・1・2020年第49卷第12期
Vol.49No.122020INDUSTRIAL HEATING
aam"
工艺#$朮
DOI&10.3969/j.1002-1639.2020.12.001
楚芳芳
（陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000） 摘要：碳化硅作为一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料在化工工业、航空工业以及建筑行业都有着广泛的应用，目前对于多晶碳化硅的生产主要还是以高温合成方法生产制备，针对于高温电加热制备碳化硅技术，从冶炼的优化、的研究主要方，碳化硅工业生产在增产、节能减排大趋势背的方向，为高温电加热制备多晶碳化硅的（
关键词：高温电加热；碳化硅；合成制备
中图分类号:TQ163.4文献标志码:A文章编号：1002-1639（2020）12-0001#3
Research Progress in Synthesis of Silicon Carbide by High Temperature Electric Heating
CHU Fangfang
(Shaanxi Railway Institute,Weinan714000,China)
Abstract:Silicon carbide it widely used in chemical industry,aviation industry and construction industry as a high-temperature,corrosion-reft i stani and wear-resistant materiai.Ai preseni,tie production of polycrystalline silicon carbide is mainly made high-temperature synthesis metUod.In view of tUe technologc of high-temperature electric heating to prepare silicon carbide based on the research is conducted from two main aspects of the smelting optimization design and mechanism.Ai the same time,the devvlopmeni direction of silicon carbide industry production in the future undee the background of the generai trend of improving quality,increasing production,energc saving and emission reduc-iion isdiscussed,which peovideseefeeencefoeihedeveiopmeniofhigh-iempeeaiueeeiecieicheaiingpeepaeaiion ofpoiccecsiaiinesiiicon caebide.
Key Words&high temperature electric heating；silicon carbiCe；synthesis
碳化硅俗称金刚砂，是由美国人艾奇逊在1891年电熔金，在然的一种碳化物。1893年研究工业冶炼碳化硅合成方法［1-2］o碳化硅因为高的化学广泛地应用于于航空、冶金、化工多，年研究在加入碳化硅可增的耐腐蚀和耐磨损性能，在建筑行业广泛应用［3'4］（
然经过年的，碳化硅合成方法被极大的，但在成本、产的综合，以高温电加热合成的技术依然着（目前工业应用的碳化硅主要为多晶碳化硅，主要分为绿硅和黑硅，两种为六方晶相的工业碳化硅生产地主要在，在生产设备上依
收稿日期：2020-04-27
基金项目：陕西铁路工程职业技术学院校级自然科学基金项目（KY2019-05）
作者简介：楚芳芳（1988—），女，讲师，研究方向为建筑装饰材料制备过程.然是在的基优化的，但相于的，生产的碳化硅的
已经大高。本文将对电加热制备碳化硅从理论研究际应用两方面进行较为详细的综述，为目前碳化硅生产的一定的参。
1制备过程优化
1.1原料改进
目前对于碳化硅的合成所采用的原料基本为石英、无烟煤，其原料来源广泛且价格低廉，合成时将石英砂与无烟煤粉进行充合压实，然后在2200-2500\进行高温烧结*6+（无烟煤根参考GB212—91、GB214—96和GB476—91。随着对于碳化硅合成原料的进一步研究，陈立富采用硅酸乙酯和酚醛树脂为原料，用沉淀法制备前驱体，1500\通过高温碳热还原反应，也制备微球型的碳化硅粉末［7］（紧接着国外的Martin课题组采用硅溶胶和碳黑，在低温下合成碳化硅前驱体，再经过高温烧结制备
亠塞如熱
INDUSTRIAL HEATING
・2・
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亚微米级SiC 粉体。 年 随着绿节能环
保理念的深入有部分研究者开始研究利用农作物残渣
稻壳作为碳源来用于碳化硅的制备，
商用但实验完成了制备⑻。
1.2设备设计优化
图1所示为最早用于生产碳化硅的 ⑼，整 体由四部分构成，炉料填埋于整
体内并且
包裹住发热炉芯，热 芯逐渐向外 最 成碳化硅的结晶筒，
种体在生产
于炉料
压实在反应中产生气体难以有 成
的发生， 反应中的
有
体一氧化碳。
为了解决 问题,1992年ESK 公司 款ESK
*10+，如图2所示。炉体整个材料密封
以 有 体和粉尘的 ， 为
的发生在底部 排 (ESK 的 的确将 的 进行 大程度的优化，但在际
生产过程
ESK 的能 的 还是
要高。
2016年西安科技大学的
一款热源并
联式碳化硅合成炉*11+ ，如图3所示。
型结合 ’
图2 ESK 炉示意图
图3 —种热源并联式碳化硅合成炉
2机理研究
2.1 SiC 生长机理研究
对于碳化硅生 目前有四种解释*12「⑸，第一
种认为碳化硅的合成分为两步，
生成 产
H无穷控制SiC 。
SiC 2 + C 二 SiC + co
SiC +2C bSiC +co
第二种
为在反应第一步先生成 Si ，然
后单质Si 再与C 反应生成SiC ，温度再继续升高，低温
碳化硅将 成为高温 型 SCC 。
SiO 2 +2C bSi +2C0
Si + c 二！ - Sic
多碳化硅合成炉的优点， 能 有 低炉内压力，
并且能使热 ，从 在保温的前
，降低
的发生，减一氧化碳气体对
的 。
横向剖面图
纵向剖面图
!
— SiC —" — SiC
第三种机理对于SiC 的整个反应步骤做了更加进
了更加详细的预测分析。
800 〜1700 °C SiO 2 + C #SiO + CO
SCO +2C #! - SiC +CO 2SiO #SiO 2 +Si
1 700 C SiO
2 + C #SiO + CO
一步的描述。
1 200 〜1 3+0 C
SiO 2 #SiO 2
〉1 803 C SiO 2 + C #SCO + CO
SC+2C #!-SiC+CO
〉1 900 C
! — SiC —" — SiC
第四种 对于整 反应 的
反应产
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Voi.49No.122020INDUSTRIAL HEATING
SCO+2C#!-SiC+CO
Si+c#p-Sic
SiO2+Si#2SCO
1800〜2000°C!-SiC#"-SiC
2100-2400C!-SiC#"-SiC
2600C"-SiC#SiC（g）#Si+C 2.2冶炼炉内传热传质机理研究到2000C以上，且炉内封闭难以对温度及压力的变化进行研究，利用的方法进行研究广泛应用。陈*16+采用ANSYS对合成炉内温的变化进行研究，图4、图5所示为不同内温图部分温图。
*17+采用Fluent对合成炉内温的变化进行，从而为减生型：理
对于碳化硅冶炼过程的研究是从论基础（2000年以后开始，由于碳化硅合成过程中温度高
£
图4温度场模拟
2800
2550
2300
2050
1800
1550
1300
1050
300
，5-4-3-2-1012345
P/m
2800
2550hca2
2300
2050
H1800
U1550
1300
1050
800
300氟苯尼考琥珀酸钠
-4-3-2-101234
无人机管控
P/m
图5温度分布散点图
图6温度场模拟
3结论
文综述了高温电加热制备碳化硅的研究进展，文章主要通过对加热炉的碳化硅的合成过程中的进行总结，为碳化硅朝着绿节能发展
—定的参。
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（下转至第8页
）
亠量 4熱
INDUSTRIAL HEATING
• 8 %
2020年第49卷第12期Voi. 49 No. 12 2020
4.3品种结构改善
连铸坯品种结构也由此发生较大变化，主要
在某重点用户，
4.8万t 提高到
5.9万t ，占公司
圆坯产量的26.66%，合金钢 32.35% 高到
70. 12%，见图 8。
5结论
(1) 通过优化炉料结构，采用“ +熔池内 ”方，形成电弧炉高铁水比条件下炼钢多
复合喷吹 控制技术，有效改善钢液 。
(2) 研 电弧 钢过程在线喷粉脱氧技术，精
准控制出钢后钢液氧含量、降低脱 、减夹杂
产生，精炼环节工艺节奏。
(3) 通过精炼渣系优化、控制软吹氟时间、 包结构优化 ，有 夹杂
，抑
制钢液二次氧化，提升产品质量。
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