[发明专利]单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺

说明书

一种用于建材、冶金、化工、机械等多领域中能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，在布风器端面上的垂直高度方向上重叠了多个陶瓷传热管，陶瓷传热管将反应物料与电发热元件分隔开来，电发热元件在管外，反应物在管内，电发热元件通电发热，通过陶瓷传热管将热量传递，硅粉和氮气同时得到加热；高纯氮气从布风器上的无数细孔中吹出，单质硅粉以直径小于0.088mm的单颗粒暴露在氮气纯度99.999％的氮气流中，随氮气在向上流动过程中，一边充分的进行热交换，一边进行充分的氮化反应生成氮化硅；出氮化反应区的高温气固混合物先冷却后分离得到产品，具有节能高效，满足连续氮化生产要求，也适用其它需要进行氮化处理的粉状物料的连续化生产。

技术领域

本发明涉及建材、冶金、化工等多领域中一种能够将单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，广泛用于规模化工业生产，也适用于其它需要进行氮化处理的粉状物料的连续化生产。

背景技术

目前，众所周知，如果单质硅粉直接氮化，首先需将硅粉压制成坯体，再码放在电加热的氮化炉中，通入高纯氮气，在高温煅烧下单质硅与氮气反应生成氮化硅，经冷却后出炉，为间隙性生产；而合成的氮化硅为不规则的块状，还需要再用粉磨设备制备成氮化硅粉末，多消耗能源；在高温氮化过程中，物料为块状，使其传热速度和氮化速度都降低，延长氮化反应时间，也增加能耗，而且块状中心也很难完全氮化；再者如果坯体在氮化过程中的热量得不到及时释放，会使得这部分硅粉熔化，严重的影响氮化反应。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，能够直接将硅粉入炉进行氮化反应，具有热量传递快，氮化反应速度快，能源消耗低，满足连续氮化生产要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于单质硅粉直接氮化的连续生产装备及工艺，本装备包括布风器(14)、在布风器(14)上端面的垂直高度方向上重叠了多个陶瓷传热管(1)组成氮化反应区(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，计量螺旋输送机(13)的进口与原料仓2(12)，原料仓1(11)相连接；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；真空泵(27)与氮化反应区(30)气路相通。

所述的陶瓷传热管(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。

所述的陶瓷传热管(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。

所述的氮化反应区(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。