnsanlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at chargen (9) har en form som tilsvarer dens naturlige kjegleform ved løs beskikning, og at anlegget omfatter en haug-ovn uten vegger.

7. Ovnsanlegg ifølge krav 1-6, karakterisert ved at bunnelektrodene (1,1')'består av grafitt- og/eller kullelektroder som er forsynt med strøm (2)-og kjøleVannstilkoblinger (3).

8. Ovnsanlegg ifølge krav 1-6, karakterisert ved at bunnelektrodene (1,1') består av stampemasseelektroder av grafitt og/eller koks og et bindemiddel og er forsynt med strøm (2)-og eventuelt kjølevannstilkoblinger (3).

9. Ovnsanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at metalliske strømledere (2) er lagt inn i stampemasseelektrodene (1,1')•

10. Ovnsanlegg ifølge krav 8 eller 9,karakterisert ved at kjøleslanger (3) av metall er lagt inn i stampemasseelektrodene (1,1').

11. Ovnsanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at stampemasseelektrodene (1,1') inneholder et kombinert strømtil-førsels- og kjølesystem i form av avkjølte metallrør (2).

12. Ovnsanlegg ifølge krav 11, karakterisert ved at de avkjølte metallrør består av profilerte kobberrør.

13. Ovnsanlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bunnelektrodene (1,1') består av metallelektroder forsynt med strøm (2)- og kjølevannstilkoblinger (3).

14. Ovnsanlegg ifølge krav 13, karakterisert ved at elektrodene (1,1') består av kobber.

15. Ovnsanlegg ifølge krav 13 eller 14, karakterisert ved at elektrodene (1,1') inneholder kjøleslanger (3) av metall.