CH640199A5 - Process and plant for the production of silicon carbide (carborundum) - Google Patents

Description

  
 

**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.

 



  REVENDICATIONS
 1. Procédé pour produire du carbure de silicium grâce au chauffage d'une charge de matériaux siliciés et carbonés par résistance électrique en faisant passer un courant électrique au travers d'un noyau placé dans la charge, caractérisé en ce que le noyau (12) et la charge (10) sont de configuration générale circulaire.



   2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupe verticale de la configuration de la charge (10) est triangulaire.



   3. Procédé selon l'une des revendications   I    ou 2, caractérisé en ce que la charge n'est pas retenue par des parois et est déposée en vrac.



   4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le noyau est un noyau de carbone placé horizontalement dans la charge.



   5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1 à partir d'une charge de matériaux siliciés et carbonés,   caraco    térisée en ce qu'elle comprend des électrodes reliées à un noyau (12) formant résistance électrique, de configuration circulaire, situé dans la charge.



   6. Installation selon la revendication 5 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, cractérisée en ce que le noyau est constitué par une   piéce    de carbone placée horizontalement dans la charge.



   7. Installation selon la revendication 5, caractérisée par un appareil de chargement de matériaux (6), un appareil pour décharger le tas en vrac (26) et un appareil d'aspiration du gaz (28).



   8. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'appareil de chargement (6) est monté au sommet d'une enceinte (2).



   L'invention concerne un procédé et une installation de production de carbure de silicium à partir d'une charge de matériaux siliciés et carbonés, le courant étant fourni à une résistance située au milieu de la charge.



   Le carbure de silicium peut être obtenu dans diverses conditions de temps et de températures à partir de mélanges de carbone et de silice ou de silicium. Il peut être formé à des températures aussi basses que 525 C à partir de silicium et de carbone, et cela au moyer d'un alliage de silicium riche en carbone, d'aluminium et de zinc.



   Les cristaux de carbure de silicium ont aussi été préparés par   cra-    quage gazeux d'au moins cinq systèmes gazeux.



   Le carbure de silicium est produit principalement dans des fours à charges mesurant jusqu'à 18 m de long sur 3 m de large contenant jusqu'à environ 90 kg de mélange. Les parois du four consistent en des sections amovibles d'un châssis en fonte revêtu de briques de basse qualité.



   Le mélange est versé dans le four au moyen d'une trémie et d'un pont roulant ou alors par des convoyeurs. Lorsque le four est à peu près à moitié plein, on interrompt temporairement le chargement de façon à pouvoir introduire un noyau lâche de graphite entre les électrodes situées à chaque extrémité du four. Ce noyau est de section uniforme et il peut mesurer jusqu'à 254 mm d'épaisseur sur 406 mm de large, cela dépendant des dimensions du four utilisé. On met ensuite le restant de la charge. On applique alors une tension électrique dont la puissance peut s'élever à environ 5000 kW et dont le voltage varie entre 400 et 200 V du fait que la résistance se modifie au cours du chauffage qui dure environ 1,5 d. La charge chaude a besoin de plusieurs jours pour se refroidir avant que   l'on    puisse la manipuler.

  Lorsque   l'on    enlève les parois, le revêtement lâche tombe, découvrant le lingot. Ce revêtement lâche est de même composition que le mélange original et il est réutilisé ultérieurement. Le lingot a une section ovale et il est enchâssé dans une croûte d'environ 25 à 50 mm d'épaisseur.



   Cette croûte relativement mince se forme du fait que la transition abrupte de température à cet endroit favorise la condensation des impuretés d'oxyde. Cette concentration facilite l'élimination de ces impuretés indésirées. On casse ensuite en morceaux le lingot propre contenant les cristaux de carbure de silicium et on les sort du four.



  On récupère le noyau de graphite pour un usage ultérieur. Le lingot cristallin est broyé et on le tamise aux dimensions voulues. Les particules peuvent alors être purifiées par un traitement à l'acide ou à l'alcali puis lavées avec de l'eau et séchées, cela dépendant de l'utilisation finale du matériau. Le procédé décrit ci-dessus est connu sous le nom de procédé Acheson.



   De telles installations nécessitent entre quatre et six fours par transformateur de manière à utiliser chaque transformateur de façon optimale, cela avec un four en train de chauffer, un four en train d'être chargé, un four en train d'être déchargé et un four se refroidissant. Cela nécessite de gros investissements en fours et en bâtiments.



  Le déchargement de tels fours est difficile et pénible du fait de la proximité de fours chauds, et cela nécessite un grand travail manuel pour récupérer le carbure de silicium, le déchargement mécanique des fours étant restreint du fait du peu d'espace libre entre les fours.



   Cela requiert en outre que les fours soient refroidis très en avance, dè façon que la température soit suffisamment basse pour permettre un déchargement manuel. Le chargement de tels fours pose un autre problème du fait de la proximité des autres fours, et cela implique l'utilisation de longues courroies de transport entre les bacs de mélange et les fours ou alors des grues amenant aux fours les charges successives.



   Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients.



   Le procédé selon l'invention est défini par la revendication 1,
I'installation pour la mise en oeuvre du procédé par la revendication 5.



   Le mode d'exécution préféré de cette invention fournit une installation utilisant le procédé Aches on, qui permet de réduire les coûts d'utilisation et facilite le contrôle de la pollution. Les pertes électriques sont diminuées, de même que les risques inhérents à l'utilisation de tels fours.



   On obtient ainsi une amélioration de la manutention.



   On comprendra mieux cette invention en se référant à la description suivante de la forme préférée d'exécution, qui est donnée à titre d'exemple seulement, les références se rapportant au dessin ci-joint, dans lequel:
 la fig. 1 est une vue en plan partielle de l'installation de production de carbure de silicium, et
 la fig. 2 est une vue en élévation de l'usine abritant l'installation.



   Le dessin présente une installation à résistance électrique pour préparer du carbure de silicium à partir d'une charge de matériaux siliciés et carbonés. Le courant est fourni au moyen de barres d'alimentation et d'électrodes, et il passe dans une résistance centrale de carbone qui a été introduite horizontalement dans la charge. La charge et la résistance ont toutes deux une configuration circulaire.



   L'installation à résistance électrique est située dans une enceinte de chauffage de dimensions juste suffisantes pour permettre l'opération. Il y a des moyens pour charger et décharger l'installation. Tout le toit de l'enceinte est clos, sauf pour une conduite qui mène à un récupérateur de poussières.

 

   En se référant aux fig. 1 et 2, on voit l'installation située dans l'enceinte de chauffage ou bâtiment 2.



   Un convoyeur (non dessiné) apporte les produits de départ carbonés et siliciés déjà mélangés dans l'enceinte de chauffage, ceux-ci venant d'un bâtiment principal. Ce convoyeur se décharge sur plusieurs autres convoyeurs (non dessinés) qui se déchargent à leur tour dans un silo (non dessiné) situé sur le toit de l'enceinte de chauffage.



  Ce silo se vide sur une série de convoyeurs 6 situés au-dessus du tas de charge à former. Ceux-ci chargent l'installation 8 avec une quantité adéquate de produits de départ 10. Ils placent aussi le noyau en graphite 12. L'installation ne comprend pas de parois qui maintiennent la charge, celle-ci étant simplement un tas libre. Cependant, on peut utiliser des parois si on le désire.  



   Lors du chargement de l'installation, on forme d'abord la moitié



  inférieure, puis on arrête. On pose alors le noyau 12 sur le mélange, puis on achève le tas qui prend une configuration triangulaire. Pour charger l'installation, on peut utiliser des moyens manuels ou d'autres moyens mécaniques.



   Une fois que cela a été réalisé, on connecte une source de courant, tel qu'un transformateur 14, aux électrodes 16 situées à chaque extrémité du tas, cela au moyen des barres d'alimentation 18. Du fait que le tas est presque un cercle fermé et que le transformateur est situé prés des deux extrémités 20, on n'a besoin que de très cours fils d'alimentation pour réaliser cette connexion. Le transformateur peut alimenter l'installation décrite et une installation adjacente ou alors les installations 22 situées dans une autre enceinte de chauffage 24, pour commencer les opérations pendant que la pre   miére    installation se refroidit.



   La tension appliquée au noyau par les électrodes et les barres d'alimentation peut être soit alternative soit continue.



   La puissance doit être suffisante pour chauffer les matériaux carbonés et siliciés jusqu'à la température où ils réagissent pour former le carbure de silicium.



   Lorsque le cycle de chauffe est terminé, on déconnecte le transformateur 14 et les opérations de refroidissement et de déchargement commencent. Le tas est refroidi et déchargé par étapes. Tout d'abord, on laisse le tas se refroidir, sans y toucher, pendant plusieurs jours. A ce moment, on amène une pelle mécanique 26 ou un autre engin dans l'enceinte. Cet engin commence à décharger en raclant le tas pour éliminer tout d'abord les matériaux qui n'ont pas réagi. Cette opération est effectuée de façon que les matériaux chauds de l'intérieur soient continuellement mis en contact avec l'air ambiant. Une fois que ces matériaux ont été éliminés, découvrant le lingot de carbure de silicium, on le laisse se refroidir pendant plusieurs jours. Ce refroidissement peut être accéléré par des jets d'eau.



  Après cette étape de refroidissement, on enlève le lingot du four au moyen du même engin de déchargement et on l'amène sur l'aire de nettoyage et de tri. Une fois que le lingot a été enlevé, le cycle de chargement peut recommencer. Toute la poussière passe par le conduit 28 et elle est recueillie dans le collecteur de fumées 30. Cette installation réduit le coût des opérations. On a moins besoin de   main-d'oeuvre.    Les courtes barres d'alimentation réduisent les coûts en matériel et diminuent les pertes électriques. Le contrôle de la pollution est facilement réalisé. L'installation est chargée et déchargée de manière plus facile.



   Les risques pour les ouvriers sont matériellement réduits, du fait que ces derniers n'ont pas besoin de rester dans l'enceinte de chauffage lorsque le four est en opération.

 

   A titre d'exemple, on a construit un petit four de 762 mm de diamètre sur un lit plat de briques réfractaires. On étend ensuite une couche d'un mélange de sable, de coke et de matériaux recyclés sur une largeur d'environ 152 mm et sur une épaisseur de 50 mm sur le cercle de 762 mm. Au centre du lit, on pose un noyau de graphite de 25 mm sur 31,75 mm, chaque extrémité étant connectée à un barreau de graphite de 50 mm qui est à son tour relié à un transformateur de 50 kVA. On ajoute alors du mélange sur une hauteur de 152 mm au-dessus du noyau, ce qui forme un tas de mélange circulaire à section triangulaire sur le cercle de 762 mm de diamètre.



   Après chauffage et refroidissement, on obtient un lingot de carbure de silicium de forme circulaire et de section régulière. 

Claims (8)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire du carbure de silicium grâce au chauffage d'une charge de matériaux siliciés et carbonés par résistance électrique en faisant passer un courant électrique au travers d'un noyau placé dans la charge, caractérisé en ce que le noyau (12) et la charge (10) sont de configuration générale circulaire.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupe verticale de la configuration de la charge (10) est triangulaire.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la charge n'est pas retenue par des parois et est déposée en vrac.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le noyau est un noyau de carbone placé horizontalement dans la charge.
5. 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1 à partir d'une charge de matériaux siliciés et carbonés, caraco térisée en ce qu'elle comprend des électrodes reliées à un noyau (12) formant résistance électrique, de configuration circulaire, situé dans la charge.
6. 6. Installation selon la revendication 5 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, cractérisée en ce que le noyau est constitué par une piéce de carbone placée horizontalement dans la charge.
7. 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée par un appareil de chargement de matériaux (6), un appareil pour décharger le tas en vrac (26) et un appareil d'aspiration du gaz (28).
8. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'appareil de chargement (6) est monté au sommet d'une enceinte (2).

   L'invention concerne un procédé et une installation de production de carbure de silicium à partir d'une charge de matériaux siliciés et carbonés, le courant étant fourni à une résistance située au milieu de la charge.

   Le carbure de silicium peut être obtenu dans diverses conditions de temps et de températures à partir de mélanges de carbone et de silice ou de silicium. Il peut être formé à des températures aussi basses que 525 C à partir de silicium et de carbone, et cela au moyer d'un alliage de silicium riche en carbone, d'aluminium et de zinc.

   Les cristaux de carbure de silicium ont aussi été préparés par cra- quage gazeux d'au moins cinq systèmes gazeux.

   Le carbure de silicium est produit principalement dans des fours à charges mesurant jusqu'à 18 m de long sur 3 m de large contenant jusqu'à environ 90 kg de mélange. Les parois du four consistent en des sections amovibles d'un châssis en fonte revêtu de briques de basse qualité.

   Le mélange est versé dans le four au moyen d'une trémie et d'un pont roulant ou alors par des convoyeurs. Lorsque le four est à peu près à moitié plein, on interrompt temporairement le chargement de façon à pouvoir introduire un noyau lâche de graphite entre les électrodes situées à chaque extrémité du four. Ce noyau est de section uniforme et il peut mesurer jusqu'à 254 mm d'épaisseur sur 406 mm de large, cela dépendant des dimensions du four utilisé. On met ensuite le restant de la charge. On applique alors une tension électrique dont la puissance peut s'élever à environ 5000 kW et dont le voltage varie entre 400 et 200 V du fait que la résistance se modifie au cours du chauffage qui dure environ 1,5 d. La charge chaude a besoin de plusieurs jours pour se refroidir avant que l'on puisse la manipuler.

   Lorsque l'on enlève les parois, le revêtement lâche tombe, découvrant le lingot. Ce revêtement lâche est de même composition que le mélange original et il est réutilisé ultérieurement. Le lingot a une section ovale et il est enchâssé dans une croûte d'environ 25 à 50 mm d'épaisseur.

   Cette croûte relativement mince se forme du fait que la transition abrupte de température à cet endroit favorise la condensation des impuretés d'oxyde. Cette concentration facilite l'élimination de ces impuretés indésirées. On casse ensuite en morceaux le lingot propre contenant les cristaux de carbure de silicium et on les sort du four.

   On récupère le noyau de graphite pour un usage ultérieur. Le lingot cristallin est broyé et on le tamise aux dimensions voulues. Les particules peuvent alors être purifiées par un traitement à l'acide ou à l'alcali puis lavées avec de l'eau et séchées, cela dépendant de l'utilisation finale du matériau. Le procédé décrit ci-dessus est connu sous le nom de procédé Acheson.

   De telles installations nécessitent entre quatre et six fours par transformateur de manière à utiliser chaque transformateur de façon optimale, cela avec un four en train de chauffer, un four en train d'être chargé, un four en train d'être déchargé et un four se refroidissant. Cela nécessite de gros investissements en fours et en bâtiments.

   Le déchargement de tels fours est difficile et pénible du fait de la proximité de fours chauds, et cela nécessite un grand travail manuel pour récupérer le carbure de silicium, le déchargement mécanique des fours étant restreint du fait du peu d'espace libre entre les fours.

   Cela requiert en outre que les fours soient refroidis très en avance, dè façon que la température soit suffisamment basse pour permettre un déchargement manuel. Le chargement de tels fours pose un autre problème du fait de la proximité des autres fours, et cela implique l'utilisation de longues courroies de transport entre les bacs de mélange et les fours ou alors des grues amenant aux fours les charges successives.

   Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients.

   Le procédé selon l'invention est défini par la revendication 1, I'installation pour la mise en oeuvre du procédé par la revendication 5.

   Le mode d'exécution préféré de cette invention fournit une installation utilisant le procédé Aches on, qui permet de réduire les coûts d'utilisation et facilite le contrôle de la pollution. Les pertes électriques sont diminuées, de même que les risques inhérents à l'utilisation de tels fours.

   On obtient ainsi une amélioration de la manutention.

   On comprendra mieux cette invention en se référant à la description suivante de la forme préférée d'exécution, qui est donnée à titre d'exemple seulement, les références se rapportant au dessin ci-joint, dans lequel: la fig. 1 est une vue en plan partielle de l'installation de production de carbure de silicium, et la fig. 2 est une vue en élévation de l'usine abritant l'installation.

   Le dessin présente une installation à résistance électrique pour préparer du carbure de silicium à partir d'une charge de matériaux siliciés et carbonés. Le courant est fourni au moyen de barres d'alimentation et d'électrodes, et il passe dans une résistance centrale de carbone qui a été introduite horizontalement dans la charge. La charge et la résistance ont toutes deux une configuration circulaire.

   L'installation à résistance électrique est située dans une enceinte de chauffage de dimensions juste suffisantes pour permettre l'opération. Il y a des moyens pour charger et décharger l'installation. Tout le toit de l'enceinte est clos, sauf pour une conduite qui mène à un récupérateur de poussières.

   En se référant aux fig. 1 et 2, on voit l'installation située dans l'enceinte de chauffage ou bâtiment 2.

   Un convoyeur (non dessiné) apporte les produits de départ carbonés et siliciés déjà mélangés dans l'enceinte de chauffage, ceux-ci venant d'un bâtiment principal. Ce convoyeur se décharge sur plusieurs autres convoyeurs (non dessinés) qui se déchargent à leur tour dans un silo (non dessiné) situé sur le toit de l'enceinte de chauffage.

   Ce silo se vide sur une série de convoyeurs 6 situés au-dessus du tas de charge à former. Ceux-ci chargent l'installation 8 avec une quantité adéquate de produits de départ 10. Ils placent aussi le noyau en graphite 12. L'installation ne comprend pas de parois qui maintiennent la charge, celle-ci étant simplement un tas libre. Cependant, on peut utiliser des parois si on le désire. **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **.