Vol.27 No.5 陈杰等：多热源合成SiC传热规律 ·539· (a)平行三热源炉合成的结品筒 (6)立体三热源合成的结晶筒 图6三热源合成炉工业试验的碳化硅结晶简照片 Fig.6 SiC crystal photos of industrial test in a three-heat-souree furnace 阻以利于热量扩散及物质迁移.平行三热源结合 高温区分布更宽，从而形成了SC,尤其是形成了 区域良好的透气性及热能叠加，结晶筒相对独 大量的高品位SiC.工业试验表明，多热源合成 立，产品多为高结晶、高致密的一级品SiC.此现 SiC技术比Acheson单热源炉的单炉产量提高 象与模拟结果相符.工业试验表明，多热源合成 48.1%,特、一级品率提高30%，节能10%以上. SiC技术比Acheson单热源炉的单炉产量提高 (2)多热源合成炉中，热源结合部的温度梯度 48.1%,特、一级品率提高30%，节能10%以上. 降低，温度均匀性更好，使生产更平稳更安全. 实验室对不同炉型同条件的实验结果（表1） 参考文献 表明，多热源炉合成SC比单热源合成炉具有更 [1]Acheson E G.Production of Artificial Crystalline Carbonaceous 高的产量，更低的能耗 Materials.US Patent,492767.1893 表1不同炉型同条件的实验结果对比 [2]Boesker W DG.Silicon carbide:from acheson's invention to new Table 1 Experimental results under the same condition of differ- industrial products.CFI/Ber 1997,74(5):244 ent furnaces [3]Mehrald K H.History and economic aspects of industrial SiC manufacture.CFI/Ber,1992,69(3):72 结晶简质单位能耗/ 炉型 炉芯尺寸cm 节能% [4】李志宏，肖俊明.碳化硅冶炼炉的改进，金刚石与磨料磨 量kg(kw.h-kg) 具工程，1995,88(4)：302 单热源142×24×15 107.0 12.97 [5]Kuriakose,Areekattuthazhayilk.Silicon Carbide Production and 平行三热源 142×8x5 129.3 10.73 17.3 Furnace.United States Patent.4419336.1983 立体三热源 142×8×5 132.0 10.52 18.7 []王晓别，碳化硅合成理论与技术，西安：陕西科学技术出 版社，2001.189 4结论 []王晓刚，李晓池.多热源工业合成SiC技术.硅酸盐学报. 2002,30(增刊)：101 (I)随热源数目的增加，原来不能合成SiC的 [8)李小池，王晓刚，郭晓滨.不同热源合成SC冶炼炉温度 区域，由于利用了单个热源的“余热”（使用传统 场的有限元分析及计算机模拟.无机材料学报，2003,18 单热源合成炉外围低温区域散失掉的部分热能) (3):667 [9]陈杰，郭继华，王晓刚.工业合成SC的节能提质技术及 通过多热源间的温度叠加和热源屏蔽而得以利 C0收集.金刚石与磨料磨具工程，2005,145(1)：492 用，使高温区域热能扩散和物质扩散动力更强， [10]张念东.碳化硅磨料工艺学.北京：机械工业出版社，1978 Heat transfer law in multi-heat-source synthesis of silicon carbide CHEN Jie,WANG Xiaogang,GUO Jihua Dept.of Material Science and Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China ABSTRACT Through numerically simulating the temperature field in a multi-heat-source synthetic SiC furnace, the temperature distribution at characteristic points was obtained,and the dynamic laws of thermal gradient and ther- mal flow intensity were put forward.The heat and mass transfer law in multi-heat-source synthesis of silicon carbide were revealed.It was shown that due to the superposition effect of thermal fields and the shielding action of furnace cores,the SiC output of the multi-heat-source furnace increased by 48.1%compared with that of an Acheson single- heat-source furnace,the highest grade SiC increased by 30%,and the consumed energy reduced more than 10%.In addition,the frequent spouting was diminished,and the furnace was become more productive and safe. KEY WORDS multi-heat-source furnace;silicon carbide;heat and mass transfer;temperature field;numerical simulationV b l 一 2 7 N o . 5 陈 杰等 : 多 热源合 成 is C 传热 规律 一 5 3 9 - (a )平 行三热 源炉合 成 的结 晶筒 (b )立体 三热 源合成的结 晶 筒 图 6 三热 源合 成炉 工业试 验 的碳 化硅结 晶筒 照片 F i g . ` S IC e 叮s at l p h o t o s o f 恤d u s t iar l t o t 恤 a t h n 姆 . b e a -t s o u代 e fu r n a e e 阻 以利于 热量 扩散 及物 质迁 移 . 平 行三 热源 结合 区域 良好 的透 气 性 及 热 能 叠加 , 结 晶筒 相对 独 立 , 产 品多 为高 结 晶 、 高 致 密 的一级 品 is C . 此 现 象与 模拟 结 果相 符 . 工业 试验 表 明 , 多热 源合 成 is c 技 术 比 A ch es on 单热 源 炉 的单 炉 产 量 提 高 48 . 1% , 特 、 一 级 品率提 高 3 0% , 节 能 10% 以上 . 实验 室 对 不 同炉 型 同条件 的实验 结 果 (表 l) 表 明 , 多热源 炉 合成 is C 比单热 源合 成 炉 具有 更 高 的产 量 , 更 低 的 能耗 . 表 1 不同 炉 型同 条件 的实验 结果 对 比 aT b l e 1 E x p e 对m e n at l叱目 t s u n d e r th e s a m e e o . d i iot n o f d i幻阮-r e . t fu , a e” 炉 型 炉 芯 尺 寸 c/ m 结 晶筒质 单位 能耗 / 量瓜 g 10 7 . 0 12 9 . 3 13 2 . 0 ( k w · h · gk 节 能%/ 单热 源 平 行三 热源 立 体三 热源 14 2 x 24 洲 15 14 2 x 8 欠 5 14 2 x 8 x 5 1 2 . 9 7 10 . 7 3 10 . 5 2 17 . 3 18 . 7 4 结论 ( l) 随热 源数 目的增 加 , 原来 不 能合 成 is C 的 区 域 , 由于 利 用 了单个 热 源 的 “ 余 热 ” ( 使用 传 统 单 热源 合成 炉 外 围低温 区域 散失 掉 的部 分热 能 ) 通 过 多热 源 间 的温 度 叠 加 和 热源屏 蔽而 得 以利 用 , 使 高 温 区 域 热 能扩 散和 物 质扩 散 动 力更 强 , 高温 区 分布 更宽 , 从 而形 成 了 is C , 尤其 是 形成 了 大量 的高 品位 SI C . 工业 试 验表 明 , 多 热源 合成 is C 技 术 比 A hc es on 单 热 源 炉 的 单 炉 产量 提 高 48 . 1% , 特 、 一 级 品率 提 高 30 % , 节 能 10% 以上 . (2 ) 多热 源合成炉 中 , 热源 结合 部 的温度 梯度 降低 , 温 度 均匀 性 更 好 , 使 生产 更 平稳 更 安全 . 参 考 文 献 川 A hc e s o n E G . P or d u c it 叨 o f A rt i丘c ial C yr sat iln e C ar bo n ac e o us M a t e r i a l s . U S P aet 叭 4 9 2 76 7 . 18 9 3 [ 2 ] B o e s k e r W D G . S iil co n e ar b ld e : 五u m a e h e s o if s i n v e int o n ot D e w in d u s itr al Por d u e st . C F l l B e ` 19 9 7 , 7 4 ( 5 ) : 2 4 [ 3 ] M e hr a 】d K H . H i s t o yr an d 郎 o n onu e as P e e st o f in d u s itr al S IC m an u fa c tU 代 . C F U B e r , 19 9 2 , 69 ( 3 ) : 72 4[ ] 李 志宏 , 肖俊明 . 碳化硅 冶炼 炉 的改进 . 金 刚石 与磨料磨 具 工程 , 19 9 5 , 88 ( 4 ) : 3 0 2 [ 5 ] K u ir ak o se , A 民 e k a t u ht a z h a y i lk S i li e o n C arb id e P or d u c t i o n an d F u m a e e . U n i怡d S at te s P at e lt . 4 4 193 3 6 . 19 8 3 16 ] 王晓 刚 . 碳 化硅 合成 理论 与技 术 . 西 安 : 陕西 科学 技术 出 版 社 , 2 0 0 1 . 1 8 9 7[ ] 王 晓刚 , 李 晓池 . 多热 源工 业合 成 is C 技术 . 硅酸 盐学 报 . 2 0 02 , 3 0 (增 刊 ) : 10 1 8[ ] 李 小池 , 王晓 刚 , 郭晓滨 . 不 同热 源合 成 is C 冶 炼炉温 度 场 的有 限元 分析 及计 算机模 拟 . 无机材 料学报 , 20 03 , 18 ( 3 ) : 6 6 7 9[ ] 陈杰 , 郭继 华 , 王晓 刚 . 工业合 成 is C 的 节能提 质技 术及 C O 收 集 . 金刚 石与磨 料磨 具工 程 , 2 0 5 , 145 (l) : 4 92 【10] 张 念东 . 碳 化硅 磨料 工艺学 . 北 京 :机械 工业 出版社 , 19 78 H e a t tr an s fe r l aw in mu lt i 一 h e a t 一 5 0 眠 e s y n th e s i s o f s ili e o n c a br id e C 厅E 那五砚 砰还N G Xi a o g砚 ng, G〔入, ihJ au D e P t . o f M aet ir a l S c ie n e e an d E n g ien e inr g , X i , an U ul ve sr iyt o f S e ien e e an d eT e hn o l o gy’ X i , an 7 10 0 54 , C h i n a A B S T R A C T T h or u g h n um er i e a l ly s im u alt ign hte te m P e r a t uj re if e l d in a mu it i 一 h e at 一 50 毗 e s yn ht e it e S IC fu m a e e , ht e et m P e r a ot 祀 d i s itr b ut i o n at e h a r a c t e ir s t i e P o in t s w a s o b at i n e d , an d ht e d yn am i e l aw s o f t h e mr a l gr a d i en t an d ht e r - m a l fl o w i nt e n s iyt w e er P u t fo wr 耐 . hT e h e at an d ma s s tr a n s fe r l aw in m u lit 一 h e at 一 5 0眠 e s yn het s i s o f s i li e o n e a r bi d e w e er er v e a l e d . It w as s h o wn ht at du e ot ht e s uP e rp o s i t i on e fe e t o f ht e mr a l if e l d s an d het s h i e ld i n g 即 t i o n o f fu m ac e e眼 s , ht e S IC o u tP u t o f ht e m u lit 七ae -t s o 二 e if zm a e e in e er a s e d 妙 4 8 . 1% e om P毗d w i ht ht a t o f an A icl e s on s ign l e - h e at 一 s o u 犯e fu nr a c e , ht e h i g h e s t gr ad e S IC i n 眼 a s e d b y 3 0% , an d ht e e o n s u r o e d en e 笔y 化du e e d m o er ht an 10% . nI a d d iit o n , het 加q u e nt s P o ut in g w a s d im而 s h e d , an d ht e if ln l a e e w a s b e e o m e m o er Por du e t i v e an d s a fe · K E Y W O R D S mu lt i 一 h e at 一 s o u 比e fu m ac e ; s i li e o n e a r b i d e ; h e at an d m a s s tr a n s fe r : et m P e r a ot 把 if e ld ; n u r o e ir e a l s im u l at i o n