[发明专利]单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺

权利要求书

1.一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：包括布风器(14)，布风器(14)上端面的垂直高度方向上重叠了多个陶瓷传热管(1)，从下到上的陶瓷传热管(1)内部构成了氮化反应区(30)，每个陶瓷传热管(1)外则一周设置有多个电发热元件(9)，电发热元件(9)被耐火材料(4)、绝热材料(3)和钢壳(2)所包裹；布风器(14)下端连接有均压室(22)，灰斗(23)；紧靠布风器(14)的上端面一侧是计量螺旋输送机(13)的出口；氮化反应区(30)出口连接有冷却器(16)，产品收集器(17)，产品收集仓(18)，螺旋输送机(19)；电发热元件(9)由温度智能控制器(20)、双向可控硅(21)进行控制。

所述循环回路(25)由氮气加压器(26)、气体流量计(28)、电动调节阀(29)及相应管路构成。

2.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：所述陶瓷传热管(1)的形状为一圆柱形薄壁中空管，致密不透气，管壁厚通常在5～50毫米范围内，传热管内径通常在100～1000毫米范围内，单管长度通常在300～2000毫米范围内，由导热系数高、抗热震稳定性能好的耐火材料所制成，如石英玻璃、高纯碳化硅、高纯氮化硅等。

3.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：所述陶瓷传热管(1)将电发热元件(9)与粉状反应物和生成物隔离开来，并由多个重叠起来，从下到上的陶瓷传热管(1)内部构成了由低温反应区(8)、中温反应区(7)、高温反应区(5)所组成的氮化反应区(30)，氮化反应区(30)温度在200～1600℃范围内，氮化反应区(30)工作压力在0～2大气压范围内，氮化反应区(30)高度在500～50000毫米范围内，低温反应区(8)、中温反应区(7)采用导热系数高、抗热震稳定性能好的石英玻璃材质传热管，中温反应区(7)、高温反应区(5)采用导热系数高、抗热震稳定性能好的高纯碳化硅材质、高纯氮化硅材质传热管。

4.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：所述低温反应区(8)、中温反应区(7)、高温反应区(5)所组成的氮化反应区(30)，各反应区根据不同温度阶段反应速度和停留时间的不同，氮化反应区(30)分别采用相等的管径结构或变化的管径结构，使断面流速产生变化；每个温度反应区可由一节陶瓷传热管(1)构成，也可由多节陶瓷传热管(1)构成。

5.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：氮化反应区(30)断面气流速度远大于硅粉的极限速度，使硅粉不仅要悬浮在99.999％的高纯氮气中，而且要随氮气流一起向上流动，在此过程中充分热交换和氮化反应；为使气流输送和氮化反应得到充分保障，在氮化反应区(30)内氮气输送量应为硅粉全部生成氮化硅所需量的1.5～10倍。

6.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：所述布风器(14)结构为耐热金属材料制做成的篦孔板或风帽。

7.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：所述电发热元件(9)垂直安放在每个陶瓷传热管(1)外侧一周，数量为3的倍数，每个陶瓷传热管(1)设置的电发热元件(9)为一组独立进行控制，电发热元件(9)采用的发热材料为金属电阻丝、硅碳棒或二氧化锆发热棒。

8.根据权利要求1所述的一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，其特征在于：所述循环回路(25)将可利用的尾气经产品收集器(17)过滤后，再经氮气加压器(26)加压后重回氮化反应区(30)再利用，根据生产工艺需要，尾气既可经过均压室(22)加入，也可同时单独加入到每个陶瓷传热管(1)，由电动调节阀(29)灵活调节。