单炉多层流化熔融炉制造技术

本发明专利技术公开了一种单炉多层流化熔融炉，包括竖向设置的炉体，在炉体内从上至下间隔设置有多个床层，每一床层的一端与炉体内壁的一侧的连接，另一端与炉体内壁的另一侧之间设有导流口，相邻的床层的导流口相对交替设置；该床层包括布风板、石墨加热芯和溢流堰，布风板水平设置，在该布风板上布满风帽或风孔，在该布风板与该导流口相邻的一端设有向上延伸的溢流堰，在该布风板的上面设有石墨加热芯；在炉体的顶面和底面分别设有氩气出口和产品出口；在炉体的顶部和底部分别设有原料入口和氩气入口。本发明专利技术单炉多层流化熔融炉采用多层床层反应，温度均匀，物料混合均匀，产品无需分离直接经处理后获取碳化硅成品，也不存在回炉料回用问题。用问题。用问题。

【技术实现步骤摘要】
单炉多层流化熔融炉


[0001]本专利技术涉及一种熔融炉，尤其涉及一种生产碳化硅的单炉多层流化熔融炉，属于生产碳化硅的流化熔融炉设备领域。

技术介绍

[0002]碳化硅材料用途广泛，主要应用于太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业中。目前，常规碳化硅的制备主要来源于人工合成，其制备方法主要包括升华法和熔解法。其中，升华法是在真空为10
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30毫米汞柱的碳管炉内靠装填碳管炉内碳化硅炉料升华在内壁生长合成生产碳化硅；熔解法是在严格控制温度在2600℃的电炉内埋入密闭石墨干坩埚，将粘合成型碳化硅配料提前置于密闭石墨干坩埚内熔融生产碳化硅。然而，上述方法在生产过程中存在如下劣势：(1)熔解法和升华法均属于间歇生产，产品出炉人工分级分选；(2)熔解法物料反应不完全，在制备完成后炉内物料仅在中心部位形成碳化硅产品，其他物料反应不完全，如作为保温层、氧碳化硅层、粘合物层和无定形物层存在等；升华法存在碳化硅晶体生长速率低，并且反应空间中的温度难以有效管理；(3)熔解法和升华法制备碳化硅的过程中原料由于粘合在一起存在，传质和传热效率较低。然而，应用流态化方法可有效提高制备碳化硅原料的混合均匀程度，提高传质和传热效率，避免了升华法碳化硅晶体生成速率慢和操作温度难以控制缺陷，同时也克服了常规熔融法电阻炉由内到外形成不同的炉料层而造成未反应完全原料二次熔炉回用。
[0003]常规碳化硅制备方法主要分为熔融法和升华法。
[0004]熔融法的特点：熔融法制备碳化硅主要设备是电阻炉。其中，电阻炉两端是端墙，近中心处设有石墨电极，炉芯体则连于两电极之间；而炉芯周围则装填的是参加反应的炉料(主要是石英和碳质原料)，外部则是保温料。在对炉料进行熔融生产碳化硅时，通常通过供电保证炉芯体温度上升达到2600～2700℃。此时被电加热的炉芯会把热量传给炉料，使之逐渐加热达到1450℃以上时即可生成碳化硅并逸出一氧化碳。伴随着加热时间延长，炉料高温范围会不断扩大，同时生成的碳化硅也越来越多，最终促使碳化硅在炉内蒸发移动结晶形成圆筒形的结晶筒。当结晶筒内温度超过2600℃时，部分碳化硅产品又会开始分解，所分解出的硅又与炉料中的碳结合而成为新的碳化硅。
[0005]常用熔融法碳化硅生产设备主要包括原料混合装置、熔融生产装置(电阻炉)和产品处理装置。破碎成一定粒度的硅原料、碳质原料和辅料在混合装置中混合均匀成型后后送入熔融生产装置；混合料和上一操作所产生的回用乏料一起在熔融生产单元中经过2600℃左右的高温生产出高纯度碳化硅产品。但是在熔融生产单元中，并非所有的原料和回用乏料都在电阻炉内转化为碳化硅产品。因此，在后续的产品处理单元中，未生成合格产品的回用乏料经处理后再次进入熔融生产单元中继续成产碳化硅。同时，在此工艺过程中熔融生产过程产生的高温碳化硅热量也未得到回收利用。
[0006]升华法的特点：升华法是目前商业生产碳化硅晶体最常用的方法，它是把预处理制备碳化硅粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气氛环境(通常氩气)，温度为
2500℃的条件下所生成碳化硅进行升华生长制备，但是此法在生产过程中碳化硅生成速率较慢，不易控制所生长碳化硅晶体晶型尺寸；同时，生产中操作温度也不易控制。
[0007]现有技术存在的缺点：
[0008](1)熔解法和升华法均属于间歇生产，产品出炉人工分级分选；
[0009](2)熔解法物料反应不完全，在制备完成后炉内物料仅在中心部位形成碳化硅产品，其他物料反应不完全，如作为保温层、氧碳化硅层、粘合物层和无定形物层存在等；升华法存在碳化硅晶体生长速率低，并且反应空间中的温度管理困难；
[0010](3)熔解法和升华法制备碳化硅的过程中原料由于粘合在一起存在，传质和传热效率较低。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的就是提供一种单炉多层流化熔融炉，以解决传统碳化硅生产过程传质传热不均匀问题，实现碳化硅的连续化生产过程和各个阶段温度操控，克服传统碳化硅生产过程物料单程转化效率低，产品乏料继续分离回用的弊端。
[0012]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0013]一种单炉多层流化熔融炉，包括竖向设置的炉体，其中，在该炉体内从上至下间隔设置有多层床层，每一床层的一端与炉体内壁的一侧的连接，另一端与炉体内壁的另一侧之间设有用于物料向下流通的导流口，相邻的床层的导流口相对交替设置；该床层包括布风板、石墨加热芯和溢流堰，布风板水平设置，在该布风板上布满风帽或风孔，在该布风板与该导流口相邻的一端设有向上延伸的溢流堰，在该布风板的上面设有石墨加热芯；在该炉体的顶面和底面分别设有氩气出口和产品出口；在该炉体的顶部和底部分别设有原料入口和氩气入口。
[0014]作为本专利技术的一种优选的具体实施方案，所述的炉体的横截面可以为圆形或方形，其内径或边长为1.0～8.0米；其中，对于横截面为圆形的炉体，所述的布风板为直径与炉体内径相同的圆缺形状，该圆缺缺少的部分作为所述的导流口，所述的溢流堰设在该圆缺的直线边；圆缺的直线边的中点与跨过导流口对侧的炉体内壁的距离为布风板直径的1/8～1/16；对于横截面为方形的炉体，所述的布风板的长度与炉体横截面的边长相等，其导流口的宽度为布风板长度的1/8～1/16。
[0015]作为本专利技术的一种优选的具体实施方案，所述的石墨加热芯安装在风帽或者风孔的行间，设在距离布风板0.03～0.2m的上方，石墨加热芯的安装距离优选为风帽或者风孔直径的2倍距离：通过控制石墨加热芯的充电强度来控制炉内各层床面的反应温度，实现不同碳化硅产品的温度控制要求。每层床面的反应温度可以单独控制。
[0016]作为本专利技术的一种优选的具体实施方案，所述的风帽直径为30～80毫米，所述的风孔直径为3～8毫米。
[0017]作为本专利技术的一种优选的具体实施方案，风帽或风孔(10)之间的中心间距为风帽或者风孔直径的1.0～1.5倍。
[0018]作为本专利技术的一种优选的具体实施方案，每层布风板的间距为0.1～0.8米。本专利技术以流态化技术为基础提出一种新型碳化硅制备方法与装置，可实现碳化硅制备过程分段反应和分段控制，不仅可以实现碳化硅生产过程的连续性，而且还可以提高碳化硅晶体转
化率。
[0019]本专利技术采用单炉多层流化熔融方式生产碳化硅产品可保证物料的充分混合和传质传热，与传统的熔融法和升华法相比，完全生产出合格碳化硅产品的反应时间可由过去大约15～25个小时缩短为现在的1～2小时，极大地提高了生产效率。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的剖视结构示意图；
[0021]图2是图1的A
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A剖视图(圆形炉体)；
[0022]图3是图1的A
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A剖视图(矩形炉体)；
[0023]图4是图2的尺寸标注图(不含石墨加热芯)；
[0024]图5是图3的尺寸标注图(不含石墨加热芯)。
[0025]附图标记说明：1、炉体，2、溢流堰，3、导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单炉多层流化熔融炉，包括竖向设置的炉体(1)，其特征在于，在该炉体(1)内从上至下间隔设置有多层床层，每一床层的一端与炉体(1)内壁的一侧的连接，另一端与炉体(1)内壁的另一侧之间设有用于物料向下流通的导流口(3)，相邻的床层的导流口(3)相对交替设置；该床层包括布风板(4)、石墨加热芯(7)和溢流堰(2)，布风板(4)水平设置，在该布风板(4)上布满风帽或风孔(10)，在该布风板(4)与该导流口(3)相邻的一端设有向上延伸的溢流堰(2)，在该布风板(4)的上面设有石墨加热芯(7)。2.根据权利要求1所述的单炉多层流化熔融炉，其特征在于，在该炉体(1)的顶面和底面分别设有氩气出口(9)和产品出口(5)。3.根据权利要求1所述的单炉多层流化熔融炉，其特征在于，在该炉体(1)的顶部和底部分别设有原料入口(8)和氩气入口(6)。4.根据权利要求1所述的单炉多层流化熔融炉，其特征在于，所述的炉体(1)的横截面为圆形或方形，其内径或边长为1.0～8.0米。5.根据权利要求4所述的单炉多层流化熔融炉，其特征在于，对于横截面为圆形的炉体(1)，所述的布风板(4)为直径与炉体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骏，王宁，高定，李玥鹏，
申请(专利权)人：北京绿清科技有限公司，
类型：发明
国别省市：