最早的碳化硅冶煉爐是艾奇遜于1893年發明的。它是一個耐火磚砌成的長方形容器,里面裝有硅砂,焦炭,食鹽配成的爐料,兩根炭素電極插入爐中。炭質材料爐芯裝在兩極之間,發電機接在電極上,大電流通過爐芯產生高溫,爐芯周圍爐料即進行化學反應生成碳化硅,經冷卻取出產品。
現代工業碳化硅冶煉爐,都有屬于艾奇遜型爐,只是爐型大小不同而已。根據功率大小可分為小型,中型,大型及特大型四種,大部分劃分:功率不足1200kW稱小型爐,1500~2500kW稱中型爐,2600~5000kW稱大型爐,5000kW以上稱特大型爐。
冶煉碳化硅的電阻爐,從結構形式上可分為固定爐和活動爐兩種。此外還有U型爐和山型爐。
一. 固定爐
固定爐是內外采用最多的一種爐型。其特點是建在地面上不能移動。它與變壓器配合有兩種型式,一種是爐與變壓器都固定,另一種是爐固定,變壓器活動。不論那種形式,每臺變壓器均需配4~6臺爐。
二. 活動爐
把爐建在平板車上,根據工藝流程需要進行移動,因此叫活動爐。
三. U型爐
U型爐是把爐芯布置成U字形的固定爐,開發于20世紀70年代。一個實例的爐長36m,高6.5m,變壓器容量15000kVA,每臺變壓器配4臺爐。
四. 山型爐
這是一種露天設置的固定爐,設有端墻和側墻,外貌是一座小山一樣的料堆,故稱山型爐。
五. 固定爐與活動爐比較
固定爐與活動爐各有所長,可根據實際情況進行選擇。現將各自特點列于表2-3-1。
表2-3-1 固定爐與活動爐比較
爐型 特點
固定爐固定變壓器 (1) 與活動爐相比,固定爐造價低,建設周期短。投資回收期短。(2) 沒有像活動爐那樣的車樣部分,故維修費用低。(3) 固定爐易于管理。它的爐位固定不變,所以每天作業不需要移動爐子。(4) 占地面積小,不需要調車場和冷卻場。(5) 作業環境差,溫度高,粉塵大,一氧化碳中毒可能性大。(6) 短網較長,銅(鋁)用量大,線路損耗大。
固定爐活動變壓器 與固定爐固定變壓器比(1) 短網距離短,銅(鋁)材料費用低。(2) 短網上電能損耗較少。(3) 各爐短網長度相等,功率因數高且穩定(4) 爐的切換時間長,增加了移動變壓器時間。(5) 變壓器室建筑面積大,增加了投資。
活動爐 (1) 各種作業安排在特定的爐位上,實現了各爐位作業的單一化,所以機械程度較高。同時便于采取勞動保護,環境保護措施。(2) 把冶煉高溫和有毒氣體與其他作業隔開,勞動條件改善。(3) 短網長度小,節約銅(鋁)材料,節約電能(4) 造價高投資大,投資回收期長(5) 設備折舊大修,維修費用大,更新周期大