JPS5818325B2 - ベ−タ−ガタタンカケイソノ レンゾクセイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、β型炭化珪素の連続製造方法に関し、詳しく
は、シリカ粉末と炭素粉末と炭素系の結合剤とを混合し
、粒状に成形せしめた原料を出発原料とするβ型炭化珪
素の連続製造方法に関する。

従来炭化珪素は、工業的には非連続式のアチェソン型電
気抵抗炉で製造されていた。

この製造方法は炉の両端に固定された電極間を炭素の抵
抗芯で結び、その周囲をシリカと炭素とからなる混合物
で充填し、この抵抗芯に電力を供給して加熱反応させた
後に、炉の側壁を取りはずして、生成した堅いα型炭化
珪素の結晶塊を回収する方法であ□る。

したがって、回収後の粗砕および選別作業などに多くの
労力を要し、作業性は極めて悪かった。

また、粉塵および悪臭による労働衛生上ならびに公害上
の未解決の問題があり、さらにまた休炉期間が長くて炉
の稼動効率が極めて低く、さらに排出ＣＯガスを回収し
難い等の多くの欠点を有していた。

一方、微細結晶のβ型炭化珪素はα型炭化珪素とは異な
る化学的および物理的な特性が認められ、炭化珪素系耐
火物の充填剤や結合剤として、また、冶金用の脱酸剤と
して、さらにα型炭化珪素では得ることの困難な微細な
粒径により磨き研磨剤および艶消剤等の多くの用途が近
年開発され、その需要は益々増加している。

β型炭化珪素を連続的に製造することは、従来よりいろ
いろと試みられており、例えば西ドイツ国特許第１，１
８６，４４７号によれば、同心二重の管によって構成さ
れた反応筒と最も内側の管内にのみ設置された発熱体と
さらに前記反応筒の外側壁にＣＯガスを常時反応域外へ
排出させるための斜孔が複数個設けられている特殊な装
置を使用する製造方法が開示されている。

しかし、この方法は後に述べる如くの欠点を有している
ため、実施が困難である。

なぜならば、上記西ドイツ国特許記載の方法によれは、
出発原料は反応域で溶融したりシリカ粒が相互に融着し
て塊状化することを防止するためにシリカ粒の表面を粘
着性の液体で濡らして炭素粉でまぶしたものが使用され
ている。

したがって、原料の通気性が極めて悪く、析出物の影響
も受は易いし、また反応域においては輻射伝熱が甚しく
阻害されるため熱伝導率が著しく低し）。

さらに前記装置は最も内部に発熱体を有しており、原料
はその外周部へ装入される形式である。

したがって、反応域において水平方向に温度勾配が生ず
るため、原料を均一に加熱し、均一な生成物を得ること
が困難である。

以上述べた如く、経済的にかつ工業的な規模でβ型炭化
珪素を連続製造するための方法は未だ知られていなかっ
た。

このような観点に立ち、本発明者等は先に特願昭４９−
１２６４２５号により、シリカと炭素とを出発原料とす
るβ型炭化珪素の連続製造方法に係る発明を提案してい
る。

前記発明によれば比較的反応性の低い炭素材を使用する
場合には炭素材を微粉砕することによって反応性を向上
させ、さらにシリカ粉末と炭素系の結合剤と混合し成形
することにより、シリカ粒子による原料の溶融塊状化と
、炭化珪素の生成反応時に発生する中間生成物であるＳ
ｉＯガスからの析出物の粘着作用による原料の塊状化を
防止することを可能としている。

しかしながら、前記炭素系の結合剤は炭化温度に到達す
る前に一旦軟化溶融するため、ＳｉＣ生成反応に必要と
される高温に加熱される以前に前記結合剤の粘着作用に
よって成形原料が相互に塊状化し、円滑な原料の自重降
下が阻害されたり、著しい場合には前記結合剤が軟化溶
融する際に前記成形原料の形状が損なわれ、ガスの通気
性が悪化してＳｉＣ生成反応が進み難くなり、長期間の
安定した連続操業が困難となる場合があった。

本発明は、前記本発明者等が先に発明し特許出願した方
法の改良に係り、その目的とするところは、加熱炉内に
おける装入原料の自重降下を円滑にし、安定した炉況を
維持し、かつ低い電力原単位でβ型炭化珪素を連続して
製造する方法を提供することにある。

本発明によれば、シリカ粉末と炭素粉末と炭素系の結合
剤とを混合し、粒状に成形せしめた原料を竪型の電気抵
抗式間接加熱炉の上方から前記加熱炉内に装入し、前記
加熱炉中で間接加熱してＳｉＣ生成反応を生起させ、前
記加熱炉の下方よりＳｉＣ生成物を取り出すβ型炭化珪
素の連続製造方法において、 前記加熱炉にＳｉＣ生成反応時に副生ずる高温の反応生
成ガスを導入することのできる炭化炉を連接し、前記粒
状に成形せしめた原料を前記炭化炉内に装入し、ＳｉＣ
生成反応時に副生ずる高温の反応生成ガスと接触させる
ことにより、原料中の炭素系の結合剤を炭化せしめた後
、前記炭化炉内より排出し、ついで前記加熱炉内に装入
し、１６００〜２１００°Ｃの温度範囲内に加熱してＳ
ｉＣ生成反応を生起せしめることを特徴とするβ型炭化
珪素の連続製造方法によって前記目的を達成することが
できる。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明によれば、シリカ粉末と炭素粉末と炭素系の結合
剤とを混合し、粒状に成形せしめた原料を使用する。

前記成形せしめた原料は加熱炉内において常に初期の形
状を維持していることが重要であり、前記成形せしめた
原料を加熱炉内に装入する前に前記原料中に含有される
炭素系の結合剤を炭化せしめることが必要である。

その理由は、本発明において使用される炭素系の結合剤
は成形せしめた原料の高温域におシる圧潰強度を向上さ
せることを目的として用いられるものであるが、前記炭
素系の結合剤は高温域で炭化することにより結合力を発
揮するものである。

したがって、前記成形せしめた原料を炭素系の結合剤を
炭化せずに使用すると、加熱炉内で炭素系の結合剤が軟
化溶融するため、前記軟化溶融した結合剤の粘着作用に
よって、成形せしめた原料が相互に粘着し、塊状化する
ことにより原料の円滑な自重降下が阻害される。

また、前記軟化溶融が著しい場合には上部に積層された
原料の重量によって初期の形状が損なわれ、ガスの通気
性が著しく劣化し、炭化珪素の生成反応が進み難くなる
。

しかしながら、前記成形せしめた原料を加熱炉内に装入
する前に一旦少なくとも結合剤の炭化温度まで加熱し、
炭素系の結合剤を炭化せしめることにより、前記原料は
熱的および強度的に優れたカーボンボンディングされた
状態となり、加熱炉内において炭素系の結合剤の軟化溶
融に起因する原料の塊状化および変形を防止することが
できる。

なお、本発明によれは、前記成形せしめた原料に含有さ
れる炭素系の結合剤を炭化せしめる際の温度は４００℃
以上とすることが好ましい。

本発明によれば、炭素系の結合剤として例えばコールタ
ール、石油タール、木タール、コールタールピッチ、石
油ピッチ、木クールピッチ、アスファルト、糖蜜、フェ
ノール樹脂、パルプ廃液およびこれらと同等の効果を有
するものを有利に使用することができる。

本発明によれば、シリカ粉末は珪石あるいは珪砂を粉砕
したものを有利に使用でき、また炭素粉末は石油コーク
ス、ピッチコークスあるいは無煙炭を粉砕したものを有
利に使用できる。

本発明によれば、加熱炉にＳｉＣ生成反応時に副生ずる
高温の反応生成ガスを導入することのできる炭化炉を連
接し、粒状に成形せしめた原料を前記炭化炉内に装入し
、ＳｉＣ生成反応時に副生ずる高温の反応生成ガスと接
触させることにより、原料中の炭素系の結合剤を炭化せ
しめることが必要である。

本発明において、粒状に成形せしめた原料をＳｉＣ生成
反応時に副生ずる高温の反応生成ガスと接触させること
により、原料中の炭素系の結合剤を炭化せしめる理由は
、前記ＳｉＣ生成反応時に副生ずる反応生成ガスは９０
０℃以上と極めて高温で、大量の顕熱を有しており、こ
の反応生成ガスの顕熱を有効に利用することにより、熱
効率を著しく向上させることができるからである。

また、本発明において、加熱炉にＳｉＣ生成反応時に副
生ずる高温の反応生成ガスを導入することのできる炭化
炉を連接する理由は、ＳｉＣ生成反応時に副生ずる反応
生成ガスは主としてＣＯガスとＳｉＯガスであるが、こ
のうち、本発明において原料と接触せしめられる高温の
反応生成ガスはＣＯガスであり、加熱炉に炭化炉を連接
することによりＣＯガスを酸化させることなく効率的に
高温状態を維持したまま炭イ’ｂ炉に導入することがで
きるからである。

なお、前記炭化炉は加熱炉の上方に連接することが好ま
しい。

本発明によれば、前記炭化炉としては例えばロータリー
キルン等の回転炉を有利に使用することができる。

前記炭化炉として回転炉が有利である理由は、原料とＣ
Ｏガスとの接触形態を向流接触とすることができ、熱交
換を充分に行なうことができること、炉を回転させるこ
とによって結合剤の軟化溶融による原料の凝結塊状化を
防止できること、および原料に殆ど荷重をかけないため
初期の形状を損なわせることなく炭化処理を行なうこと
のできることなどを挙げることができる。

本発明によれば、炭化炉より排出された原料は加熱炉内
に装入され、１６００−２１００℃の温度範囲内に加熱
される。

前記温度範囲を１６００〜２１００℃の範囲内とする理
由は、前記温度が２１００℃より高いと生成したβ型炭
化珪素が結晶成長し、α型炭化珪素に転移して焼結塊と
なるので連続操業が難しく、一方１６００℃より低いと
反応速度が極めて遅く、経済的でないからである。

本発明によれば、電気抵抗式間接加熱炉を使用すること
により、原料ならびに反応生成物の水平方向の温度分布
をほぼ均一にし、反応の局部的かたよりを小さくして均
一な生成物を収率よく得ることができる。

次に本発明方法において使用される連続製造装置の一例
を図面を参照しながら説明する。

本発明方法において使用される製造装置は第１図に示し
た如く、電気抵抗間接加熱方式の竪型炉１とＳｉＣ生成
反応時に副生ずる高温の反応生成ガスを導入することの
できる炭化炉２とよりなる装置である。

前記竪型炉１の中心部には筒状の反応筒３が設けられ、
前記反応筒３の中央加熱部は黒鉛質で、その下部は耐火
物４で構成されている。

前記反応筒３の中央加熱部の外周には黒鉛製の発熱体５
および黒鉛製の発熱体保護外筒６が設けられている。

前記発熱体５は前記発熱体保護外筒６と反応筒３に囲ま
れた空間内にあり、その空間内には非酸化性ガスが封入
されている。

前記発熱体保護外筒６の外周には非常に断熱性の優れた
アセチレンブラックあるいはカーボンブラック等の粉末
断熱材が充填された断熱層γが設けられている。

前記竪型炉１における反応温度の制御は、前記竪型炉１
の側面に設けられた測温パイプ８および温度計９を用い
て、反応筒３の外壁温度あるいシまその付近の温度を測
定し、この測定値と電源の制御回路もしくは負荷電圧と
対応させることによって実施することができる。

前記温度計９としては先高温度計、２色温度計、輻射温
度計等が有利に使用できる。

前記竪型炉１の上方には炭化炉２が設けられ、竪型炉１
の原料装入口１０と炭化炉２の装入物せ１出口１１とが
対応するように連接されている。

在記炭化炉２と竪型炉１の連接部は竪型炉１から抄出さ
れる反応生成ガスが炭化炉２へ効率的に送込されるよう
に気密構造とされる。

また前記炭化炉２には操業開始直後等の反応生成ガスが
不充分／コ場合に炭化炉２内を加熱する補助加熱手段１
２を設けることができる。

本製造装置によれば、粒状に成形された原料は前記炭化
炉２の上部に設けられた原料ホッパー１３よりロータリ
ーバルブ等の原料切出手段１４によって切出されシュー
ト１５を経て炭化炉２餡へ供給され、炭化炉２内におい
て竪型炉１から斜出される高温のＣＯガスと向流接触し
ながら加謄され炭化炉２内の下方へと移動する。

次いで炭什炉２の排出口１１より排出された原料は竪型
炉１に供給され、反応筒３内を下降しながらさらに力［
熱されてＳｉＣ生成反応し、水冷ジャケット１６の設け
られた冷却層１１で冷却され、生成物排川口１８より排
出される。

なお、炭化炉２内におＧ゛て成形原料の加熱に使用され
たＣＯガスは炭化炉２の上方に設けられたガス排出口１
９より回収して、燃料用、化学反応用等に有効に利用す
ることができる。

次に本発明を実施例、比較例について具体的に説明する
。

実施例 粒度５０〜８０メツシユの珪石粉６２重量部（以下、部
で表わす）、８００メツシユ下の石油コークス粉（ＧＬ
コークス粉）３８部および２００メツシユ下の高ピッチ
粉１０部とを均一に混合し、ＣＭＣ１％水溶液を用いて
パン型造粒機にて平均粒径６１ｒＬｍのペレット状に成
形した。

この成形原料を乾燥した後、第１図に示した如くの製造
装置に連続的に装入し、生成物を平均６５ｋｇ／ｈｒの
割合で回収した。

結果は第１表に示した。なお前記製造装置における炭化
炉は、全長２．０ｍ、内径０．４ｍのロータリーキルン
を使用し、竪型炉は全長３．５ｍ、反応筒内径ｏ、ｓｍ
のタンマン型炉を使用した。

前記ロータリーキルンの下部における装入原料の加熱温
度は７００°Ｃであり、竪型炉における反応温度は１９
５０℃に制御した。

本発明方法による実施例においては長期間にわたり原料
の滑らかな自然降下を呈し、極めて順調に連続操業を行
なうことができた。

さらに第１表に示した結果よりわかるように、炉の熱効
率、生成ＳｉＣの収率も高く生産性も極めて良好であっ
た。

比較例 実施例で使用したと同様の成形原料を、第１図に示した
と同様の構造であるが、炭化炉を有しない製造装置を使
用し、竪型炉の頂部から直接に装入し、実施例と同様の
操作を行なった。

結果は第１表に示した。

上記の如く、成形原料を炭化させずに直接竪型炉に装入
した場合は操業中に原料の降下が時々悪化し、ポーキン
グ等を行ない強制的に原料を降下させる必要があり、原
料の降下が断続的となり、安定して連続操業を行なうこ
とは困難であった。

以上説明した如く、本発明方法によれば、β型炭化珪素
を製造するに際して、長期間にわたって極めて安定した
連続操業を行なえる効果を奏するものであり、工業上極
めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例において使用した製造装置の
縦断面図である。 １・・・・・・竪型炉、２・・・・・・炭化炉、３・・
・・・・反応筒、４・・・・・・耐火物、５・・・・・
・発熱体、６・・・・・・発熱体保護外筒、γ・・・・
・・断熱層、８・・・・・・測温パイプ、９・・・・・
・温度計、１０・・・・・・竪型炉の原料装入口、１１
・・・・・・炭化炉の装入物排出口、１２・・・・・・
補助加熱手段、１３・・・・・・原料ホッパー、１４・
・・・・・原料切出手段、１５・・・・・・シュート、
１６・・・・・・水冷ジャケット、１γ・・・・・・冷
却層、１８・・・・・・生成物排出口、１９・・・・・
・ガス排出口、２０・・・・・・非酸化性ガス封入口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリカ粉末と炭素粉末と炭素系の結合剤とを混合し
   、粒状に成形せしめた原料を竪型の電気抵抗式間接加熱
   炉の上方から前記加熱炉内に装入し、前記加熱炉中で間
   接加熱してＳｉＣ生成反応を生起させ、前記加熱炉の下
   方よりＳｉＣ生成物を取り出すβ型炭化珪素の連続製造
   方法において、前記加熱炉にＳｉＣ生成反応時に副生ず
   る高温の反応生成ガスを導入することのできる回転炉よ
   りなる炭化炉を連接し、前記粒状に成形せしめた原料を
   前記炭化炉内に装入し、ＳｉＣ生成反応時に副生ずる高
   温の反応生成ガスと接触させることにより、原料中の炭
   素系の結合剤を炭化せしめた後、前記炭化炉内より排出
   し、ついで前記加熱炉内に装入し、１６００〜２１００
   ℃の温度範囲内に加熱してＳｉＣ生成反応を生起せしめ
   ることを特徴とするβ型炭化珪素の連続製造方法。