1碳化硅加工工艺流程.doc

碳化硅加工工艺流程一、碳化硅的发展史：1893年 艾奇逊 发表了第一个制碳化硅的专利，该专利提出了制取碳化硅的工业方法，其主要特点是，在以碳制材料为炉芯的电阻炉中通过加热二氧化硅和碳的混合物，使之相互反应，从而生成碳化硅，到1925年卡普伦登公司，又宣布研制成功绿碳化硅。我国的碳化硅于1949年6月由 赵广和 研制成功，1951年6月，第一台制造碳化硅的工业炉在第一砂轮厂建成，从此结束了中国不能生产碳化硅的历史，到1952年8月，第一砂轮厂又试制成功了绿碳化硅。随着国民经济的发展，我国又相继发展了避雷器用碳化硅、立方碳化硅、铈碳化硅及非磨料碳化硅。到1969年第一砂轮厂、第二砂轮厂建成4000KW、3000KW的活动式电阻炉，显著提高了机械化程度，大大改善了作业环境。1980年第一砂轮厂建造了我国第一台特大型电阻炉8000KW；就我们一车间7750KW的冶炼炉在当时也算特大型电阻炉，到现在30000KW的电阻炉已不算稀奇，所以说碳化硅的发展速度是相当快的。二、碳化硅的分类：（黑碳化硅、绿碳化硅）通常按碳化硅的含量进行分类，含量越高、纯度越高、它的物理性能越好。一般来讲：含量在95%98%为一级品，含量在98%以上的为特级品、含量在80%94%为二级品、含量在70%左右为三级品，碳化硅的含量及纯度越高其价值也就越大。化学成份：主要杂质有：游离硅（F.Si），它一部分溶解在碳化硅晶体中，一部分与其它金属杂质（铁、铝、钙）呈金属状态存在。游离二氧化硅（F.SiO2）通常存在于晶体表面，大都是由于冶炼碳化硅电阻炉冷却过程中，碳化硅氧化而形成。正常的情况下，绿碳化硅结晶块表面的游离硅，二氧化硅的含量为0.6%左右，当配料中二氧化硅过量时，二氧化硅会蒸发凝聚在碳化硅晶体表面上，呈白色绒毛状。碳：（C），当配比碳过量时，看到明显的游离状态的碳粒。铁、铝、钙、镁由于炉内产品高温及还原性气氛，结晶块中的这些杂质大都呈合金状态或碳化物状态。碳化硅磨料的化学成分；随着磨料粒度的变化略有波动，粒度越细，纯度越低。（为什么呢？杂质出来了）化学性质：耐高温，抗氧化性能好。物理性能：介于刚玉和金刚石之间，硬度高、耐磨，粒度越细，机械强度越高，抗碎，韧性强。导电性能：工业碳化硅是一种半导体，但其随着各种杂质的含量不同，导电性也随之发生变化，含铝较多时导电性显著增大，虽电场强度的增大而迅速提高，而且有非线性变化的特点。碳化硅的这一特性被用于制作避雷器阀片。碳化硅的电阻率随温度的变化而改变，但在一定的温度范围内与金属的电阻温度特性是相反的，随温度升高到一定时值时、出现峰值，继续升高温度时，导电率又会下降。三、碳化硅的用途：1、磨料-主要是因为碳化硅具有很高的硬度，化学稳定性和一定的韧性，所以碳化硅能用于制 造固结磨具、涂附磨具和自由研磨，从而来加工玻璃、陶瓷、石材、铸铁及某些非铁金属、硬质合 金、钛合金、高速钢刀具和砂轮等。绿碳化硅具较高的硬度和一定的韧性；多用于磨加工光学玻璃、硬质合金、钛合金以及轴承钢的研磨抛光、高速钢刀具的刃磨等。黑碳化硅多用于切割和研磨抗强度低的材料，如；有色金属、灰铸铁工件、玻璃、陶瓷、石材和耐火制品；微粉磨料专用于轴承的超精磨、其特点是磨削效率和精度高。2、耐火材料和耐腐蚀材料-主要是因为碳化硅具有高熔点（分解温度）、化学惰性和抗热振 性，所以碳化硅能用于磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用的棚板和匣钵、炼锌工业竖缸蒸馏炉用的碳 化硅砖、铝电解槽衬、坩锅、小件炉材等多种碳化硅陶瓷制品。碳化硅具有很好的抗热震性能，因此是一种优质耐火材料，按制品的生产工艺不同可分为再结晶碳化硅、制品、高温热压制品、以氮化硅或粘土为结合剂的制品等，主要产品及用途有；高温炉窑构件、支撑件、如匣体衬板等，在电炉中作加热式炉底、换热器、热电 偶套管等；炼铁高炉用于出铁槽，铁水包内衬或碳化硅耐火砖等，焦化厂使用碳化硅材料衬砌炽热焦炭用流槽，砌筑碳化室炉底等。3、冶金行业和化工行业：在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。因为碳化硅可在溶融钢水中分解并和钢水中的游离氧、金属氧化物反应生成一氧 化碳和含硅炉渣。所以它可作为冶炼钢铁的净化剂，即用作炼钢的脱氧剂和铸铁组织改良剂；多用于各种冶炼的耐火内衬，炼钢脱氧剂，铸铁组织改良等；比焦炭、硅粉等传统炼钢脱氧剂效果好，可使钢材质量提高；电工行业：多用于电热原件高温半导体材料、远红外线板，避雷器阀片材料等。化工行业利用碳化硅的稳定性制作各种化工管道、阀门等 。用于电镀法将碳化硅微粉涂敷于汽（水）轮机叶轮上，可以大大提高叶轮的耐磨性能，由于碳化硅具有优良的高温强度和抗氧化性能，它以成为高温非氧化物陶瓷的主要原材料。一般使用低纯度的碳化硅，以降低成本。同时还可以作为制造四氯化硅的原料。四、碳化硅产品加工工艺流程1、制砂生产线设备组成制砂生产线由颚式破碎机、对辊破碎机、球磨机、清吹机、磁选机、振动筛和皮带机等设备组合而成。根据不同的工艺要求，各种型号的设备进行组合，满足客户的不同工艺要求。 2、制砂生产线基本流程首先，原料由粗碎机进行初步破碎，然后，产成的粗料由皮带输送机输送至细碎机进行进一步破碎，细碎后的原料进入球磨机或锤式破碎机进行精细加工，再经过清吹机除游离碳，磁选机除磁性物，最后经过振动筛筛分出最终产品。 3、制砂生产线性能介绍该制砂生产线自动化程度较高，工序紧凑，操作简便，配套合理，运行成本低，生产率高，节能，产量大，污染较少，维修简便,生产出的成品砂符合国家标准，粒度均匀,粒形较好，各粒度段分布较为合理。 4、制砂生产线特点和优势1，投资仅为同等处理能力常规生产线的1/31/5。 2，每吨砂生产成本仅为常规生产线的1/31/4。 3，生产自动化程度较高，每班生产人员为湿法制砂一半以下。 4，投资回收期短，一般3个月可收回投资。五、碳化硅破碎工艺方案选择1、破碎工艺流程的选择，首先是确定破碎段数，这取决于最初给料粒度和对最终破碎产品的粒度要求。一般情况下，只经过初级破碎是不能生产最终产品的。（三级品破碎除外） 最初给料粒度与冶炼分级方法及分级产品的入库保存方式有关； 最终破碎产品粒度主要取决于破碎之后的产品工艺要求及现场的设备工艺水平有关。2、破碎段一般分为：一段法、二段法、三段法和四段法；一段法主要是初级破碎：即采用颚破、锤破进行破碎；而且锤破只能破碎硬度较小的三级品。产品粒度一般在0-30mm至0-50mm。锤破产品不经过筛分粒度一般在0-10mm左右。二段法主要是初级破碎加上中级破碎：即采用颚破进行初级破碎后，使用对辊破、锤破、反击破等大中型破碎机进行中级破碎，然后得到最终产品，对辊破产品粒度一般在0-30mm左右。锤破、反击破产品不经过筛分粒度一般在0-10mm左右。三段法主要是初级破碎加上中级破碎，之后在进行精细破碎：即采用颚破进行初级破碎后，使用对辊破、锤破、反击破等大中型破碎机进行中级破碎，然后使用球磨机、巴马克破碎机、轮碾加工后等得到最终产品，不经过筛分粒度一般在0-5mm左右。配合振筛可以得到0-1mm的产品，筛上物一般在10%-30%左右；巴马克破碎机的筛上物可以达到在30%-50%左右。从产品的粒型来评价;轮碾最好，球磨机最差。另外制粉加工也属于三段法：即初级破碎加上中级破碎，之后在进行雷蒙磨制粉加工。四段法一种是在前面安排进行预先破碎，然后进行初级破碎、中级破碎，再进行精细破碎；另一种是初级破碎加上中级破碎，在进行精细破碎后再重新进行整形破碎：主要是球磨机加工后进行整形加工等得到最终产品，经过多次整形加工后得到最佳的产品粒型。我厂的产品加工主要是二段法和三段法：即初级破碎采用颚破，中级破碎采用对辊破、锤破，精细破碎使用球磨机、巴马克、雷蒙磨加工后等得到最终产品。六、我厂碳化硅加工部分产品加工工艺流程比较分析1、典型0-1mm产品：首先，原料由颚式破碎机进行初步破碎，然后，产成的粗料由皮带输送机输送至对辊破碎机进行进一步破碎，细碎后的原料进入球磨机或锤式破碎机进行精细加工，最后经过振动筛筛分出最终产品。有磁性物要求的产品，还要使用磁选机除磁性物。最终，加工出来的产品经过产品化验符合技术指标后，正式封袋入库。方案中不同主要是在使用球磨机或锤式破碎机进行精细加工；使用球磨机产品的粒型较好，产品加工过程中，粉尘可以很好的控制，但弊端在于：球磨机的使用费用较大，投入的设备较多，电费大。使用锤破时产品的粒型较差，产品加工过程中，粉尘无法控制，更换锤头次数比较频繁，筛分过程中筛上物较多；但好处在于：锤破的使用费用较小，投入的设备较少，电费花费小。2、80目以细或100目以细产品：首先，原料由颚式破碎机进行初步破碎，然后对辊破碎机进行进一步破碎，细碎后的原料进入球磨机或雷蒙磨进行精细加工，最后经过振动筛筛分出最终产品。有磁性物要求的产品，还要使用磁选机除磁性物。最终，加工出来的产品经过产品化验符合技术指标后，正式封袋入库。方案中不同主要是在使用球磨机或雷蒙磨进行精细加工；使用球磨机产品的粒型较好，产品加工过程中，粉尘可以很好的控制，但弊端在于：球磨机的生产率较低，筛上物较多，筛分时损失较小。使用雷蒙磨时产品的粒度较细，产品在筛分加工过程中，粉尘无法控制，筛上物较少，但筛分时损失较大。3、典型3-5mm产品：首先原料由颚式破碎机进行初步破碎，然后对辊破碎机进行进一步破碎，细碎后的原料进入巴马克或锤式破碎机进行精细加工，最后经过振动筛筛分出最终产品。有磁性物要求的产品，还要使用磁选机除磁性物。最终，加工出来的产品经过产品化验符合技术指标后，正式封袋入库。方案中不同主要是在使用巴马克或锤式破碎机进行精细加工；使用巴马克加工产品的粒型较好，产品加工过程中，粉尘可以很好的控制，但弊端在于：巴马克的使用费用较大，投入的设备较多，换巴马克锤头次数特别频繁，筛分时筛上物十分大，原料制备量大。使用锤破时产品的粒型较差，产品加工过程中，粉尘无法控制，更换锤头次数比较频繁，筛分过程中筛上物较多；但好处在于：锤破的使用费用较小，投入的设备较少，原料制备量较大。七、筛分技术简介 机械筛分是目前筛分作业使用的主要筛分技术，振动筛设备的主要工作构件是筛面，目前广泛应用的是钢板冲孔筛和编织筛，这里我们将介绍下筛分的应用方面及一般的计算方法。 制砂加工中筛分技术的应用集中在以下两个方面，一是对原料中的杂质进行清理，二是将原料或产品按粒径进行分级，包括原料杂质清理、粉碎物料分级、制粒前的粉料杂质清理、制粒产品的分级。加工过程中筛分效果的好坏对碳化硅加工产品的质量和产量具有相当重要的影响。筛分效率及其影响因素1. 筛分效率 筛分效率包括二个方面：应该留存筛面物料(预期筛上物)的筛上留存比例和应该通过筛面物料(预期筛下物)的筛上留存比例。这二个指标在清理操作中影响杂质的清除效果和净原料的损失，在分级操作中影响产品的粒度和产量，在检测中则影响分级结果的可靠性。前者称为筛净率，后者称为误筛率，用公式表示为：1=w1/w2100%2=w3/w4100%式中1筛净率，%；2误筛率，%；W1预期筛上物的筛上留存量，kg/h；W2预期筛上物总量，kg/h；W3预期筛下物的筛上留存量，kg/h；W4预期筛下物总量，kg/h。将上面二个指标用于评价清理筛效率，当筛上物为杂质时，1相当于除杂率，2相当于净原料损失率。2、影响筛分效果的因素 通过筛孔的最大物料颗粒直径可由下式估算：d=D cos -e sin 式中，d通过筛孔的最大颗粒直径，mm；D筛孔直径，mm；e筛网网丝直径，mm；筛面倾角。从式(3)可以看出，筛孔直径、网丝直径、筛面倾角均影响颗粒能通过筛孔的最大粒径。但式(3)只能决定临界粒径，一个小于临界粒径的颗粒能否通过筛孔，还取决于其他条件。2.1 颗粒与筛孔形状 式(3)的计算以球形颗粒和圆形筛孔为基础，在碳化硅加工行业的生产实际中，筛分原料大多为多面体、片状体或不规则颗粒，筛孔既有正方形又有矩形，物料颗粒接触筛孔时的状态对颗粒能否通过影响很大，如一个410 mm的颗粒直立时能通过一个孔径5 mm的筛孔，横向则不能。因此，颗粒通过与否具有一定的偶然性，只能通过统计的手段加以研究。一般对圆柱形颗粒，矩形筛孔通过性能较好；而对于各个方向尺寸差别不大的不规则颗粒，圆孔的通过性能较好。2.2 筛面开孔率 筛面开孔率越大，通过性能越好。保证筛面强度的情况下，编织筛能比冲孔筛获得较高的开孔率，因而前者的通过性能优于后者。2.3 物料层厚度 使用平面筛时，如通过振动筛筛面的物料层过厚，料层上部小颗粒通过筛孔困难，会引起误筛率上升，这在原料清理中将增大净原料损失，在颗粒分级中则将降低产量(上层筛料层过厚)、影响成品质量(下层筛料层过厚)。料层过薄则筛分产量太低，也不可取。合适的料层厚度应通过试验确定，筛面倾角小、筛体振幅较大时料层可稍厚。理论上，料层厚度由产量决定，但实际使用中，由于筛面进料不均，物料可能集中在筛面一侧，造成局部料层过厚从而影响筛分效果。圆筒筛和圆锥筛存在类似问题，当瞬间物料流量过大时，筛分效果同样受到影响。2.4 筛体运动状态 筛分过程进行的必要条件之一是筛选物料与筛面之间存在适宜的相对运动，产生这种相对运动的方法可以是筛面作水平往复直线运动(回转)、垂直往复直线运动(振动)或二者的组合。筛体仅有水平往复运动或垂直往复运动，筛分效果都不理想。后者由于物料缺乏与筛面的水平相对运动，容易造成料层厚薄不均。实践表明，将二种运动结合起来的回转振动筛效果较好。2.5 物料特性 物料的粒度、含水率、摩擦特性、流动性等都与筛分过程有关。物料颗粒粒径存在差异是物料组分筛分分离的前提，而且这种差异越大，筛分过程越容易进行。物料含水率越高、内外摩擦角越大、流动性越差，其颗粒通过筛孔的性能就越差。因此，实际使用中，要获得良好的筛分效果，应根据物料的具体情况选用不同的工艺参数。八、产品加工质量的控制1、如何控制产品质量第一，树立产品质量是企业的命脉意识。 要全员认识到：产品的产品质量不好，产品就没有市场，产品没有市场，企业就失去了利润来源，时间长了，企业就会倒闭，随之而来的就是员工失业。即使产品市场良好，也要“居安思危”，要把我们的产品产品质量做得更好。 第二，树立产品质量的客户意识。 一切以客户为中心，把自己看成客户，把自己看成是下一道工序的操作者，把自己看成是产品的消费者。这样，在工作当中就会自觉地把工作做好，大家都把工作做好了，产品的产品质量才会有保证，如果在工作中偷工减料，危害的将是自己的切身利益。 第三，树立产品质量的预防意识。 “产品的产品质量是生产出来的、设计出来，不是靠检验出来的，第一时间就要把事情做好。”这不是一句口号，这很好地体现了产品质量的预防性，如果我们的产品质量控制不从源头控制，我们将很难控制产品的质量。即使生产中投入大量的检验人力去把关，生产时由于没从源头去控制而产生的大量次品甚至废品，产品的成本将大大提高，给企业的生产成本造成沉重负担及损失。况且有些产品的质量问题可能无法从后工序发现弥补，这更要求我们在第一时间把事情做好，预防产品质量问题的发生。 第四，树立产品质量的程序意识。 产品质量管理是全过程的，而各个过程之间，各部门之间的工作必须是有序的、有效的，要求全体产品质量管理人员、操作人员严格按程序做，如果不按程序工作出错的机会就会增多，产品的质量也就无法保证。 第五，树立产品质量的责任意识。 质量问题有80%出于管理层，而只有20%的问题起源于员工，也就是说，管理者可控缺陷约占80%，操作者可控缺陷一般小于20%。 区分操作者可控缺陷也管理者可控缺陷的原则： A.操作者知道他怎么做和为什么要这样做； B.操作者知道他生产出来的产品是否符合规范的要求； C.操作者知道他生产出来的产品不符合规格将会产生什么后果； D.操作者具备对异常情况进行正确处理的能力。 如果上述四点都已得到满足以及生产中设备、工装、检测及材料等物质条件均具备而故障依然发生，则认为是操作者可控的缺陷。 如果上述四点中有任何一点不能得到满足或者生产中设备、工装、检测及材料等物质条件不具备而产生故障，那就是管理人员的责任。只有了解产品质量问题的责任，才能有的放矢地去改善问题将产品质量提高。 第六，树立产品质量的持续发送意识。 产品质量没有最好，只有更好；产品质量改善是一个持续的、回圈的、不断完善的过程，它遵循PDCA回圈模式，PDCA回圈模式可简述如下： P计划：根据产品的要求，制定改善计划； D实施：实施计划； C检查：根据产品要求，对过程和产品进行检验； A处置：采取措施，以持续改进产品产品质量。 只有这样，我们的产产品质量量才会不断上升，也只有这样不断地提高质量及创新，才会不断地取胜于市场。 第七，树立产品质量的成本意识（即产品质量标准意识）。 保证产品质量，追求利润是企业永远的目标。企业要发展，不得不注重生产的成本，然而成本与产品质量息息相关，产品质量做得好，可以将产品的成本降到最低，所以我们在生产时，要求各工序和环节严格按客户标准要求去做，这样我们才会最大限度地降低成本，提高产品竞争优势。 第八，树立产品质量的教育意识。 伴随时代的发展，产品质量管理观念也在不断地更新，需要学习。加强内部培训，提高全员工作创新能力， “产品质量始于教育，终于教育。”2、产品质量控制需要注意的地方 1.达到技术标准并不是质量要求的终点 许多管理人员都以为制定了产品标准,每个产品都符合质量标准,质量就可以了,这是一种以生产为中心的质量观。是不可取的，必须根据实际生产的情况设计一个合理的、可操作的产品标准下发生产班组及岗位。 2.质量问题不完全是加工过程的问题 当发生质量问题时,许多管理人员经常强化工人的培训,这种质量意识解决不了根本问题。在一线的工人或服务人员的表现固然存在影响,但他们的一举一动却是受上层管理人员的计划和行动的影响。销售形势好时,增加生产任务,忽视企业的质量目标,使质量管理昙花一现,不能长久。 3.对关键节点的控制在加工过程中，有许多工序转换的节点，在这些节点就是需要重点进行关注和必须进行质量监控的关键点。例如;在我厂碳化硅产品的加工过程中，原料破碎前，细破后，筛分前后，入库前后，都是需要进行碳化硅全部或个别指标进行检验的时间，这些地方宁可慢一点，也要等所需要的测试指标出来才能进行下一步工序，绝不能图快，否则，返工是必然的。 4.从事后检验到事前预防追求工作“零缺陷” 传统质量观念强调事后检验把关,就是说,出现质量问题的产品不出厂。要懂得出现不合格品再重新加工也是浪费，原料、人工、设备、辅材的浪费；要加强提前预控，加强事前预防,提前做出几种方案，选取最有利于生产的方案进行实施，提前排除质量事故苗头，强调第一次就把事情做好,追求工作“零缺陷”。5.产品质量涉及到生产全过程。 产品质量在产品的工艺设计阶段就已经开始形成了,其重要性甚至超过生产过程,另外产品加工的服务以及用后处理等环节中,也会出现质量事故,因此产品质量不是某个岗位、某个员工的事情,它涉及到生产全过程及全体员工。6.生产要预留出应急反应时间在生产前要充分考虑到各种不良因素，尽可能给生产留出补救的时间，不能把生产时间全部排满，否则，一旦出现各种变故，都会造成生产的被动。 生产工艺流程图分级工序三级品破碎工序筛分工序质量监测雷蒙磨加工工序包装入库工序尾料产品出厂半成品球磨（巴马克）、磁选、清吹工序除尘粉收集除尘粉收集33