Przedmiotem wynalazku jest piec oporowy o nagrzewaniu bezposrednim, zwlaszcza do wytwarzania weglika krzemu.Weglik krzemu techniczny wytwarza sie w elektrycznym piecu oporowym sposobem nie ciaglym, opracowanym pierwotnie przez Achesona. W tego rodzaju piecach oporowych o nagrzewaniu bezposred¬ nim, stosowanych wylacznie do przeprowadzania samych reakcji ciala stalego, doprowadzanie pradu odbywa sie poprzez elektrody przez rdzen oporowy wykonany z materialu zawierajacego wegiel, osadzony poziomo we wsadzie, jaki stanowi mieszanina drobnoziarnistego koksu, piasku kwarcowego i dodatków.Przeplyw pradu elektrycznego powoduje oporowe nagrzewanie sie biezacej kolumny materialu, przy czym przemiana odbywa sie w fazie stalej, to znaczy przy otrzymywaniu SiC reakcja dyfuzji przebiega w zakresie temperatury od 1700° do 2500°C.Piece oporowe znanej konstrukcji maja zasadniczo ksztalt prostopadloscienny, przy czym u góry sa otwarte, a ich dlugosc wynosi do 20 m. Dno oraz stale sciany czolowe stanowi mur z cegiel ognioodpornych, a sciany boczne sa zdejmowalne. Doprowadzanie pradu odbywa sie poprzez elektrody wbudowane w scianki czolowe jak przedstawiono w Encyklopedii Chemii Technicznej Ullmannsa, tom 3,4, wydanie z 1973 roku, strona 534 i nastepne, rozdzial pod tytulem „Piece oporowe".W tego rodzaju piecu oporowym nowszej konstrukcji, wedlug opisu patentowego RFN nr 2364 107 elektrody sa osadzone w dnie pieca i polaczone z rdzeniem oporowym za pomoca materialu przewodzacego elektrycznie, przy czym zlacze to nie stanowi czesci skladowej rdzenia oporowego i ma wyzsza przewodnosc wlasciwa od tego ostatniego. Prad jest doprowadzany poprzez zlacze oraz przewody elektryczne wyprowa¬ dzone pod dno.Wsad potrzebny do przeprowadzenia reakcji moze byc równiez nasypany na elektrody denne oraz rdzen oporowy z utworzeniem naturalnego stozka usypowego, i rozruch pieca usypowego moze byc dokonany bez scian, to znaczy bez bocznego i czolowego odgraniczenia przestrzeni wewnetrznej pieca za pomoca elemen¬ tów sciennych. Oczywiscie jednak piec moze byc równiez eksploatowany w zwykly sposób, to znaczy przy uzyciu scian otaczajacych wsad, przy czym to odgraniczenie przestrzeni wewnetrznej pieca dokonuje sie za pomoca bocznych i czolowych scian przenosnych. Poniewaz jednak skladowanie materialów sypkich w hali nie oplaca sie ze wzgledu na duza ilosc miejsca potrzebna do tego celu, to tego rodzaju piece najczesciej sa eksploatowane na wolnym powietrzu jako urzadzenia stacjonarne. Jako elektrody denne stosuje sie elek¬ trody grafitowe i/lub weglowe, wyposazone w zaciski do doprowadzenia pradu oraz krócce dodoprowadze-2 118 243 nia wody chlodzacej. Elektrody takie stosuje sie powszechnie w piecach o tak zwanym czolowym ukladzie elektrod. Ponadto mozna w tym wypadku stosowac równiez elektrody wykonane z ubitej masy koksu i/lub grafitu, oraz elektrody metalowe, wyposazone w zaciski pradowe oraz krócce do doprowadzenia wody chlodzacej, poniewaz na skutek powiekszenia odleglosci pomiedzy elektrodami a wlasciwa strefa nagrzewa¬ nia, temperatura elektrod jest znacznie nizsza, niz jak w znanych piecach z elektrodami wbudowanymi od strony czolowej.W innej postaci wykonania tego rodzaju pieca, wedlug opisu patentowego RFN nr 2 364 108 stosuje sie kombinowany uklad elektrod, w którym na przyklad jedna elektroda jest umieszczona w sciance czolowej, a druga w dnie.We wszystkich instalacjach tego znanego rodzaju pieców rdzen oporowy osadzany wewnatrz wsadujest usytuowany poziomo w kierunku wzdluznym, to znaczy na postac pojedynczej, lezacej kolumny materialu umieszczonej pomiedzy elektrodami, przy czym odleglosc elektrod wzgledem siebie jest ustalona przez zadana dlugosc rdzenia oporowego. Walec SiC utworzony po zakonczeniu trwania fazy nagrzewania ma w zwiazku z tym, odpowiednio postac wydluzonego cylindra.Znane sa wprawdzie próby stosowania ukladu rdzenia oporowego odmiennego od opisanej o rozciag¬ nietej wzdluznie, lezacej kolumny materialu. I tak na przyklad w opisie patentowym RFN nr 160 101, sa przedstawione dwa rdzenie przewodzace rozciagniete wzdluznie, równolegle wzgledem siebie usytuowane pomiedzy dwiema elektrodami czolo*w^hiF. Uklad ten nie jest jednak stosowany do wytwarzania weglika krzemu, lecz tak zwanego weglika krzemu, który tworzy sie w przypadku niedomiaru wegla i w temperaturze niedostatecznej do wytwarzania SiC.W opisie patentowym USA nr 941339 oraz 1044 293 zaleca sie stosowanie ukladu rdzeni oporowych o ksztalcie zygzakowatym pomiedzy elektrodami czolowymi, aby zmniejszyc straty cieplne powstale przez promieniowanie cieplne, a w opisie patentowym RFN nr 409 3S6 stosuje sie pierscieniowy rdzen grzejny w polaczeniu z kulistym ksztaltem korpusu pieca, przy czym elektrody sa rozmieszczone na obwodzie kuli.Produkt koncowy w tym przypadku ma ksztalt sferoidy. Zadna z tych propozycji nie doczekala sie zastoso¬ wania na skale techniczna.We wszystkich instalacjach pieców znanej konstrukcji prad plynie od transformatora poprzez pierwsza elektrode, rdzen oporowy, druga elektroda, a od niej przez tak zwany przewód wtórny z powrotem do transformatora, przy czym przewód wtórny musi byc ulozony mozliwie blisko w obszarze pieca w tym celu, aby osiagnac korzystnie wspólczynnik przewodzenia, który zalezy od wielkosci powierzchni znajdujacej sie wewnatrz toru pradowego. Zwykle przewód wtórny jest ulozony pod dnem pieca, to znaczy pod podloga, aby nie ulegl uszkodzeniu lub zniszczeniu przez urzadzenia mechaniczne stosowane do zaladowywania oraz oprózniania pieca, albo na skutek oddzialywania nan goracych; korodujacych gazów powstajacych podczas reakcji oraz tak zwanych pecherzy w trakcie trwania fazy nagrzewania. Do skutecznej ochrony przed wysoka temperatura, która dno pieca osiaga podczas fazy nagrzewania, przewód wtórny trzeba zaopatrywac w bardzo kosztowne urzadzenia chlodzace, poza tym przewód ten ulozony pod dnem jest bardzo trudno dostepny, co jest niedogodne w przypadku powstania zaklócenia w dzialaniu pieca. Ponadto w przypadku uszkodzenia wodnego plaszcza chlodzacego podczas fazy nagrzewania istnieje niebezpieczenstwo przedosta¬ nia sie wody chlodzacej do obszaru pieca i spowodowania reakcji wybuchowej.Celem wynalazku jest opracowanie pieca elektrycznego oporowego o nagrzewaniu bezposrednim, zwlaszcza do wytwarzania weglika krzemu z dwutlenku krzemu i wegla w ruchu nie ciaglym, w którym prad przeplywa za pomoca elektrod przez rdzen oporowy z materialu zawierajacego wegiel, osadzony w nadmia¬ rze z mieszaniny drobnoziarnistego koksu, piasku kwarcowego i dodatków w którym to piecu dla doprowa¬ dzenia pradu do transformatora nie ma potrzeby umieszczania przewodu wtórnego pod dnem pieca, wzglednie z boku, lub ponad piecem, a mimo to wspólczynnik sprawnosci nie ulega obnizeniu, co umozliwia zatem uzyskanie znacznej obnizki kosztów wytwarzania takiego pieca.Piec oporowy wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze elektrody sa umieszczone obok siebie, przy czym stosunek polowy dlugosci rdzenia oporowego do odleglosci elektrod wzgledem siebie wynosi co najmniej 0,8. Dzieki tej wartosci liczbowej uzyskanejjako iloraz polowy dlugosci rdzenia i odleglosci elektrod zostaje wyznaczona najwieksza z mozliwych odleglosc obu elektrod wzgledem siebie, a wiec zostaje zwykly uklad, w którym rdzen rozciagal sie w kierunku podluznym pomiedzy dwiema elektrodami, a odleglosc pomiedzy elektrodami byla okreslona calkowita dlugoscia rdzenia (odpowiednio do ilorazu polowy dlugosci rdzenia przez odleglosc pomiedzy elektrodami, wynoszacego 0,5.Rdzen oporowy osadzony w namiarze poziomo jako lezaca kolumna materialu ma w tym przypadku ksztalt odmienny od prostoliniowego. Najkorzystniejszym okazal sie byc rdzen oporowy o ksztalcie litery U, którego koncówki ramion sa polaczone z elektrodami. Najmniejsza odleglosc wymagana dla elektrod umieszczonych obok siebie zalezna od wewnetrznej odleglosci ramion rdzenia oporowego o ksztalcie litery U. Taodleglosc wewnetrzna musi miec co najmniej taki wymiar, aby wykluczone bylo zetkniecie sie i zrost po118 243 3 wewnetrznej stronie ramion walca SiC posiadajacego równiez ksztalt litery U i aby nie dopuscic do bezposredniego przeplywu pradu przez takie miejsce zetkniecia i zrostu. Z parametrów odpowiedzialnych za utworzenie walca SiC o zadanej wielkosci, to znaczy poboru pradu jak i lacznej dlugosci i pola przekroju rdzenia oporowego mozna w poszczególnym przypadku ustawic doswiadczalnie wymagana minimalna odleglosc powierzchni wewnetrznych ramion rdzenia oporowego o ksztalcie litery U.W ukladzie wedlug wynala/ku droge pradu w obszarze pieca wyznacza wylacznie rdzen oporowy, a zatem odpada koniecznosc stosowania przewodu wtórnego w obszarze pieca, a tym samym odpadaja równiez niedogodnosci z tym zwiazane. Rdzen oporowy o ksztalcie litery U ma te zalete, ze powierzchnia zawarta wewnatrz toru pradowego ma mozliwie najmniejsza wartosc, co ma istotne znaczenie dla uzyskania koniecznego wspólczynnika sprawnosci. Poza tym umozliwia to skrócenie dlugosci calego pieca, potrzebnej do pomieszczenia rdzenia oporowego o tych samych wymiarach, usytuowanego w kierunku podluznym, do okolo polowy, co znacznie obniza koszty wytwarzania pieca.W piecu wedlug wynalazku korzystnie stosuje sie zarówno elektrody czolowe znanego rodzaju, jak równiez elektrody denne, wedlug opisu patentowego nr 2364107 RFN, albo tez kombinacje elektrod czolowych i dennych, wedlug opisu patentowego nr 2 364 108 RFN, jako elektrody umieszczone obok siebie.Korzystnie pomiedzy obydwiema elektrodami umieszczonymi obok siebie jest umieszczona warstwa izola¬ cyjna, aby wykluczyc niebezpieczenstwo bezposredniego przeplywu pradu, zwlaszcza podczas fazy rozrucho¬ wej, podczas której stosuje sie najwyzsze napiecie. Jako warstwe izolacyjna stosuje'sie np. usypisko zwiru, albo tez plyty z azbestu, lub drewna.Rdzen oporowy o ksztalcie litery U osadza sie we wsadzie, niezbednym do przeprowadzenia reakcji, w taki sposób, aby byl otoczony nim ze wszystkich stron, to znaczy równiez i od strony wewnetrznej ramion.Piec moze byc w zwykly sposób otoczony sciankami oslaniajacymi wsad, lub tez moze byc wykorzysty¬ wanyjako piec usypowy bez scian,do którego wsad wsypuje sie tworzac naturalny stozek usypowy i któryjest pozostawiony bez bocznego oraz czolowego ograniczenia przestrzeni wewnetrznej za pomoca elementów scianowych.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w najkorzystniejszym przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia uklad dwóch elektrod czolowych lub dennych w zarysie, w rzucie pionowym.Koncówki ramion rdzenia oporowego 2, majacego ksztalt litery U sa polaczone z elektrodami 1 i 1' umieszczonymi obok siebie w oprawach betonowych 5, 5*. Poza tym w obszarze pieca znajduje sies transformator 3 z zaciskami pradowymi 4, 4 dla elektrod 1, 1'.W nastepujacych przykladach sa podane wymiary pieca do wytwarzania weglika krzemu, wedlug schematu przedstawionego na rysunku.Przyklad I Odleglosc pomiedzy elektrodami dennymi, umieszczonymi obok siebie, mierzona pomiedzy wewnetrznymi zewnetrznymi krawedziami powierzchni stykowych 80cm Odleglosc ramion rdzenia oporowego o ksztalcie literyU 80 cm Laczna dlugosc rdzeniaoporowego Sm Iloraz polowy dlugosci rdzenia przez odleglosc elektrod wzgledemsiebie 3,12 Pole przekroju rdzeniaoporowego 40 X 12 cm Laczne z uzycie energiielektrycznej 12 SOOkWh Otrzymany walec SiC mial nienaganny ksztalt litery U bez zrostów po stronie wewnetrznejjego ramion.Przykladu Odleglosc pomiedzy dwiema elektrodami dennymi umieszczonymi obok siebie, mierzona pomiedzy wewnetrznymi krawedziami zewnetrznymi powierzchni stykowych 2,5 m Odleglosc ramion rdzenia oporowego o ksztalcie literyU 2,5m Laczna odleglosc rdzeniaoporowego 12,0m Iloraz polowy dlugosci rdzenia przez odleglosc pomiedzyelektrodami 2,4 m Pole przekroju rdzeniaoporowego 100X20cm Laczne zuzycie energiielektrycznej 244 • 150 kWh Otrzymany walec SiC mial nienaganny ksztalt litery U bez zrostów po wewnetrznej stroniejego ramion.Przy pomocy elektrod umieszczonych obok siebie, wedlug wynalazku w polaczeniu z rdzeniem oporo¬ wym o korzystnym ksztalcie litery U udalo sie wymusic zamierzony przeplyw pradu od pierwszej do drugiej elektrody wylacznie poprzez rdzen oporowy. Dzieki zastosowaniu ukladu wedlug wynalazku nie tylko zarzucono zasade najkrótszej drogi pradowej ustalonej uprzednio a dotychczasuznawanej zajedynie sluszna,4 118 243 okazalo sie, ze w przypadku zachowania niezbednej, minimalnej odleglosci elektrod, nieslusznym jest oczekiwanie jakoby wraz z postepem fazy nagrzewania prad mial przeplywac krótsza droga pomiedzy ramionami rdzenia na skutek zmniejszenia sie oporu ze wzrostem temperatury. Okazalo sie, ze poprzeczny strumien rozpraszania pradu miedzy ramionami rdzenia oporowego poprzez wsad jest niezwykle maly, a zatem nawet przy wysokim zuzyciu energii elektrycznej, wspólczynnik sprawnosci maleje nieznacznie.Zastrzezenia patentowe 1. Piec oporowy o nagrzewaniu bezposrednim, zwlaszcza do wytwarzania weglika krzemu z dwutlenku krzemu i wegla o ksztalcie prostokata, w rzucie na plaszczyzne pozioma, piec o ruchu nieciaglym, w którym przeplyw pradu poprzez rdzen oporowy, wykonany z materialu zawierajacego wegiel a osadzony poziomo we wsadzie z mieszaniny drobnoziarnistego koksu, piasku kwarcowego i dodatków nastepuje za pomoca elektrod, zmmkmy tym, ze elektrody sa umieszczone obok siebie, po tej samej stronie prostokatnego rzutu pieca na plaszczyzne pozioma, przy czym stosunek lacznej dlugosci rdzenia oporowego do odleglosci elektrod wzgledem siebie wynosi co najmniej 1,6, a ponadto rdzen oporowy ma ksztalt od pólokregu do litery U. 2. Piec wedlug zastrz. 1, znamienay tym, ze rdzen oporowy ma ksztalt litery U, a koncówkijego ramion sa polaczone z elektrodami. rr.icowiiu Poligraficzna ll'1'kl. Naklad l 20 cgz. (cna 100 zl PL