[go: up one dir, main page]

CZ20032553A3 - Způsob provádění tepelných reakcí mezi reagujícími složkami a pec k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Způsob provádění tepelných reakcí mezi reagujícími složkami a pec k provádění tohoto způsobu Download PDF

Info

Publication number
CZ20032553A3
CZ20032553A3 CZ20032553A CZ20032553A CZ20032553A3 CZ 20032553 A3 CZ20032553 A3 CZ 20032553A3 CZ 20032553 A CZ20032553 A CZ 20032553A CZ 20032553 A CZ20032553 A CZ 20032553A CZ 20032553 A3 CZ20032553 A3 CZ 20032553A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
furnace
temperature
reactants
oxide
heating
Prior art date
Application number
CZ20032553A
Other languages
English (en)
Inventor
Dag Ovrebo
William George Clark
Original Assignee
Norsk Hydro Asa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Norsk Hydro Asa filed Critical Norsk Hydro Asa
Publication of CZ20032553A3 publication Critical patent/CZ20032553A3/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/06—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/076—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with titanium or zirconium or hafnium
    • C01B21/0765—Preparation by carboreductive nitridation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/921—Titanium carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00—Boron; Compounds thereof
    • C01B35/02—Boron; Borides
    • C01B35/04—Metal borides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories or equipment specially adapted for rotary-drum furnaces
    • F27B7/34—Arrangements of heating devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories or equipment specially adapted for rotary-drum furnaces
    • F27B7/26—Drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0006—Monitoring the characteristics (composition, quantities, temperature, pressure) of at least one of the gases of the kiln atmosphere and using it as a controlling value
    • F27D2019/0012—Monitoring the composition of the atmosphere or of one of their components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0006—Electric heating elements or system
    • F27D2099/0008—Resistor heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0068—Containers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Tunnel Furnaces (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Description

Způsob provádění tepelných reakcí mezi reagujícími složkami a pec (sloužící k téniuž~ňčelu (
Oblast techniky
Vynález se týká tepelných reakcí prováděných při rychlých přechodových teplotách a pece schopné tyto reakce provádět. Tento způsob a pec je možno vhodným způsobem použít k provádění reakcí mezi reagujícími složkami tam, kde dochází normálně při určitých přechodových teplotách nebo teplotních rozsazích k signifikantním ztrátám.
Jedno praktické použití tohoto vynálezu se týká karbotermických způsobů výroby žáruvzdorných prášků z tvrdokovu (RHM - Refractory Hard Metal), jako jsou nitridy, karbidy a boridy a pece určené pro realizaci tohoto způsobu.
Dosavadní stav techniky
Patent US 4,200,262 se týká způsobu a přístroje k odstraňování spalitelného materiálu z kovového odpadu. Přístroj obsahuje nakloněnou retortu a kovový odpad potažený spalitelnými látkami je podáván do jednoho konce retorty. Tento typ procesuje citlivý na teplotu, aby se zabránilo oxidaci, rozpouštění neb roztavení odpadu. V tomto smyslu je retorta rozdělena do dvou nebo více pásem, která jsou zahřívána hořáky s řízenou teplotou.
Toto řešení nezahrnuje provádění tepelných reakcí mezi alespoň dvěma reagujícími složkami, které jsou smíchány a umístěny v reakční komoře nebo kontejneru, které mohou být v peci zahřívány. Dále toto zpřístupnění obsahu vynálezu neuvádí, jak je možno se při určitých přechodných teplotách vyhnout nežádoucím vedlejším reakcím mezi směsí alespoň dvou reagujících složek.
Patent US 6,042,.370 uvádí rotační pec zahrnující horizontální otočnou grafitovou trubici uzavřenou v sestavě s pružným těsněním vůči atmosféře a kryt sloužící k udržení zvolené atmosféry kolem a uvnitř této trubice. Vyhřívací komora a pec mohou být rozděleny do teplotních pásem oddělených izolačními přepážkami, které by umožnily větší teplotní vymezení pro teplotní profilování. Tato reference však neposkytuje žádné instrukce, jak je možno dosáhnout rychlého ohřevu reagujících složek při určitých přechodných teplotách. Dále neposkytuje žádná zařízení umožňující pohybovat kontejnerem z jednoho pásma do druhého. Na druhé straně by nebylo prakticky možné kontejnerem v této peci pohybovat vzhledem k ochranným krytům proti sálání (24) umístěným podél vnitřního obvodu grafitové trubice.
WO 90/08102 uvádí způsob a zařízení k výrobě krystalů boridu uhlíku, kde se směs částic směsi oxidu boritého a uhlíkové sloučeniny vhazují do horkého pásma pece pro vysoké teploty svislou přiváděči trubicí do lodičkových článků, které se pohybují ven z horkého pásma do sběrného místa podél dna pece. Směs padá dolů horkým pásmem a rychle je zahřívána topnými tělesy nad iniciační reakční teplotu boridu uhlíku. Výsledkem je produkt, ve kterém většina krystalů boridu uhlíku má velikost menší než jeden mikron.
Toto řešení nezahrnuje použití pece mající zařízení k otáčení reakční komory. Mimo toho neřeší problém rychlého ohřevu směsi při určitých přechodových teplotách nebo v určitých teplotních rozsazích. A dále, lodičkové články jsou nahoře otevřené a nezamýšlí se otáčivý pohyb kolem jejich podélné osy.
Patent US 5,338,523 uvádí způsob přípravy boridových prášků na základě míšení přechodového oxidu kovu s oxidem uhlíku a oxidem boritým.
Směs se zahřívá v reakční komoře pod tlakem nereaktivního plynu dokud reagující složky nedosáhnou teploty mezi 1 200 °C a 2 000 °C, na níž je tlak je udržován na úrovni dostačující k tomu, aby se zabránilo podstatné ztrátě oxidu nebo uhlíku z reagujících složek. Následně se teplota reagujících složek ·· ·· • · · · • · • · udržuje mezi 1 200 °C a 2 000 °C, aby reagující složky musely reagovat a tvořit boridy a oxid uhelnatý jako vedlejší produkt a současně se nechává působit na reagující složky podtlak v rozsahu asi 5 militorrů až 3 000 militorrů, což je tlak dostačující k tomu, aby se z reakční komory odstranil oxid uhelnatý, takže se odstraněním oxidu uhelnatého přivede reakce v podstatě ke konci. Uvedená reakce se může provádět v rotační peci s grafitovým kontejnerem majícím pohonný mechanismus s měnitelnou rychlostí. Pec je grafitového odporového typu, kde použitá rychlost ohřevu je 50 °C/min.
Podle uvedené reference probíhá tato reakce při tlaku, který se může 10 zásadně lišit od tlaku atmosférického. Je to pravděpodobné, jelikož reakce mezi C a B203 může být zpožděna zvýšením tlaku CO. Pec používaná při tomto procesu musí být tedy rekonstruována, aby vydržela reakci prováděnou při tlaku zcela odlišném od tlaku atmosférického, a je tedy složitější a nákladnější než pec konstruovaná pro provádění podobné reakce při atmosférických tlacích. Dále je při uvedeném způsobu udržován po dosažení reakční teploty tlak, aby se tak zabránilo ztrátě oxidu nebo uhlíku.
Podstata vynálezu
Podle jednoho provedení tohoto vynálezu mohou být žáruvzdorné 20 prášky z tvrdokovu vyráběny méně komplikovaným způsobem a tudíž také s vyšší nákladovou efektivitou. Dále vykazuje vyrobený prášek velmi vysoký stupeň čistoty a dosahuje se zde jemné zrnitosti prášku. Vynález dále zahrnuje novou pec zkonstruovanou pro provádění tohoto způsobu, kde je možno čas setrvání při nežádoucích teplotách nebo teplotních rozsazích minimalizovat.
Příklady provedení vynálezu
Vynález bude nyní dále popsán pomocí příkladu a obrázků, kde obr. 1 je schéma uvádějící hlavní vnější části pece podle jednoho z provedení • ·· * tohoto vynálezu, obr. 2 znázorňuje řez horní částí pece uvedené na obr. 1.
Podle jednoho provedení tohoto vynálezu prášky z diboridu titanu mohou být vyráběny karbotermickou redukcí směsi TÍO2 (oxid titaničitý) a 5 B2O3 (oxid boritý) podle reakce:
TÍO2(s) + B203(l) + 5C(s) = TÍB2(s) + 5CO(g), která jako taková je podobná procesu, který byl popsán ve výše uvedené US referenci.
Výroba TiO2 vysoké čistoty je komplikovaná působením vedlejších reakcí, ke kterým dochází při ohřevu reagujících složek na vyrovnávací teplotu této reakce, což znamená ohřev na teplotu 1 450 °C a vyšší.
Jedním ze základů tohoto vynálezu je dodržování skutečnosti, že C a 15 B203 reagují při teplotě, která může být i pouhých 1 200 °C a tvořit plyny CO a
BO podle následující reakce:
C(s) + B203(l) = CO(g) + 2BO(g)
Bylo zjištěno, že v průběhu této reakce bude tato směs vykazovat ztráty
C a B203, čímž bude docházet k nadbytku TiO2. Dále bude určitá ztráta způsobena reakcí mezi TiO2 a C, aby došlo ke vzniku TiO(g) a CO(g). Tato reakce probíhá při teplotě asi o 60 °C vyšší než je vyrovnávací teplota pro reakci tvořící TiB2.
V dalším provedení tohoto vynálezu mohou být titan-karbidové prášky karbotermickou redukcí TiO2 (oxidu titaničitého) podle následujícího reakce:
TiO2(s) + 3C(s) = TiC(s) + 2CO(g), ·· · • · což je podobné jako v procesu, který je popsán ve výše uvedené US referenci. Ve třetím provedení tohoto vynálezu mohou být titan-nitridové prášky karbotermickou redukcí směsi TiO2 (nitridu titaničitého) v atmosféře 5 obsahující dusík podle následující reakce:
2TiO2(s) + 4C(s) + N2(g) = 2TiN(s) + 4CO(g), což je podobné jako v procesu, který je popsán ve výše uvedené US referenci.
Pec podle tohoto vynálezu pracuje při atmosférických tlacích. K ohřevu směsi podle tohoto provedení dochází velmi rychle v rozsahu od 1 100 °C až do 1 450 °C, čímž se zabrání tomu, aby proběhla uvedená vedlejší reakce. V praxi se to provede tak, že se pec upraví, aby zahrnovala dvě teplotní pásma, jedno na přibližně 1 100 °C a druhé na přibližně 1 450°C. Jakmile je směs důkladně prohřátá na 1 100 °C, přemístí se do druhého reakčního pásma, ve kterém je teplota 1 450 °C. V důsledku rychlého a řízeného ohřevu směsi ve druhém reakčním pásmu dojde pouze k nedůležité ztrátě reagujících složek. Ohřev této směsi ze 1 100 °C na 1 450 °C může podle tohoto vynálezu proběhnout během krátkého časového intervalu jako je jedna minuta. To je velmi rychlé ve srovnání s řešením podle známého stavu techniky, které představovalo více než 7 minut doby ohřevu s rychlostí ohřevu 50 °C/min pro podobný ohřev této směsi.
Na obr. 1 je znázorněna pec I s nosnou základnou 2, kde jsou uloženy všechny transformátory a tyristorové bloky sloužící k řízení přívodu energie k topným článkům pece. Dále tato základna zahrnuje otáčecí motor komory kontejneru 6 skládající se z převodového hřídele 3 a hnacích prvků 4, 5. Hnacími prvky mohou být převodové řetězy, hnací pásy a tak podobně, které jsou v součinnosti s příslušnými prvky na hřídelích komory pece 7, 8. Nosná • · ··· · • · · základna může dále obsahovat řídicí obvody pro možné chladicí systémy a obvody pro řízení plynu v případě, že jsou instalovány prostředky pro přívod plynu. Funkce jako je programování teploty, sběr dat, řízení rychlosti otáčení komory pece a bezpečnostní obvody mohou být řízeny programovatelnou základní jednotkou (není vyobrazena). Tato zařízení zde nejsou dále popisována, jelikož jako taková patří do běžných znalostí pracovníků kvalifikovaných v tomto oboru.
Pec má vstupní sekci 9, která se může skládat ze dvou oddělení. K prvnímu, vnějšímu oddělení, je možný přístup přes nějaký uzavírací prvek jakým mohou být závěsové dveře sloužící k plnění reakčního kontejneru na transportním vozíku (není vyobrazeno). V jednom z provedení mohou být k dispozici zařízení k čistění kontejneru a vnějšího oddělení nějakým inertním plynem jako je argon před přemístěním kontejneru do druhého vnitřního oddělení pneumaticky ovládanými, hermeticky utěsněnými vnitřními dveřmi (nejsou znázorněny). Na jednom konci vstupní sekce je rozmístěno tlačné zařízení, jako je pneumaticky ovládaný válec k zatlačení kontejneru do prodloužené reakční komory 36 (viz obr. 2) pece. Pokud to bude požadováno, je možno sledovat parciální tlak O2 pomocí čidla umístěného ve vnějším oddělení (není vyobrazeno). Provozní plyn jako je argon a CO může být odebírán sběracím zařízením (není vyobrazeno) připojeným k vnitřnímu oddělení.
U vstupní sekce může být rozmístěna chladicí přechodová sestava (není vyobrazena). Tato sestava se může skládat z utěsněné vnitřní a vnější manžety zhotovené např. z nerezové oceli. Mezi těmito dvěma manžetami může cirkulovat chladicí médium, např. spirálovou drážkou umístěnou mezi těmito manžetami (není vyobrazena). Tato sestava může být nesena na ložiscích (nejsou vyobrazena) na každém z koncových kotoučů pece 11, 12.
• ♦ · ··· ·
Topná pásma 37, 38 se skládají z izolovaných plášťů 39 s topnými články 30, 31, 32, 33, 34, 35. Uvedené topné články mohou zcela obklopovat reakční komoru a na obrázku jsou číslovány pouze dolní řezy těchto článků. Topné článku mohou být na příklad grafitového typu. V topných pásmech mohou být umístěny termočlánky, aby bylo možno odečítat skutečnou teplotu, a elektrické průchodky sloužící k napájení topných článků. Uvedená zařízení mohou být propojena se základní jednotkou. V tomto provedení jsou dvě hlavní horká pásma 37 a 38, která odpovídají teplotám 1 100 °C a 1 600 °C. V tomto provedení je každé hlavní horké pásmo dále rozděleno do tří menších horkých pásem s jednotlivými termočlánky, termostaty a topnými články pro každé z horkých pásem. Takovéto uspořádání umožňuje vytvořit nanejvýš rovnoměrnou teplotu podél celé délky každého z hlavního pásem (cca ± 2 °C). Komora může být neustále proplachována argonem nebo jiným inertním plynem, aby se tak ochránily grafitové topné články. Rozumí se, že kontejnery se mohou velmi rychle přesouvat z jednoho pásma do druhého pomocí tlačného zařízení.
Reakční komoru 36 je možno sestavit z několika součástí (není vyobrazeno), které jsou zhotoveny z grafitu vysoké čistoty a vysoké hustoty. Tyto součásti mohou tvořit dvě přírubové koncové trubice umístěné ve vstupu a ve vykládacích sekcích, dva přírubové věnce pro připojení pohonu a tři trubicové sekce, které do sebe zapadají pomocí dilatačních spojů. Tyto dilatační spoje umožňují kompenzovat jakoukoliv dilataci těchto sekcí. Celá tato sestava může být upevněna pomocí šroubů a matic z grafitové kompozice. Jak je na obrázku znázorněno, kontejnery mohou být tlačeny přes reakční komory řetězovým způsobem, kde jeden kontejner je v dotyku se sousedním kontejnerem. V první komoře vstupní sekce je znázorněn jeden kontejner 44, který je připraven ke vložení do druhé komory. Dále jsou v reakční komoře umístěny čtyři kontejnery 40, 41, 42 a 43, kde kontejnery 41 a 42 jsou *· zpracovány při odlišných teplotách v sekcích 37 a 38. Kontejner 40 je právě na vstupu do prvního topného pásma 37, zatímco kontejner 43 bude právě opouštět topné pásmo 38. Jeden kontejner 45 byl vyložen do vykládací sekce
13.
U vykládací sekce 13 může být umístěna chladicí přechodová sestava (není vyobrazena). Může být identická se sestavou vstupní sekce s výjimkou délky, která je větší, aby zde bylo možno uložit celý kontejner a usnadnilo se tak rychlé zchlazení poté, co je kontejner vyjmut to horkého pásma 1 600 °C.
Vykládání je dále velmi podobné vstupní sekci, není zde však žádné 10 tlačné zařízení, nýbrž vytahovací zařízení, aby se zajistilo, že je kontejner správně polohován před přemístěním do vnějšího oddělení. Ve vykládací sekci je možno k propláchnutí kontejneru použít inertní plyn, jako je např. argon.
Reakční kontejnery nebo kontejnerové trubky 40 - 45 mohou být zhotoveny z grafitu střední jakostní třídy. Každý kontejner je sestaven za použití vnějšího ochranného válce s práškem, vnitřní trubice průtoku plynu, tlumicích přepážek a filtračních kotoučů z grafitové plsti (nejsou vyobrazeny). Tepelná dilatace práškové náplně se kompenzuje v sestavách koncových filtrů.
V tomto provedení se v peci nachází šest velkých pásem:
1. Nakládací proplachovací pásmo
2. Přechodové pásmo
3. Předehřívací pásmo 1 100 °C
4. Reakční pásmo 1 600 °C
5. Přechodové pásmo rychlého zchlazení
6. Vykládací pásmo
Pec pracuje v dávkovém / kontinuálním režimu, kde kontejnery jsou postupně tlačeny pecí, jakmile je vložen jeden kontejner, poslední kontejner tohoto cykluje vyjmut. Doba setrvání kontejneru v jakémkoli pásmu závisí na * ·* • · 9 · • · · · ' · · · • » ' · ♦ ·
rychlosti reakce / reakčním času kontejneru v reakčním pásmu. Plyn argon, nebo jakékoli jiné inertní plyny, neustále protéká trubicí kontejneru a kontejnery, aby se odstranil CO.
Trubice kontejneru se neustále otáčí. Tím se zabraňuje aglutinaci a 5 spékání, zajišťuje to během procesu neustálé promíchávání a vytváří to velmi stejnoměrný teplotní gradient v trubici kontejneru.
V jednom vsázkovém cyklu může proces probíhat následujícím způsobem:
Připraví se výchozí materiál odvážením jednotlivých prášků (oxid kovu, uhlík a, pokud je to zapotřebí kyselina borová ve stochiometrických množstvích. Tyto prášky se potom spoji a důkladně promíchají v míchacím zařízení Y nebo v jiném vhodném typu míchacího zařízení a vytvoří se tak vsázka (přibližně 10-12 kg). Po promíchání se materiál peletizuje. Velikost pelet je typicky 5 mm v průměru x 5 mm délka. Po provedené peletizaci se vsázka vysuší, aby se ze směsi odstranila veškerá přebytečná voda.
Materiál se potom zpracovává tak, že se dávka peletizovaného materiálu vloží do čistého reakčního kontejneru. Naplněný kontejner se potom umístí do zaváděcího uzávěru vnějšího oddělení vstupní sekce a proplachuje se inertním plynem, dokud čidlo O2 nenaměří 0,5 % kyslíku. Po dokončení proplachovacího cyklu se kontejner přemístí do vnitřního oddělení, kde je zatlačen tlačným zařízením do zaváděcí části přechodového pásma. Potom se kontejner přesune do pásma 1 100 °C, kde probíhá konečné sušení a odstraňování veškerých stopových množství vody a předehřívání. Při této teplotě dochází pouze k malým nebo žádným reakcím a ztrátám. Jakmile je kontejner připraven, přesune se dále do pásma 1 600 °C, kde probíhá reakce. Ohřev z 1 100 °C na více než 1 450 °C probíhá neobyčejně rychle. Během tohoto procesu protéká reakční plyn (CO) předchozími kontejnery a ven ze zavádějícího uzávěru přes zařízení pro sběr plynu a spalován jako CO2. Doba ·· ···· setrvání v peci při této teplotě je asi 1 hodina. Po dokončení reakce se kontejner přesune do přechodového pásma rychlého chlazení. Rychlost chlazení je asi 500 °C/min.
Příklad 1:
Podle výše uvedeného postupu byly připraveny stochiometrické směsi oxidu titaničitého, uhlíku a kyseliny borové. V reakčním pásmu pece se provedlo několik pokusů s různými reakčními teplotami. Reakce v horkém pásmu pece probíhá podle následující chemické reakce:
TiO2(s) + B203(l) + 5C(s) = TiB2(s) + 5CO(g)
Zaznamenávaly se reakční časy pro každý pokus a po dokončení reakce a zchlazení se produkt reakce analyzoval. Měřila se jak čistota produktu, tak i velikost částic, tak jak je uvedeno v tabulce 1.
Tabulka 1: Výroba diboridu titanu podle tohoto vynálezu:
Výchozí materiály TiO2: B203:C (kg) Teplota reakce (°C) Reakční čas (min) Velikost částic (d50/pm) Čistota (%)
1,000:0,872:0,752 1475 180 7 >90
1525 130 5 >92
1550 125 5 >92
1600 85 5 >92
·· ··
Příklad 2:
Připravily se stochiometrické směsi oxidu zirkoničitého, uhlíku a kyseliny borové podle výše uvedeného postupu. Byl proveden více než jeden pokus, při kterém se měnily při jednotlivých pokusech teploty reakce v reakčním pásmu pece. Reakce v horkém pásmu pece probíhá podle následující chemické reakce:
ZrO2(s) + B2O3(1) + 5C(s) = ZrB2(s) + 5CO(g)
Pro každý pokus byly zaznamenávány reakční časy a po dokončení reakce a ochlazení se produkt reakce analyzoval. Měřila se jak čistota produktu, tak i velikost částic a výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 2: Výroba diboridu zirkonia podle tohoto vynálezu:
Výchozí materiály Teplota reakce Reakční čas Velikost částic Čistota
ZrO2: B203:C (kg) (°C) (min) (d50/pm) (%)
1,000:0,565:0,487 1560 180 3 >92
1600 100 2 >90
1650 50 2 >90
Příklad 3:
Smíchaný boridový prášek se vyrobil přímo ze stochiometrických směsí oxidu titaničitého, oxidu zirkoničitého, uhlíku a kyseliny borové a ze směsi presyntetizováného oxidu titanu zirkonia, uhlíku a kyseliny borové. Prášky výchozího materiálu byly připraveny podle výše popsaného postupu. Různé teploty reakce v reakčním pásmu pece. Ze všech praktických důvodů může být reakce v horkém pásmu vyjádřena následující rovnicí:
• ·· «0 ·
0 0 • 0 0 0 • 0 ·· ·«·· * <
• 0 »00 0 · · «
Ti02(s) + ZrO2(s) + 2B2O3(1) + 10C(s) = 2(Tio.5Zr0>5)B2(s) + lOCO(g)
Zaznamenávaly se reakční časy pro každý pokus a po dokončení reakce 5 a ochlazení byl analyzován produkt reakce. Měřila se jak čistota produktu, tak i velikost částic a výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.
Tabulka 3 Výroba směsi titanu-zirkonia s diboridem podle tohoto vynálezu.
Výchozí materiály Teplota Reakční čas Velikost “V- Čistota
TiO2:ZrO2: B203:C (kg) reakce (°C) (min) částic (d50/pm) (%)
1,000:1,542:1,743:1,504 1500 120 10 >90
1,000^:0,686:0,591 1550 120 10 >90
’ZrTiO4
Příklad 4:
Připravily se stochiometrické směsi oxidu titaničitého a uhlíku podle 15 postupu uvedeného výše. Provedl se jeden pokus, při kterém se teplota horkého pásma v peci udržovala na konstantní předem stanovené hodnotě. Výroba prášků z karbidu titaničitého se podle tohoto vynálezu provádí karbotermicky podle následující reakce:
TiO2(s) + 3C(s) = TiC(s) + 2CO(g).
9 ·· ·« • · · ·· ··
Po ukončení reakce a zchlazení se opět provedla analýza produktu reakce. Měřila se jak čistota produktu, tak i velikost částic, tak jak je uvedeno v tabulce 4.
Tabulka 4; Výroba karbidu titaničitého podle tohoto vynálezu
Výchozí materiály TiO2: C (kg) Teplota reakce (°C) Reakční čas (min) Velikost částic (d50/pm) Čistota (%)
1,000:0,451 1500 120 0,5 >95
Příklad 5:
Připravily se stochiometrické směsi oxidu titaničitého a uhlíku podle 10 postupu uvedeného výše. Provedl se jeden pokus, při kterém teplota horkého pásma v peci byla udržována na konstantní, předem stanovené hodnotě. Pec se během pokusu profukovala dusíkem a výroba prášku z nitridu titanu se podle tohoto vynálezu provádí podle následující reakce:
2TiO2(s) + 4C(s) + N2(g) = 2TiN(s) + 4CO(g).
Po ukončení reakce a zchlazení se opět provedla analýza produktu reakce. Měřila se jak čistota produktu, tak i velikost částic, tak jak je uvedeno v tabulce 5.
·· φφφ
Tabulka 5: Výroba nitridu titanu podle tohoto vynálezu ·· ··
Výchozí materiály1 TiO2: C (kg) Teplota reakce (°C) Reakční čas (min) Velikost částic (d50/pm) —- Čistota (%)
1,000:0,301 1500 60 0,7 >95
1) N2 atmosféra
Rozumí se, že tento vynález může být použit k provádění jiných tepelných reakcí mezi dvěma nebo více reagujícími složkami, které v daném příkladě nejsou uvedeny.V podstatě mohou být tento způsob a pec vhodně použity k provádění tepelných reakcí, kde se požaduje rychlý přechod teplotními intervaly a kde je vznik vedlejších reakcí nežádoucí.
Tento způsob může být na příklad použit na výrobu diboridu zirkonia nebo karbidu titaniěitého, tak jak je v příkladech uvedeno. V tom případě může být oxid titaničitý jednoduše nahrazen oxidem zirkoničitým, takže se tento proces provádí podobným způsobem, jaký je v příkladu popsán pro titan.
Tento způsob bude velmi podobný způsobu uvedenému pro výrobu diboridu titanu, jelikož uvedené kovy procházejí s reagujícími složkami zcela podobnými reakcemi.

Claims (18)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY ·· ··· · • · « ·♦ ·· <2 _
    1. Způsob provádění tepelných reakcí mezi alespoň dvěma reagujícími složkami, které jsou smíchány a umístěny v reakční komoře nebo
    5 kontejneru (40), které mohou být zahřívány pomocí pece (1), mající zařízení k otáčení reakční komory kolem osy otáčení vyznačující se tím, že směs je rychle zahřívána při určité přechodové teplotě (teplotách) nebo teplotním rozsahu (rozsazích) mezi první teplotou a druhou, vyšší teplotou, aby se tak při této teplotě (teplotách) nebo teplotním rozsahu
    10 (rozsazích) zamezilo vzniku nežádoucích vedlejších reakcí reagujících složek přemístěním kontejneru z jednoho teplotního pásma (37) v peci do jiného teplotního pásma (38).
  2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že kontejner (40) se
    15 pohybuje ve stejném směru jako jeho osa otáčení.
  3. 3. Způsob podle nároku 1 pro výrobu žáruvzdorných prášků z tvrdokovu, tj. metal-diboridových prášků zahrnující směšování reagujících složek oxidu kovu, uhlíku a trioxidu boru, aby se tak vytvořila homogenní směs,
    20 zahřívání uvedené směsi na teplotu vyšší než 1 450 °C v inertní atmosféře, aby tak mezi uvedenými reagujícími složkami proběhla reakce, vyznačující se tím, že tato směs se stejnoměrně zahřívá na teplotu přibližně 1 100 °C, načež následuje další velmi rychlý ohřev na teplotu přibližně 1 450 °C, aby se v tomto rozsahu ohřevu snížila ztráta reagujících
    25 složek vznikem plynů CO a BO.
    ···· ·· ·· • * · 9 • · 9 9 • 9 ••99 99«· tím, že oxidem kovu je oxid
  4. 4. Způsob podle nároku 3 vyznačující se titaničitý.
  5. 5. Způsob podle nároku 3 vyznačující se 5 zirkoničitý.
  6. 6. Způsob podle nároku 3 vyznačující se tím, že oxid kovu se vybírá ze skupiny oxidu hafničitého, oxidu lantanitého, oxidu tantalečného a oxidu hořečnatého.
  7. 7. Způsob podle nároku 1 pro výrobu žáruvzdorných prášků z tvrdokovu (RHM - Refractory Hard Metal), tj. metalokarbidových prášků zahrnující směšovací reagující složku kovového oxidu a uhlíku k vytvoření homogenní směsi, ohřevem této směsi na teplotu vyšší než 1 450 °C v
    15 inertní atmosféře, aby proběhla reakce mezi uvedenými reagujícími složkami, vyznačující se tím, že tato směs se stejnoměrně ohřívána teplotu přibližně 1 100 °C, načež následuje velmi rychle ohřev na přibližně 1 450 °C, aby se v tomto rozsahu ohřevu snížily ztráty reagujících složek vznikem plynu CO.
  8. 8. Způsob podle nároku 7 vyznačující se tím, že oxidem kovu je oxid titaničitý.
  9. 9. Způsob podle nároku 7 vyznačující se tím, že oxid kovu se vybírá ze
    25 skupiny oxidu boritého, oxidu wolframového, oxidu zirkoničitého, oxidu hafnia, oxidu lantanitého, oxidu tantalečného a oxidu křemičitého.
    tím, že oxidem kovu ie oxid ·· ·· • · ·· ···· • *
  10. 10.Způsob podle nároku 1 pro výrobu žáruvzdorných prášků z tvrdokovu, tj. metalo-nitridových prášků zahrnující směsné reagující složky oxidu kovu a uhlíku k vytvoření homogenní směsi, ohřevem uvedené směsi na teploty vyšší než 1 450 °C v atmosféře obsahující dusík k vytvoření reakce mezi
    5 uvedeným reagujícími složkami vyznačující se tím, že tato směs se stejnoměrně zahřívá na teplotu přibližně 1 100 °C, načež následuje velmi rychlý další ohřev na teplotu přibližně 1 450 °C, aby se tak v tomto rozsahu ohřevu snížily ztráty reagujících složek vznikem plynu CO.
    10
  11. 11.Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že oxid kovu se vybírá ze skupiny oxidu křemičitého, oxidu titaničitého, oxidu hlinitého, oxidu boritého, oxidu gallnatého a oxidu tantalečného.
  12. 12. Pec (1) k provádění tepelných reakcí mezi alespoň dvěma reagujícími
    15 složkami, které jsou smíchány a umístěny v reakční komoře nebo kontejneru (40), který může být umístěn v peci, přičemž pec dále obsahuje prostředky k ohřevu a zařízení k otáčení kontejneru kolem osy otáčení, vyznačující se tím, že tato pec obsahuje otočnou podlouhlou komoru (36) se vstupní sekcí (9) a výstupní sekcí (13) pro kontejner (40), přičemž
    20 topné prvky (30 - 35) jsou uspořádány kolem podlouhlé komory (36) pro zajištění alespoň dvou různých topných pásem (37, 38) podél podlouhlé komory.
  13. 13. Pec podle nároku 12 vyznačující se tím, že topná pásma (37, 38)
    25 jsou uspořádána jedno za druhým, přičemž se kontejner (40) může pohybovat axiálně vůči podlouhlé komoře přes každé topné pásmo.
    • « k »·· ·« 9«
  14. 14. Pec podle nároku 13 vyznačující se tím, že kontejner (40) se pohybuje podlouhlou komorou (36) pomocí tlačného zařízení (10).
  15. 15. Pec podle nároku 12 vyznačující se tím, že je vybavena 5 automatickým nebo poloautomatickým manipulačním zařízením pro zavedení kontejneru (40) do pece (1) a k vyjmutí kontejneru z pece.
  16. 16. Pec podle nároku 12 vyznačující se tím, že je vybavena přívodem inertního plynu k vypláchnutí okolního vzduchu ven z topných pásem, ve
    10 kterých probíhá (probíhají) reakce.
  17. 17. Pec podle nároku 12 vyznačující se tím, že tato pec (1) má u své vstupní a/nebo výstupní sekce (9, 13) taková zařízení jako je sběrné zařízení nebo digestoř pro sběr technologického plynu (plynů) z pece.
  18. 18. Pec podle nároku 12 až 17 vyznačující se tím, že tato pec je připojena k programovatelné základní jednotce pro řízení provozu pece.
CZ20032553A 2001-02-23 2002-02-06 Způsob provádění tepelných reakcí mezi reagujícími složkami a pec k provádění tohoto způsobu CZ20032553A3 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20010929A NO20010929D0 (no) 2001-02-23 2001-02-23 FremgangsmÕte for utøvelse av termiske reaksjoner mellom reaktanter samt en ovn for samme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ20032553A3 true CZ20032553A3 (cs) 2003-12-17

Family

ID=19912174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20032553A CZ20032553A3 (cs) 2001-02-23 2002-02-06 Způsob provádění tepelných reakcí mezi reagujícími složkami a pec k provádění tohoto způsobu

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20040126299A1 (cs)
EP (1) EP1363853A1 (cs)
JP (1) JP2004534929A (cs)
CN (1) CN1492836A (cs)
AR (1) AR032834A1 (cs)
BR (1) BR0207338A (cs)
CA (1) CA2438771A1 (cs)
CZ (1) CZ20032553A3 (cs)
EA (1) EA200300924A1 (cs)
IS (1) IS6916A (cs)
NO (1) NO20010929D0 (cs)
SK (1) SK10572003A3 (cs)
WO (1) WO2002066374A1 (cs)
ZA (1) ZA200306174B (cs)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003082739A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-09 Council Of Scientific And Industrial Research Process for the production of zirconium boride powder
US20040187525A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Coffey Calvin T. Method and apparatus for making soot
JP4685023B2 (ja) * 2004-10-07 2011-05-18 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 高純度ＺｒＢ２粉末及びその製造方法
DE102005028463A1 (de) * 2005-06-17 2006-12-28 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von nanopartikulären Lanthanoid/Bor-Verbindungen von nanopartikuläre Lanthanoid/Bor-Verbindungen enthaltenden Feststoffgemischen
JP5175464B2 (ja) * 2006-09-07 2013-04-03 富士チタン工業株式会社 金属ホウ化物微粉末の製造方法
BRPI0703141B1 (pt) * 2007-08-02 2018-10-16 Petroleo Brasileiro S/A Petrobras processo de obtenção de um composto intermetálico.
AU2017291923B2 (en) * 2016-07-08 2022-02-17 Alcoa Usa Corp. Systems and methods for making ceramic powders
PL3484810T3 (pl) * 2016-07-15 2024-02-19 Oned Material, Inc. Aparatura produkcyjna i sposób wytwarzania nanodrutów krzemowych na bazie proszków węglowych do zastosowania w bateriach
US10836969B2 (en) * 2016-09-27 2020-11-17 Cleancarbonconversion Patents Ag Process reacting organic materials to give hydrogen gas
CN112320793B (zh) * 2020-10-22 2022-04-05 中钢新型材料股份有限公司 一种用于半导体级SiC粉体合成的高纯石墨粉的制备工艺
CN117205838B (zh) * 2023-11-07 2024-01-23 通威微电子有限公司 碳化硅粉料合成装置及碳化硅粉料

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4200262A (en) * 1978-07-10 1980-04-29 College Research Corporation Method and apparatus for removing combustible material from metal scrap
US4353885A (en) * 1979-02-12 1982-10-12 Ppg Industries, Inc. Titanium diboride article and method for preparing same
US4439141A (en) * 1982-05-05 1984-03-27 Deckebach George J Recuperative double chamber rotary furnace
US4606902A (en) * 1985-10-03 1986-08-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Process for preparing refractory borides and carbides
US4804525A (en) * 1986-04-14 1989-02-14 The Dow Chemical Company Producing boron carbide
WO1990008102A1 (en) * 1989-01-11 1990-07-26 The Dow Chemical Company Method and apparatus for producing boron carbide crystals
US5340417A (en) * 1989-01-11 1994-08-23 The Dow Chemical Company Process for preparing silicon carbide by carbothermal reduction
US5338523A (en) * 1992-10-26 1994-08-16 Krstic Vladimir D Method of making transition metal carbide and boride powders
JP3328541B2 (ja) * 1997-03-18 2002-09-24 株式会社ジャパンエナジー 回転型熱処理装置及び回転型熱処理装置における温度制御方法
ITVI980146A1 (it) * 1998-08-04 2000-02-04 Inco Ind Colori Srl Forno rotativo continuo per la calcinazione specialmente adatto alla calcinazione, di pigmenti inorganici.
US6042370A (en) * 1999-08-20 2000-03-28 Haper International Corp. Graphite rotary tube furnace

Also Published As

Publication number Publication date
BR0207338A (pt) 2004-02-10
ZA200306174B (en) 2004-09-06
JP2004534929A (ja) 2004-11-18
SK10572003A3 (sk) 2004-04-06
US20040126299A1 (en) 2004-07-01
IS6916A (is) 2003-08-18
EP1363853A1 (en) 2003-11-26
CN1492836A (zh) 2004-04-28
EA200300924A1 (ru) 2004-02-26
NO20010929D0 (no) 2001-02-23
CA2438771A1 (en) 2002-08-29
AR032834A1 (es) 2003-11-26
WO2002066374A1 (en) 2002-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6512216B2 (en) Microwave processing using highly microwave absorbing powdered material layers
CZ20032553A3 (cs) Způsob provádění tepelných reakcí mezi reagujícími složkami a pec k provádění tohoto způsobu
JPH03243709A (ja) 金属酸化物の直接還元方法及び装置
JPS63285121A (ja) マイクロ波加熱焙焼・還元装置
US6105272A (en) High temperature rotating vacuum kiln for heat treating solid particulate material under a vacuum
JP3482838B2 (ja) 移動型炉床炉の操業方法
US5579334A (en) Method and apparatus for reacting solid particulate reagents in an electric furnace
KR101752817B1 (ko) 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치
EP1512665B1 (en) Vertical conveyor apparatus for high temperature continuous processing of materials
US3900696A (en) Charging an electric furnace
AU2002239176A1 (en) A method for performing thermal reactions between reactants and a furnace for same
US5261943A (en) Method and apparatus for the extraction of metals from metal-containing raw materials
JPH06145781A (ja) 雰囲気熱処理炉
CN118640673B (zh) 一种基于多功能实验用回转窑装置的物料处理方法
CA2343212A1 (en) Method for producing directly reduced metal in a multi-tiered furnace
JPH01234529A (ja) 高還元クロム鉱石粉体の製造方法
KR100345325B1 (ko) 노(furnace)
Dahlstrom Rotary Tube Calciners
JPH09211164A (ja) 核燃料再生用酸化・還元炉
US3175889A (en) Apparatus for continuous production of material at elevated temperatures
JP2701481B2 (ja) 鉛丹の連続製造方法
NZ247887A (en) Method of carrying out an endothermic reaction where a mineral ore is reacted with a gaseous reagent at an elevated temperature above 700 degrees celsius
JPH02271971A (ja) 炭素含有耐火物の焼成方法
SU1217926A1 (ru) Агрегат дл термодиффузионного легировани изделий
WO2025177705A1 (ja) スポンジ状還元鉄、スポンジ状還元鉄の製造方法、及び溶鋼の製造方法