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| 鞏義市盛威冶金爐料有限公司 | |
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碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭為主要原料。它們在備料工序中經(jīng)過機械加工，成為合適的粒度，然后按照化學(xué)計算，混合成為爐料。磨料調(diào)節(jié)爐料的透氣性，在配爐料時要加適量的木屑。制煉綠碳化硅時，爐料中還要加適量的食鹽。
爐料裝在間歇式電阻爐內(nèi)。電阻爐兩端是端墻，近*處有石墨電很 。爐芯體即連于兩電很 之間。爐芯周圍裝的是參加反應(yīng)的爐料，外部則是保溫料。制煉時，電爐供電，爐芯體溫度上升，達到2600~2700℃。電熱通過爐芯表面?zhèn)鹘o爐料，使之逐漸加熱，達到1450℃以上時，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳化硅，并逸出一氧化碳。隨著時間的推移，爐料高溫范圍不斷擴大，形成的碳化硅也越來越多。它在爐內(nèi)不斷形成，蒸發(fā)移動，結(jié)晶長大，聚集成為一個圓筒形的結(jié)晶筒。結(jié)晶筒的內(nèi)壁因受高溫，超過2600℃的部分*開始分解。分解出的硅又與爐料中的碳結(jié)合而成為新的碳化硅。爐自送電初期，電熱主要部分用于加熱爐料，而用以形成碳化硅的熱量只是較少的一部分。送電中期，形成碳化硅所用的熱量所占比例較大。送電后期，熱損失占主要部分。調(diào)整送電功率與時間的關(guān)系，優(yōu)選出較有利的停電時間，以期獲得*的電熱利用率。大功率電阻爐通常選擇送電時間在24小時左右，以利作業(yè)安排。在此基礎(chǔ)上，調(diào)整電爐功率與爐子規(guī)格的關(guān)系。
電阻爐送電過程中，除了形成碳化硅這一基本反應(yīng)外，爐料中各種雜質(zhì)也發(fā)生一系列化學(xué)的和物理的變化，并發(fā)生位移。食鹽亦然。爐料在制煉過程中不斷減少，爐料表面變形下沉。反應(yīng)所形成的一氧化碳則彌漫于大氣中，成為污染周圍大氣的有害成分。
停電后，反應(yīng)過程基本結(jié)束。但由于爐子很大，蓄熱量*很大，一時冷卻不了，爐內(nèi)溫度還足以引起化學(xué)反應(yīng)，因此，爐表面仍繼續(xù)有少量一氧化碳逸出。對于大功率電爐來說，延續(xù)的殘余反應(yīng)可達3~4小時。這時的反應(yīng)比起送電時的反應(yīng)來說，是微不足道的。但因為當(dāng)時爐表面溫度已經(jīng)下降，一氧化碳燃燒更不透徹。從勞動保護角度來說，仍應(yīng)予以足夠重視。
停電后經(jīng)過一段時間冷卻，*可以拆除爐墻，然后逐步取出爐內(nèi)各種物料。
制煉后爐內(nèi)的物料，從外到里，構(gòu)成下列各物層：
(1)未經(jīng)反應(yīng)的物料
這部分爐料在制煉時未達到反應(yīng)溫度，因而不起反應(yīng)，只起保溫作用，它在爐中所占的位置叫保溫帶。保溫帶爐料與反應(yīng)帶爐料的配制方法、制煉后該部位爐料的利用方法不盡相同。有一種工藝方法，在保溫帶的特定區(qū)域內(nèi)裝爐時裝以新料，制煉后取出配到反應(yīng)料中去，這*叫做焙燒料。若將保溫帶上未反應(yīng)的料經(jīng)再生處理，稍加焦炭及適量木屑，配制成保溫料重新利用，*稱之為乏料。
(2)氧碳化硅層
該層物料實際上是半反應(yīng)的料，主要是還未反應(yīng)的碳和二氧化硅，也有一部分為已經(jīng)反應(yīng)成的碳化硅(約占20~50%)。未反應(yīng)的二氧化硅和碳，其形態(tài)已經(jīng)發(fā)生很大變化，因此不同于乏料。氧碳化硅層的二氧化硅及碳已不現(xiàn)原來的外貌，兩者結(jié)合成為灰色或黃色的無定形物料。但它們結(jié)合的很松散，冷卻后輕輕一壓*會成為粉末。而乏料中的二氧化硅，其粒度大小與形狀都與投爐前差不多，只不過透明度變化了。炭粉也只是燒結(jié)成較大的粒，并除去了揮發(fā)分而已。因此，氧碳化硅層是很容易辨認(rèn)的。
(3)粘合物層
粘合物層是介于氧碳化硅與無定形物層之間的、粘結(jié)很緊的物料，含有較多的鐵、鋁、鈣、鎂等雜質(zhì)，其量若用金屬氧化物表示的話?？蛇_5~10%。粘合物的物相組成，主要是未反應(yīng)的二氧化硅、碳和所形成的碳化硅(SiC約占40~60%)及鐵、鋁、鈣、鎂的硅酸鹽類。這層物料有時很難與氧碳化硅及無定形物加以分辨。但如果爐內(nèi)雜質(zhì)多時，此層*很分明，特別是在黑碳化硅爐內(nèi)。
(4)無定形物層
無定形物層主要是立方碳化硅(β-SiC)，其主要成分為碳化硅(約占70~90%)，還有較多的反應(yīng)不完全的碳及二氧化硅，而鐵、鋁、鈣、鎂等金屬氧化物含量合計可達2~5%。該層物料較松散，很容易弄碎使之成為粉末狀。黑碳化硅爐內(nèi)的無定形物通常呈黑色，綠碳化硅爐內(nèi)的無定形物多數(shù)為黃綠色，也有在外部呈黑色而向內(nèi)則逐漸呈灰黃、黃綠色的。無定形物層一般較均勻。當(dāng)所用原料二氧化硅顆粒太粗、焦炭中固定碳太低時，無定形物層有時有較多的小泡狀空洞。
(5)二級品碳化硅
該層已經(jīng)成α-SiC，但結(jié)晶較小，很脆弱，雜質(zhì)也較多，碳化硅含量只有90~95%，還不能作磨料用。二級品與無定形物外觀上很易分辨。無定形物層β-SiC如粉末狀，無光澤，而二級品為六方結(jié)晶體，晶面清晰，有光澤，如鏡面反光。二級品與甲等品無本質(zhì)上的差別，在結(jié)晶筒上分為二級品層與甲等品層，完全是人為地按用途及質(zhì)量要求劃分的。而上述的其他料層，有些則是物料本質(zhì)不同，外觀差別很大;有些則自然粘結(jié)成層。與無定形物一樣，二級品層有時也有小泡狀空洞。
(6)甲等品碳化硅結(jié)晶塊
這是電阻爐的主要產(chǎn)品，是粗大的α-SiC結(jié)晶，SiC含量在96%以上。其厚度視爐功率及部位不同為50~450mm不等。結(jié)晶粗大緊密，有黑色的或綠色的。
(7)爐芯體石墨
緊靠結(jié)晶筒內(nèi)壁的是碳化硅分解而成的石墨，其外形仍保持原來碳化硅結(jié)晶的樣子。分解石墨層內(nèi)側(cè)是原先裝進爐內(nèi)的石墨爐芯體，它又經(jīng)過一爐次高溫，石墨化程度更加完全。但形態(tài)上已與原先裝入時有所不同。兩種石墨混合回收，作為下一爐次的爐芯體材料。
*過程中，以上各種物料是在電爐的不同作業(yè)階段中取出的。取出的先后次序有時與上述次序也不一致，而且也不完全按照上述分類來收集。通常作業(yè)分類是，乏料與一部分氧碳化硅統(tǒng)一作為乏料收集;氧碳化硅的一部分和無定形物、二級品一起收集，籠統(tǒng)稱為回爐料。粘合物有時歸入回爐料中收集之，有時選出其中一部分較大塊而粘結(jié)很緊的，含雜質(zhì)明顯較多的拋棄之。
取得的甲等品結(jié)晶塊，要經(jīng)過分級，然后再經(jīng)過粗碎、細碎、化學(xué)處理、干燥與篩分、磁選，制成各種粒度的黑碳化硅磨料和綠碳化硅磨料。對于微粉來說，還要經(jīng)過水選過程，制得W5~W40微粉。
綠碳化硅微粉
綠碳化硅呈綠色，含SiC 97%以上，晶體結(jié)構(gòu)，硬度高，切削能力較強，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)熱性能好。微觀形狀呈六方晶體，碳化硅的莫氏硬度為9.5，顯微硬度3280--3400kg/mm2，比重為3.20～3.25。其硬度介于剛玉和金剛石之間，機械強度高于剛玉。綠碳化硅是以石油焦和*硅石為主要原料，添加食鹽作為添加劑，通過電阻爐高溫冶煉而成。
主要用途：太陽能硅片、半導(dǎo)體硅片、石英芯片的切割研磨;水晶、純粒鐵的拋光;陶瓷、特殊鋼的精密拋光;固結(jié)及涂附磨具，切割、自由研磨拋光;還可研磨玻璃、石材、瑪瑙及*珠寶玉器等非金屬材料，并且能制造*耐火材料、工程陶瓷、加熱元件和熱能元件等。
黑碳化硅
呈黑色，性脆而鋒利，并具有較好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。微觀形狀呈六方晶體，碳化硅的莫氏硬度為9.2，威氏顯微密硬度為3000--3300kg/mm2，努普硬度為2670--2815kg/mm，顯微硬度3300kg/mm3。在磨料中高于剛玉而僅次于金剛石、立方氮化硼和碳化硼。密度一般認(rèn)為是3.20g/mm3，其碳化硅磨料的自然堆積密度在1.2--1.6g/mm3之間，比重為3.20～3.25。黑碳化硅是以石油焦和*硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑，通過電阻爐高溫冶煉而成。黑色碳化硅與綠色碳化硅相比，其純度、硬度、脆性稍低。
主要用途：太陽能硅片、半導(dǎo)體硅片、石英芯片的切割研磨;固結(jié)磨具和涂附磨具的制作;石材的研磨拋光;加工抗張強度低的金屬及非金屬材料，如灰鑄鐵黃銅、鋁、石料、皮革、耐火材料行業(yè)等。
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